Onthulling van de geheimen van de alvleesklier: 3D-beeldvorming herdefinieert de verdeling van eilandcellen

Onthulling van de geheimen van de alvleesklier: 3D-beeldvorming herdefinieert de verdeling van eilandcellen

Onderzoekers van de Universiteit van Umeå zijn erin geslaagd een volledig menselijk orgaan, een alvleesklier, in microscopische resolutie in beeld te brengen. Door verschillende celtypen te kleuren met antilichamen en vervolgens het hele orgaan te onderzoeken met behulp van optische 3D-beeldvormingstechnieken, geven hun gegevens een gedeeltelijk nieuw beeld van de alvleesklier. De resultaten kunnen van groot belang zijn voor diabetesonderzoek, vooral bij de ontwikkeling van diverse nieuwe behandelingen.

De alvleesklier is een sleutelorgaan bij de ontwikkeling van diabetes, een ziekte die tegenwoordig meer dan een half miljard mensen treft. Het bevat miljoenen kleine celgroepen, de zogenaamde eilandjes van Langerhans, die tot taak hebben de bloedsuikerspiegel in het lichaam te reguleren. De eilandjes bevatten voornamelijk bèta- en alfacellen, die respectievelijk de hormonen insuline en glucagon produceren. Insuline komt vrij in de bloedbaan en werkt als een sleutel die de lichaamscellen ontgrendelt, zodat ze na een maaltijd suiker (glucose), de belangrijkste vorm van energie van het lichaam, kunnen opnemen. Glucagon maakt op zijn beurt glucosevoorraden vrij als we energie nodig hebben. Glucagon geeft op zijn beurt glucosevoorraden vrij wanneer cellen energie nodig hebben. Deze twee celtypen communiceren ook rechtstreeks met elkaar om de juiste glucosewaarden in het lichaam te optimaliseren.

Zowel insuline- als glucagoncellen werden ruim honderd jaar geleden ontdekt en lange tijd werd aangenomen dat de eilandjes beide celtypen moesten bevatten om een ​​volledig functionele eenheid te vormen.

Ulf Ahlgren, hoogleraar, afdeling Medische en Translationele Biologie

Moeilijk om te studeren

Omdat de eilandjes van Langerhans, ondanks dat ze zo talrijk zijn, slechts een paar procent van de pancreas uitmaken, is het historisch gezien erg moeilijk geweest om ze rechtstreeks in de pancreas te onderzoeken. In de meeste gevallen moesten onderzoekers weefselcoupes onderzoeken die slechts een 2D-beeld gaven van een heel klein deel van het orgaan. Nu hebben Umeå-onderzoekers optische 3D-technieken gebruikt die verschillende celtypen kunnen labelen met fluorescerend gekleurde antilichamen.

Gehele orgel in microscopische resolutie

“Door het hele orgaan in kleinere stukjes te breken, zorgen we ervoor dat de antistoffen daar komen waar ze moeten zijn. Omdat we weten waar elk stukje vandaan komt, kunnen we vervolgens, na de verschillende onderdelen afzonderlijk te hebben gescand, ‘de hele alvleesklier weer in elkaar zetten.’ Dit stelt ons in staat een verscheidenheid aan berekeningen uit te voeren en te bestuderen welke typen cellen aanwezig zijn en waar ze zich in de 3D-ruimte bevinden, omdat we de 3D-coördinaten, hun volume, vorm en andere parameters kennen voor elk afzonderlijk besmet object in het orgel.”

Nieuw perspectief op de cellulairheid van eilanden

Naast nieuwe gegevens over de verdeling van insulineproducerende cellen in de pancreas, tonen onderzoekers nu aan dat glucagonproducerende cellen niet aanwezig zijn in maximaal 50% van de eilandjes van Langerhans, die insulinecellen bevatten. Dit is in tegenstelling tot wat eerder werd gedacht, waarbij werd gedacht dat eilandjes zowel insuline- als glucagon tot expressie brengende celtypen met hetzelfde eilandje bevatten.

Voor ons was dit een verrassing en ik denk dat deze resultaten van groot belang kunnen zijn voor diabetesonderzoek. Ten eerste laat het zien dat de eilanden een veel fragmentarischer samenstelling of cellulair karakter hebben dan eerder werd gedacht. Dit zou kunnen betekenen dat eilanden met een verschillende samenstelling specifiek gespecialiseerd zijn om op verschillende signalen te reageren en/of in verschillende metabolische omgevingen te opereren. Dat willen we natuurlijk heel graag weten”, zegt Ulf Ahlgren.

"Ten tweede wordt een groot deel van het onderzoek naar diabetes uitgevoerd op geïsoleerde eilandjes van Langerhans van overleden donoren. Omdat we ook aantonen dat deze ongelijke samenstelling grotendeels verband houdt met de grootte van de eilandjes, betekent dit dat de resultaten van dergelijke experimenten mogelijk niet volledig reflecterend zijn." hoe de eilandjes in de levende alvleesklier gestructureerd zijn en functioneren. Dit zou potentieel belangrijk kunnen zijn voor alles, van eilandjestransplantaties voor diabetes type 1 tot onderzoeken die proberen eilandjes van Langerhans te creëren uit stamcellen.

Basis voor toekomstige studies

Het onderzoeksteam gaat nu verder onderzoeken of hun methoden kunnen worden gebruikt om te bepalen of andere celtypen in de pancreas op een voorheen onbekende manier ook betrokken zijn bij de vorming van de eilandjes. Daarnaast gaan ze onderzoeken of het bij muismodellen hetzelfde is, wat gevolgen zou kunnen hebben voor het gebruik van muizen voor preklinisch diabetesonderzoek.

“De methoden en data die we nu publiceren kunnen een belangrijke basis vormen voor toekomstig onderzoek met menselijk materiaal om beter te begrijpen wat er in de alvleesklier gebeurt tijdens het ontstaan ​​van diabetes type 1 en type 2, maar ook bij ziektes als alvleesklierkanker”, zegt Ulf Ahlgren.

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications. De auteurs van het artikel zijn Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo en Ulf Ahlgren, allen van de afdeling Medische en Translationele Biologie aan de Universiteit van Umeå, en Olle Korsgren van de afdeling Immunologie, Genetica en Pathologie aan de Universiteit van Uppsala.

Bronnen: