Avslöja bukspottkörtelns hemligheter: 3D-avbildning omdefinierar cellöarnas distribution

Avslöja bukspottkörtelns hemligheter: 3D-avbildning omdefinierar cellöarnas distribution

Forskare vid Umeå universitet har lyckats avbilda ett helt mänskligt organ, en bukspottkörtel, i mikroskopisk upplösning. Genom att färga olika celltyper med antikroppar och sedan undersöka hela organet med hjälp av optisk 3D-bildteknik ger deras data en delvis ny bild av bukspottkörteln. Resultaten kan ha stor betydelse för diabetesforskningen, särskilt vid utvecklingen av olika nya behandlingar.

Bukspottkörteln är ett nyckelorgan i utvecklingen av diabetes, en sjukdom som idag drabbar över en halv miljard människor. Den innehåller miljontals små cellgrupper, de så kallade Langerhanska öarna, vars uppgift är att reglera blodsockernivån i kroppen. Öarna innehåller främst beta- och alfaceller, som producerar hormonerna insulin respektive glukagon. Insulin släpps ut i blodomloppet och fungerar som en nyckel som låser upp kroppens celler så att de kan ta upp socker (glukos), kroppens huvudsakliga energiform, efter en måltid. Glukagon frigör i sin tur glukosdepåer när vi behöver energi. Glukagon frigör i sin tur glukosdepåer när celler behöver energi. Dessa två celltyper kommunicerar också direkt med varandra för att optimera korrekta glukosnivåer i kroppen.

Både insulin- och glukagonceller upptäcktes för över hundra år sedan och man trodde länge att öarna skulle innehålla båda celltyperna för att bilda en fullt fungerande enhet.

Ulf Ahlgren, professor, Institutionen för medicinsk och translationell biologi

Svårt att studera

Eftersom de Langerhanska öarna endast utgör några få procent av bukspottkörteln trots att de är så många, har det historiskt sett varit mycket svårt att undersöka dem direkt i bukspottkörteln. I de flesta fall har forskare varit tvungna att undersöka vävnadssnitt som bara ger en 2D-bild av en mycket liten del av organet. Nu har Umeåforskare använt optiska 3D-tekniker som kan märka olika celltyper med fluorescerande färgade antikroppar.

Hela organet i mikroskopisk upplösning

"Genom att bryta upp hela organet i mindre bitar låter vi antikropparna komma dit de behöver. Eftersom vi vet var varje bit kommer ifrån kan vi sedan, efter att ha skannat de olika delarna individuellt, "sätta ihop hela bukspottkörteln igen." Detta tillåter oss att utföra en mängd olika beräkningar och studera vilka typer av celler som finns och var de finns i 3D-rymden, eftersom vi känner till 3D-koordinaterna, deras volym, form och andra parametrar för varje enskilt förorenat föremål i hela organet."

Nytt perspektiv på öns cellularitet

Förutom nya data om hur insulinproducerande celler är fördelade i bukspottkörteln, visar forskare nu att glukagonproducerande celler inte finns i upp till 50 % av de Langerhanska öarna, som innehåller insulinceller. Detta i motsats till vad man tidigare trodde, där man trodde att öar innehöll både insulin- och glukagonuttryckande celltyper med samma ö.

Detta var en överraskning för oss och jag tror att dessa resultat kan få stor betydelse för diabetesforskningen. För det första visar det att öarna har en mycket mer ojämn sammansättning eller cellularitet än man tidigare trott. Detta kan innebära att öar med olika sammansättning är specifikt specialiserade för att svara på olika signaler och/eller att verka i olika metaboliska miljöer. Självklart vill vi verkligen ta reda på det, säger Ulf Ahlgren.

"För det andra bedrivs mycket av forskningen inom diabetes på isolerade Langerhanska holmar från avlidna donatorer. Eftersom vi också visar att denna ojämna sammansättning till stor del är relaterad till öarnas storlek, betyder det att resultaten av sådana experiment kanske inte är helt reflekterande." hur öarna i den levande bukspottkörteln är uppbyggda och fungerar. Detta kan potentiellt vara viktigt för allt från ötransplantationer för typ 1-diabetes till studier som försöker skapa Langerhanska öar från stamceller.

Grund för framtida studier

Forskargruppen kommer nu att arbeta vidare med om deras metoder kan användas för att avgöra om även andra celltyper i bukspottkörteln är inblandade i bildandet av öarna på ett tidigare okänt sätt. Dessutom kommer de att undersöka om saker och ting är liknande i musmodeller, vilket kan påverka användningen av möss för preklinisk diabetesforskning.

– De metoder och data som vi nu publicerar kan utgöra en viktig grund för framtida studier av mänskligt material för att bättre förstå vad som händer i bukspottkörteln under utvecklingen av typ 1- och typ 2-diabetes, men även vid sjukdomar som bukspottkörtelcancer, säger Ulf Ahlgren.

Resultaten publiceras i tidskriften Nature Communications. Författarna till artikeln är Joakim Lehrstrand, Wayne Davies, Max Hahn, Tomas Alanentalo och Ulf Ahlgren, alla från institutionen för medicinsk och translationell biologi vid Umeå universitet, och Olle Korsgren från institutionen för immunologi, genetik och patologi vid Uppsala universitet.

Källor: