Odhalenie tajomstiev pankreasu: 3D zobrazovanie nanovo definuje distribúciu buniek ostrovčekov

Odhalenie tajomstiev pankreasu: 3D zobrazovanie nanovo definuje distribúciu buniek ostrovčekov

Vedcom z univerzity v Umeå sa podarilo zobraziť celý ľudský orgán, pankreas, v mikroskopickom rozlíšení. Zafarbením rôznych typov buniek protilátkami a následným vyšetrením celého orgánu pomocou 3D optických zobrazovacích techník poskytujú ich údaje čiastočne nový obraz pankreasu. Výsledky môžu mať veľký význam pre výskum cukrovky, najmä pri vývoji rôznych nových liečebných postupov.

Pankreas je kľúčovým orgánom pri vzniku cukrovky, choroby, ktorá dnes postihuje viac ako pol miliardy ľudí. Obsahuje milióny malých bunkových skupín, takzvané Langerhansove ostrovčeky, ktorých úlohou je regulovať hladinu cukru v krvi v tele. Ostrovčeky obsahujú najmä beta a alfa bunky, ktoré produkujú hormóny inzulín, respektíve glukagón. Inzulín sa uvoľňuje do krvného obehu a pôsobí ako kľúč, ktorý odomyká bunky tela, aby mohli po jedle absorbovať cukor (glukózu), hlavnú formu energie tela. Glukagón zase uvoľňuje zásoby glukózy, keď potrebujeme energiu. Glukagón zase uvoľňuje zásoby glukózy, keď bunky potrebujú energiu. Tieto dva typy buniek tiež komunikujú priamo medzi sebou, aby optimalizovali správne hladiny glukózy v tele.

Inzulínové aj glukagónové bunky boli objavené pred viac ako sto rokmi a dlho sa verilo, že ostrovčeky by mali obsahovať oba typy buniek, aby vytvorili plne funkčnú jednotku.

Ulf Ahlgren, profesor Katedry lekárskej a translačnej biológie

Náročné na štúdium

Keďže Langerhansove ostrovčeky tvoria napriek takému množstvu len niekoľko percent pankreasu, bolo historicky veľmi ťažké ich priamo v pankrease skúmať. Vo väčšine prípadov museli vedci preskúmať tkanivové rezy, ktoré poskytujú iba 2D obraz veľmi malej časti orgánu. Teraz vedci z Umeå použili 3D optické techniky, ktoré môžu označiť rôzne typy buniek fluorescenčne zafarbenými protilátkami.

Celý orgán v mikroskopickom rozlíšení

"Rozbitím celého orgánu na menšie kúsky umožníme protilátkam, aby sa dostali tam, kam potrebujú. Keďže vieme, odkiaľ každý kúsok pochádza, môžeme potom, po naskenovaní jednotlivých častí jednotlivo, "zložiť celý pankreas späť dohromady." To nám umožňuje vykonávať rôzne výpočty a študovať, aké typy buniek sú prítomné a kde sa nachádzajú v 3D priestore, keďže poznáme 3D súradnice, ich objem, tvar a ďalšie parametre pre každý jeden kontaminovaný objekt v celom orgáne.“

Nový pohľad na ostrovnú celularitu

Okrem nových údajov o tom, ako sú bunky produkujúce inzulín distribuované v pankrease, vedci teraz ukazujú, že bunky produkujúce glukagón nie sú prítomné až v 50 % Langerhansových ostrovčekov, ktoré obsahujú inzulínové bunky. To je v rozpore s tým, čo sa predtým myslelo, kde sa predpokladalo, že ostrovčeky obsahujú typy buniek exprimujúcich inzulín aj glukagón s rovnakým ostrovčekom.

Bolo to pre nás prekvapením a verím, že tieto výsledky by mohli mať veľký význam pre výskum cukrovky. Po prvé, ukazuje, že ostrovy majú oveľa nejednotnejšie zloženie alebo celularitu, ako sa pôvodne predpokladalo. To by mohlo znamenať, že ostrovy rôzneho zloženia sú špecificky špecializované tak, aby reagovali na rôzne signály a/alebo fungovali v rôznych metabolických prostrediach. Samozrejme, naozaj to chceme zistiť,“ hovorí Ulf Ahlgren.

"Po druhé, veľká časť výskumu diabetu sa vykonáva na izolovaných Langerhansových ostrovčekoch od zosnulých darcov. Keďže tiež dokazujeme, že toto nerovnomerné zloženie do značnej miery súvisí s veľkosťou ostrovčekov, znamená to, že výsledky takýchto experimentov nemusia plne odrážať." ako sú štrukturované a fungujú ostrovčeky v živom pankrease. To by mohlo byť potenciálne dôležité pre všetko od transplantácie ostrovčekov pre diabetes 1. typu až po štúdie, ktoré sa snažia vytvoriť Langerhansove ostrovčeky z kmeňových buniek.

Základ pre budúce štúdium

Výskumný tím bude teraz pokračovať v práci na tom, či ich metódy možno použiť na určenie, či sa na tvorbe ostrovčekov podieľajú aj iné typy buniek v pankrease, a to dovtedy neznámym spôsobom. Okrem toho budú skúmať, či sú veci podobné na myšacích modeloch, čo by mohlo ovplyvniť použitie myší na predklinický výskum diabetu.

„Metódy a údaje, ktoré teraz zverejňujeme, môžu tvoriť dôležitý základ pre budúce štúdie o ľudskom materiáli, aby sme lepšie pochopili, čo sa deje v pankrease počas vývoja cukrovky typu 1 a typu 2, ale aj pri chorobách, ako je rakovina pankreasu,“ hovorí Ulf Ahlgren.

Výsledky sú publikované v časopise Nature Communications. Autormi článku sú Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo a Ulf Ahlgren, všetci z Katedry lekárskej a translačnej biológie Univerzity v Umeå a Olle Korsgren z Katedry imunológie, genetiky a patológie Univerzity v Uppsale.

Zdroje: