پیش بینی می شود که سیستم سودوجزایر در پیشبرد تحقیقات پانکراس و دیابت تاثیر بی نظیری داشته باشد

31ژوئیه 2020- ساختار چند سلولی و 3 بعدی جزایر پانکراس انسانی- مناطقی از لوزالمعده که حاوی سلولهای تولید کننده هورمون یا سلولهای غدد درون ریز هستند- محققان را در مطالعه و دستکاری عملکرد این سلول ها، به چالش کشیده است. اکنون یک سیستم شبه جزایر توسط محققان مرکز پزشکی دانشگاه Vanderbilt ساخته شده است که امکان مطالعه ی آسانتر عملکرد جزایر لانگرهانس را فراهم می کند.

یک جزیره ی لوزالمعده در درجه اول از سلولهای بتا، سلولهای آلفا و سلولهای دلتا تشکیل شده است، اما همچنین شامل بسیاری از سلولهای پشتیبان مانند سلولهای اندوتلیال، فیبرهای عصبی و سلولهای ایمنی است که به عنوان یک اندام کوچک برای کنترل قند خون از طریق ترشح هورمون ها عمل می کند. انسولین، که از سلولهای بتای جزایر ترشح می شود، با تحریک بافتهای محیطی سبب جذب گلوکز شده و قند خون را کاهش می دهد، در حالی که گلوکاگون، که از سلولهای جزایر آلفا ترشح می شود، گلوکز خون را از طریق تاثیر بر کبد بالا می برد.

اختلال در عملکرد سلول های جزایر یکی از مؤلفه های اصلی انواع دیابت است و درک بهتر این اختلال می تواند منجر به بهبود درمان و مدیریت این بیماری شود. دانشمندان Vanderbilt و سایر محققان در سراسر جهان اهداف بالقوه ی دیابت را با استفاده از مدلهای موش و بافت انسانی شناسایی کرده اند، با این حال، عدم وجود سیستمی برای دستکاری این مسیرها در سلولهای جزایر انسانی، این زمینه از تحقیقات را محدود کرده است.

تیم VUMC به سرپرستی پرفسور Marcela Brissova، استاد تحقیقات پزشکی و مدیر مرکز تهیه و تجزیه و تحلیل جزایر مرکز تحقیقات و آموزش دیابت، از سال 2016، برای ایجاد پروتکلی بمنظور تولید یک سیستم شبه جزیره تلاش کرد و کارآزمایی های بی شماری را انجام داد. در اواخر سال 2017 ، دکتر Rachana Haliyur، محیطی ترکیبی حاوی عواملی که از سلول های عروقی و سلول های غدد درون ریز  پشتیبانی می کردند با نام"Vanderbilt Pseudoislet Media" ساخت. در این محیط محققان، شاهد سازمان دهی مجدد سلولها به شکلی شبیه به جزایر بومی بودند.

پرفسور Brissova، گفت: بسیاری از مسائل در علم تصادفی اتفاق می افتد و این یکی از این موارد بود. وی ادامه داد: ما بارها تلاش کردیم و شکست خوردیم و اساساً این مسئله به محیطی که برای سلول های خود استفاده می کردیم، مرتبط بود. در مقاله ی اخیر ما کلیه جزئیات تجربی و پروتکل خود را ارائه داده ایم تا دیگران بتوانند در آزمایشگاه های خود از این محیط برای ساخت شبه جزایر استفاده کنند.

به دلیل ساختار پیچیده ی جزایر انسانی، معرفی و دستکاری سلولهایی که از اولین لایه سلولی کروی جزایر عبور می کردند، دشوار بود. سیستم pseudoislet به محققان این امکان را می دهد تا جزایر لوزالمعده را بصورت سلولهای منفرد، از هم جدا کرده و با وارد نمودن یک وکتور ویروسی به درون سلولها دستکاری ژنتیکی لازم را انجام و سپس سلولها را مجدداً با هم ترکیب کنند. این روش به محققان این امکان را می دهد تا انواع خاصی از سلول ها را هدف قرار داده و یا تغییرات رخ داده در بیماری را تکرار کنند و آنها را در محیط 3 بعدی جزایر مورد مطالعه قرار دهند.

سیستم شبه جزایر، به محققان VUMC اجازه داد مسیرهای سیگنالینگ درون سلولی را واضح تر بررسی کنند، این سیستم اجازه داد تا دانشمندان با دستکاری ژنتیکی در آن مسیرها، عملکرد آنها را تغییر داده و به درک بهتری از نحوه ترشح انسولین و گلوکاگون پس از دستکاری ژنتیکی برسند. آنها تعیین کردند که فعال شدن سیگنالینگ پروتئینGi ، باعث کاهش ترشح انسولین و گلوکاگون می گردد، در حالی که فعال شدن سیگنالینگ پروتئین Gq ترشح گلوکاگون را تحریک می کند اما هم دارای تأثیر تحریک کنندگی و هم تاثیر مهاری بر ترشح انسولین است.

علاوه بر این، این رویکرد دانشمندان را قادر می سازد تا حسگرهای زیستی را به درون سلولهای جزایر وارد کنند تا وقایع سیگنال دهی بین سلولها را درون سلولها اندازه گیری کنند و درک کنند که چگونه این وقایع با ترشح هورمون ها مرتبط هستند.

پیشرفت دیگر، ترکیب سیستم شبه جزیره با یک دستگاه میکروسیالی منحصر به فرد بود که توسط دکتر Ishahakو دکتر Agarwal، از دانشگاه میامی ساخته شده بود، و به محققان اجازه داد همزمان تغییرات یون کلسیم و ترشح هورمون ها را مستند سازند.

دکتر واکر از گروه پرفسور Brissova، و نویسنده ی اول این مقاله، گفت: نکته جالب در مورد این رویکرد این است که ما هم جزایر را برای دستکاری مورد نظرمان تجزیه می کنیم و هم سپس آنها را بازسازی می کنیم تا عواقب عملکردی این دستکاری را در سطح بزرگتر درک کنیم. از آنجایی که سلولهای جزایر را مجدداً کنار هم قرار می دهیم، می توانیم ترشح انسولین و گلوکاگون را به صورت هماهنگ بررسی کنیم، هر دو پروفایل ترشحی اندازه گیری شده، بازتابی از تعاملی است که درون جزایر اتفاق می افتد.

دکتر Haliyur، گفت: یکی دیگر از تحقیقات آتی تولید شبه جزایر در یک مرحله ی خاص از بیماری شبیه به جزایر بومی در افراد مبتلا به دیابت نوع 1 است.

پرفسور بریسووا گفت: سیستم ما در بسیاری از پروژه های گروه خودمان و همچنین همكارانمان، مورد استفاده قرار می گیرد، بنابراین دیدن اینكه چگونه بر مناطق مختلف زیست شناسی جزایر تاثیر خواهد گذاشت، واقعاً هیجان انگیز است. من معتقدم كه این سیستم به ما در ترجمه ی بهتر اطلاعات از مطالعات مدل موش، اثرات آزمایش ژنهای شناسایی شده در مطالعات دیابت نوع 1 و نوع 2 انسان و مطالعه بهتر مکانیسمهای روشهای درمانی آینده، كمك می كند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-07-pseudoislet-advance-pancreas-diabetes.html