Исследователям из Университета Умео (Umeå University) удалось получить изображение всего человеческого органа — поджелудочной железы — в микроскопическом разрешении. Окрашивая различные типы клеток антителами, а затем используя методы оптической 3D-визуализации для изучения всего органа, их данные дают частично новую картину поджелудочной железы.
Результаты могут иметь большое значение для исследований диабета, особенно при разработке различных новых форм лечения. Научная работа была опубликована в научном журнале Nature Communications.
Поджелудочная железа является ключевым органом в развитии диабета — заболевания, которым сегодня страдают более полумиллиарда человек. Она содержит миллионы небольших скоплений клеток, так называемых островков Лангерганса, которые регулируют уровень сахара в крови в организме.
Островки в основном содержат бета- и альфа-клетки, которые производят гормоны инсулин и глюкагон соответственно. Инсулин выделяется в кровоток и действует как ключ, открывающий клетки организма, чтобы они могли усваивать сахар (глюкозу) после еды — основную форму энергии, используемую организмом. Глюкагон, в свою очередь, высвобождает запасы глюкозы, когда нам нужен запас энергии. Эти два типа клеток также напрямую взаимодействуют друг с другом, чтобы оптимизировать правильный уровень глюкозы в организме.
«Клетки инсулина и глюкагона были открыты более ста лет назад, и долгое время считалось, что островки должны содержать оба типа клеток, чтобы сформировать полностью функционирующую единицу», — говорит Ульф Альгрен (Ulf Ahlgren), профессор кафедры медицинской и трансляционной биологии.
Поскольку островки Лангерганса составляют лишь небольшой процент поджелудочной железы, даже несмотря на то, что они встречаются в таком большом количестве, исторически их было очень трудно изучать непосредственно внутри поджелудочной железы. В большинстве случаев ученым приходилось изучать срезы тканей, которые дают двумерное изображение лишь очень небольшой части органа. Теперь исследователи из Университета Умео использовали оптические 3D-методы, с помощью которых различные типы клеток можно маркировать флуоресцентно окрашенными антителами.
Весь орган с микроскопическим разрешением
«Разбивая весь орган на более мелкие части, мы даем возможность антителам добраться туда, куда им нужно. Поскольку мы знаем, откуда берется каждая часть, мы можем затем, после сканирования различных частей по отдельности, снова «собрать» всю поджелудочную железу, используя компьютерное программное обеспечение. Это позволяет нам выполнять множество расчетов и изучать, какие типы клеток присутствуют, а также где они расположены в трехмерном пространстве, поскольку мы знаем трехмерные координаты, их объем, форму и другие параметры для каждого окрашенного объекта во всем органе», — говорит Альгрен.
В дополнение к новым данным о том, как клетки, продуцирующие инсулин, распределяются в поджелудочной железе, исследователи теперь показывают, что клетки, продуцирующие глюкагон, отсутствуют в 50% островков Лангерганса, которые содержат клетки инсулина. Это противоречит тому, что считалось ранее, когда считалось, что островки содержат как инсулин-, так и глюкагон-экспрессирующие типы клеток с одним и тем же островком.
«Это стало для нас неожиданностью, и я считаю, что эти результаты могут иметь большое значение для исследований диабета. Во-первых, они показывают, что островки имеют гораздо более неравномерный состав или клеточность, чем считалось ранее. Это может означать, что островки могут быть специально специализированы, чтобы реагировать на разные сигналы и/или действовать в разных метаболических средах. Конечно, мы действительно хотим это выяснить», — говорит Альгрен.
«Во-вторых, большой объем исследований в области диабета проводится на изолированных островках Лангерганса от умерших доноров. Поскольку мы также показываем, что этот неравномерный состав во многом связан с размером островков, это означает, что результаты таких экспериментов могут не полностью отражать как островки структурированы и функционируют в живой поджелудочной железе. Это потенциально может быть важно для всего: от трансплантации островков при диабете 1 типа до исследований по получению островков Лангерганса из стволовых клеток».
Основа для будущих исследований
Ученые теперь продолжат работать над тем, чтобы выяснить, можно ли использовать их методы для определения того, способствуют ли другие типы клеток поджелудочной железы также формированию островков ранее неизвестным способом. Кроме того, они изучат, происходит ли похожее на моделях мышей, что может повлиять на использование мышей для доклинических исследований диабета.
«Методы и данные, которые мы сейчас публикуем, смогут составить важную основу для будущих исследований человеческого материала, чтобы лучше понять, что происходит в поджелудочной железе при развитии диабета 1 и 2 типа, а также таких заболеваний, как рак поджелудочной железы», — подчеркивает Альгрен.
Литература:
Joakim Lehrstrand et al, Illuminating the complete ß-cell mass of the human pancreas- signifying a new view on the islets of Langerhans, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47686-7
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
