Odkrywanie tajemnic trzustki: obrazowanie 3D na nowo definiuje rozmieszczenie komórek wysp trzustkowych

Odkrywanie tajemnic trzustki: obrazowanie 3D na nowo definiuje rozmieszczenie komórek wysp trzustkowych

Naukowcom z Uniwersytetu w Umeå udało się zobrazować cały ludzki narząd – trzustkę – w mikroskopowej rozdzielczości. Barwienie różnych typów komórek przeciwciałami, a następnie badanie całego narządu za pomocą technik obrazowania optycznego 3D pozwoliło uzyskać częściowo nowy obraz trzustki. Wyniki mogą mieć ogromne znaczenie dla badań nad cukrzycą, zwłaszcza przy opracowywaniu różnych nowych metod leczenia.

Trzustka jest kluczowym organem odpowiedzialnym za rozwój cukrzycy – choroby, na którą cierpi obecnie ponad pół miliarda ludzi. Zawiera miliony małych grup komórkowych, tzw. wysepek Langerhansa, których zadaniem jest regulacja poziomu cukru we krwi w organizmie. Wysepki zawierają głównie komórki beta i alfa, które wytwarzają odpowiednio hormony insulinę i glukagon. Insulina jest uwalniana do krwioobiegu i działa jak klucz otwierający komórki organizmu, dzięki czemu mogą one wchłonąć cukier (glukozę), główną formę energii organizmu, po posiłku. Glukagon z kolei uwalnia zapasy glukozy, gdy potrzebujemy energii. Glukagon z kolei uwalnia zapasy glukozy, gdy komórki potrzebują energii. Te dwa typy komórek komunikują się również bezpośrednio ze sobą, aby zoptymalizować prawidłowy poziom glukozy w organizmie.

Zarówno komórki insulinowe, jak i glukagonowe odkryto ponad sto lat temu i od dawna uważano, że wysepki powinny zawierać oba typy komórek, aby utworzyć w pełni funkcjonalną jednostkę.

Ulf Ahlgren, profesor, Katedra Biologii Medycznej i Translacyjnej

Trudno się uczyć

Ponieważ wysepki Langerhansa, mimo że są tak liczne, stanowią zaledwie kilka procent powierzchni trzustki, w przeszłości bardzo trudno było je zbadać bezpośrednio w trzustce. W większości przypadków badacze musieli badać skrawki tkanek, które zapewniały obraz 2D jedynie bardzo małej części narządu. Teraz badacze z Umeå wykorzystali techniki optyczne 3D, które umożliwiają znakowanie różnych typów komórek fluorescencyjnymi przeciwciałami.

Cały narząd w mikroskopowej rozdzielczości

„Dzierząc cały narząd na mniejsze kawałki, pozwalamy przeciwciałom dotrzeć tam, gdzie powinny. Ponieważ wiemy, skąd pochodzi każdy kawałek, możemy następnie, po indywidualnym zeskanowaniu poszczególnych części, „złożyć całą trzustkę z powrotem”. Pozwala nam to na wykonywanie różnorodnych obliczeń i badanie, jakie rodzaje komórek są obecne i gdzie się znajdują w przestrzeni 3D, ponieważ znamy współrzędne 3D, ich objętość, kształt i inne parametry dla każdego pojedynczego skażonego obiektu w całym narządzie.

Nowe spojrzenie na komórkową wyspę

Oprócz nowych danych na temat rozmieszczenia komórek wytwarzających insulinę w trzustce, naukowcy wykazali obecnie, że komórki wytwarzające glukagon nie są obecne aż w 50% wysepek Langerhansa, które zawierają komórki insulinowe. Kontrastuje to z tym, co wcześniej sądzono, gdzie sądzono, że wysepki zawierają zarówno typy komórek wykazujących ekspresję insuliny, jak i glukagonu w tej samej wysepce.

Było to dla nas zaskoczeniem i uważam, że te wyniki mogą mieć ogromne znaczenie w badaniach nad cukrzycą. Po pierwsze, pokazuje, że wyspy mają znacznie bardziej niejednolity skład lub liczbę komórek, niż wcześniej sądzono. Może to oznaczać, że wyspy o różnym składzie są szczególnie wyspecjalizowane do reagowania na różne sygnały i/lub działania w różnych środowiskach metabolicznych. Oczywiście bardzo chcemy się tego dowiedzieć” – mówi Ulf Ahlgren.

„Po drugie, większość badań nad cukrzycą przeprowadza się na izolowanych wysepkach Langerhansa od zmarłych dawców. Ponieważ pokazujemy również, że ten nierówny skład jest w dużej mierze związany z wielkością wysepek, oznacza to, że wyniki takich eksperymentów mogą nie być w pełni odzwierciedlone”. jak zbudowane i funkcjonują wysepki żywej trzustki. Może to być potencjalnie ważne we wszystkim, od przeszczepów wysp w przypadku cukrzycy typu 1 po badania mające na celu utworzenie wysepek Langerhansa z komórek macierzystych.

Podstawa przyszłych badań

Zespół badawczy będzie teraz kontynuował prace nad tym, czy ich metody można wykorzystać do ustalenia, czy inne typy komórek trzustki również biorą udział w tworzeniu wysp w nieznany wcześniej sposób. Ponadto zbadają, czy w modelach mysich sytuacja jest podobna, co może mieć wpływ na wykorzystanie myszy w przedklinicznych badaniach nad cukrzycą.

„Metody i dane, które obecnie publikujemy, mogą stanowić ważną podstawę dla przyszłych badań na materiale ludzkim, aby lepiej zrozumieć, co dzieje się w trzustce podczas rozwoju cukrzycy typu 1 i typu 2, ale także w przypadku chorób takich jak rak trzustki” – mówi Ulf Ahlgren.

Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications. Autorami artykułu są Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo i Ulf Ahlgren, wszyscy z Wydziału Biologii Medycznej i Translacyjnej Uniwersytetu w Umeå oraz Olle Korsgren z Wydziału Immunologii, Genetyki i Patologii Uniwersytetu w Uppsali.

Źródła: