تحقیقات مهندسی درک عمیقی از تعامل گلوکز و انسولین ارائه نمود

20 نوامبر 2019 - هنگامی که انسولین از سلول های بتا در لوزالمعده ترشح می شود تا غلظت گلوکز در جریان خون را کنترل کند، گابا (GABA) نیز از سلول های بتا آزاد می شود تا این سلول ها را آرام کرده و آنها را برای پالس بعدی ترشح انسولین آماده کند. ترشح پایدار انسولین برای عملکرد صحیح پانکراس مهم است. اختلال در بیوسنتز GABA در سلول بتا یا اختلال در ترشح GABA از این سلولها می تواند بافت جزایر پانکراس را در معرض اختلال عملکرد یا التهاب مرتبط با دیابت نوع 1 و 2 قرار دهد.

دکتر Edward Phelps، استادیار مهندسی بیومدیکال و واکر هاگان، دانشجوی دکترای او، و یک تیم تحقیقاتی بین رشته ای، روشی را برای سنجش میزان و چگونگی انتشار گاما آمینو بوتیریک اسید(GABA)  از سلولهای بتا در لوزالمعده ابداع کرده اند. نتایج این تحقیق درNature Metabolism، منتشر گردید.

غلظت گابا در سلولهای بتای لوزالمعده تقریباً به اندازه ی غلظت آن در سلولهای عصبی مغز است. در طی 30 سال گذشته، دانشمندان تصور می کردند که GABA به همان روشی که از سلولهای عصبی ترشح می شود از سلولهای بتا نیز آزاد می شود. در مغز، گابا در کیسه های کوچکی (وزیکول) در انتهای سلول عصبی ذخیره می شود. هنگامی که یک ایمپالس عصبی، وزیکولهای موجود در آکسون سلول را تحریک می کند تا تکانه را به سلول عصبی بعدی منتقل کند، گابا نیز از وزیکول ترشح می شود. گابا بعنوان یک آرام کننده ی اعصاب عمل می کند تا برای پالس بعدی آماده شوند. با این حال، دانشمندان نتوانستند مکان یک انتقال دهنده ی وزیکول گابا را در 99٪ از سلولهای بتا مشخص کنند، بنابراین مکانیسم مربوط به ترشح گابا از نورونها در مورد ترشحگابااز سلولهای بتا در لوزالمعده، صادق نبود.  

دکتر فلپس در طول تحقیقات اولیه خود در این زمینه مشاهده نمود که گابا داخل سلولهای بتا در لوزالمعده داخل وزیکول ها بسته بندی نمی شود. بلکه، به طور مساوی در سرتاسر سلول بتا پخش است. دکتر فلپس و همكارانش با درك اینكه گابا از وزیکولها در سلول بتا ترشح نمی شود، به دنبال توضیح دیگری برای ترشح گابا از سلولهای بتا بودند.

فلپس گفت: کانالی بین فضای داخلی بتا و فضای خارج این سلول وجود دارد که ما فکر کردیم ارزش تحقیق را دارد و آن کانال آنیونی تنظیم حجم( relief-valveیا VRAC[1]) بود که نقش آن کمک به سلولها برای حفظ شکل خود از طریق ایجاد تعادل در فشار اسمزی بین داخل و خارج از سلول است. هنگامی که این تعادل مختل شود و شکل سلول تغییر کند، کمی از مواد شیمیایی آلی موسوم به اسمولیت ها از طریق کانال VRAC از سلول خارج می شوند تا سلول بتواند شکل خود را بازیابد. هنگامی که ما این کانال را به طور مصنوعی در سلول های بتا با استفاده از سالین با غلظت پایین باز کردیم، متوجه شدیم که این کانال گابا را نیز منتقل می کند.

محققان از ترکیبی از کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) و سنجش سلولی با بیوسنسورGABA  به اندازه گیری پویایی انتشار GABA از جزایر انسانی پرداختند. در یک سری آزمایشات از محلول هیپوتونیک نمکی برای باز کردن کانال VRAC استفاده کرده و یک بیوسنسور را در پایین دست جزایر پانکراس حاوی سلولهای بتا قرار دادند. وقتی گابا آزاد می شد، بیوسنسور از خود فلورسانس ساتع می کرد که از طریق میکروسکوپ کانفوکال قابل مشاهده بود.

در این تحقیق دکتر فلپس و همكارانش توانستند نشان دهند كه در جزایر لوزالمعده ی انسان (سلول بتا):

(1)  گابا به طور مستقل از غلظت گلوکز و در پالس هایی با فرکانسی در همان محدوده ی پالس ترشح انسولین در داخل بدن، ترشح می شود.

(2)   گابا یک عاملی قابل انتشار است و بر روی گیرنده های GABA کار می کند که فعال شدن آن فعالیت سلول های بتا را تنظیم می کند (سیگنالینگ اتوکرین).

(3)  تولید و انتشار گابا می تواند فواصل ترشح انسولین را تنظیم کند.

این یافته ها نشان دهنده ی یک حالت توضیح داده نشده از سیگنالینگ اتوکرین در جزایر پانکراس است که ممکن است در بسیاری از انواع سلول ها و بافت های دیگری که از سیگنالینگ GABA استفاده می کنند، وجود داشته باشد.

دکتر فلپس در نتیجه گیری این مقاله اظهار داشت که اگر سایر محققان نیز به چنین نتایجی دست یابند، حوزه های کاملاً جدیدی بر روی تحقیقات بیومدیکال باز خواهد شد که دانشمندان می توانند به تحقیق در مورد آنها بپردازند، از جمله ی آنها روشهای درمانی جدید برای دیابت و دفاع بالقوه در برابر فعالیت خود ایمنی است.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2019-11-deepens-glucose-insulin-interaction.html