محققان با استفاده از روشهای جدید نحوه ی بسته بندی انسولین در سلول های پانکراس را بطور دقیق مشاهده کردند

 9دسامبر 2020- برای اولین بار، دانشمندان توانستند عمیقا درون سلولهای پانکراس را مشاهده کرده و نحوه ی بسته بندی انسولین و پاسخ سلولهای بتا به درمان دارویی را تماشا کنند، بدین ترتیب اطلاعات جامع تری از مکانیسم های بدست آوردند که می تواند به جلوگیری از دیابت کمک کند.

تیمی از دانشمندان به رهبری محققان موسسه Bridge در مرکز علوم همگراUSC Michelson ، تکنیک های جدید پیشرفته ای برای تصویربرداری و تماشای دقیق و چند بعدی سلولهای بتا در لوزالمعده، که کارخانه های تولید انسولین در بدن هستند، ابداع کرده اند. آنها شاهد یک مجموعه واکنشهای جداگانه اما هماهنگ[1] بودند که محققان انتظار برخی از آنها را داشتند و برخی دیگر شگفت انگیز بودند، زیرا با پاسخ سلول به تغییرات رخ دادند.

تا به امروز تکنیک های دیگر، اغلب مبتنی بر اندازه گیری غیر مستقیم، بوده است که بخشی از داستان سلول را بیان می کنند، اما مشاهدات مستقیم و دقیق جدید، تصویر کامل تری از بیماری دیابت را ارائه می دهند.

دکتر کیت وایت، نویسنده اصلی این مقاله و استادیار زیست شناسی مولکولی و محاسباتیUSC و مدیر کنسرسیوم سلولهای بتا پانکراس در انستیتوی بریج، گفت: وقتی اطلاعات بیوشیمیایی و تصاویر دقیقی داشته باشیم، می توانیم چیزها را خیلی بهتر درک کنیم، بنابراین دقیقاً می توانیم ببینیم که در داخل سلول بتا در لوزالمعده چه اتفاقی می افتد. این به ما یک بینش کاملاً جدید می دهد، و شما همیشه به چشم اندازهای تازه برای بررسی یک مشکل و یافتن راه حل های جدید نیاز دارید.

یافته های این تحقیق در یک جفت مقاله در Science Advances منتشر شده است.

محققان تأكید کردند كه این یافته ها، درمانی برای دیابت نیستند، برای رسیدن به این هدف، باید راهی طولانی طی شود. از سوی دیگر این تحقیق با استفاده از سیستم مدل رده سلولی جوندگان انجام شد. گفته می شود، این مطالعات روش های جدیدی برای مطالعه سلول برای درک نحوه کار داروها فراهم می کند، دستاوردهایی که می توانند درمان های جدید را پیش ببرند، احتمالاً شامل سلول های بنیادی برای تولید کل لوزالمعده.

این دو مطالعه با رویکردهای مکمل به مشاهده ی سلول بتا پانکراس به روش های جدید، در سلول های موش صحرایی پرداختند.

در یک مطالعه از توموگرافی اشعه ایکس نرم (SXT) استفاده شد، که از اشعه ایکس نافذ برای دستیابی به تصاویر سلولهای کامل، مانندCT اسکن یا سونوگرافی استفاده می کند. در حالی که این فناوری معمولاً در آزمایشات پزشکی، باستان شناسی، اقیانوس شناسی و سایر علوم مورد استفاده قرار می گیرد، این فناوری اخیراً در نقشه برداری از سلولها نیز استفاده شده است.

مقاله دوم از توموگرافی cryo-electron یا CET، استفاده کرد. این فناوری برای بررسی اجزای کوچکتر درون سلول مانند اندامک ها و پروتئین ها مجهزتر است.

با ترکیب این روش ها، دانشمندان پس از قرار دادن سلولها در معرض گلوکز و داروی دیابت، با وضوح بالا کل سلول و قسمت های داخلی آن را مشاهده کردند. فناوریSXT ، نمایی از کل سلول، غشای خارجی، هسته، وزیکول های انسولین، قطرات چربی و میتوکندری را ارائه داد. تصاویرCET ، قسمت های داخلی کوچک در طول مسیر ترشح انسولین را نشان داد: میکروتوبول ها، میتوکندری و شبکه آندوپلاسمی، که مانند کامیون های کوچک مواد را در اطراف سلول حرکت می دهند و همچنین به ایجاد وزیکول های انسولین کمک می کنند.

در مرحله بعدی، محققان سلول ها را با مواد مختلف، از جمله دوزهای پایین قند، دوزهای بالای قند و داروی exendin-4، که یک داروی معمول دیابت نوع 2 است، تحریک کردند. سپس، آنها اتفاقاتی که بعد از 5 دقیقه و 30 دقیقه رخ داد را تماشا نمودند، محققان از محلول نمک کلرید پتاسیم به عنوان شاهد استفاده کردند.

همانطور که انتظار می رفت، سلول بتا با ساختن وزیکول هایی که اساساً بسته های کوچک انسولین هستند، به گلوکز پاسخ دادند. در 5 دقیقه ی اول، فقط چند وزیکول - که هر کدام به طور متراکم هورمون انسولین را بسته بندی کرده بودند- تولید شدند. بعد از 30 دقیقه ، سلول در پاسخ به گلوکز، تولید وزیکولها را بیشتر کرد و آنها را به سمت غشا سلول فرستاد. کشف این توالی عملکرد، جدید نیست،- این یک عملکرد مشترک در سلول ها است - اما قبلاً هرگز توالی زمانی با این جزئیات مشاهده نشده بود.

وقتی سلول در معرض exendin-4، قرار گرفت، تغییر چشمگیری ایجاد شد. پس از رسیدن exendin-4، به سلول بتا پانکراس، کل سلول به سرعت خروجی انسولین را تسریع کرد.

دکتر وایت گفت: در حقیقت، دارو سلول را برای کارآیی بیشتر توربوشارژ می کند و شما می توانید نحوه کار آن را مشاهده کنید. این تقریباً مانند تماشای ترافیک درهم و برهم در آزاد راه های بزرگ بود که ناگهان خارج می شوند و با بازدهی سریع حرکت می کنند.

به طور خاص، حجم میتوکندری ها افزایش یافت و بسیاری از بسته های وزیکول در اطراف آن ظاهر شدند، که شبکه آندوپلاسمی به آن کمک می کند، اگرچه دانشمندان از این مکانیسم مطمئن نیستند. همزمان با تکثیر سریع وزیکول ها، آنها با انسولین پر شده و به سمت سطح سلول حرکت می کنند تا به جریان خون منتقل شوند. در طول راه، یک اتفاق خارق العاده رخ داد: تعداد بسته ها بیشتر و اندازه ی آنها بزرگتر شد، و انسولین های بالغ مانند بالن هایی که در حال بالا رفتن و باد شدن هستند، جمع می شوند. آنها به سمت بالا تا غشای سلول شناور شده، و در آنجا پهن تر شده و در عرض داخلی سلول گسترش یافتند و انسولین را به خارج سلول منتقل کردند.

این مشاهدات دقیقاً نشان داد که سلول چگونه به داروی دیابت پاسخ می دهد. فناوری جدید تصویربرداری، همچنین امکان تولید داروهای بهتر را برای هدف گیری دقیق بیماری و کاهش عوارض جانبی فراهم می کند.

از شگفتی های این مشاهدات با تصویربرداری CET، این بود که دانشمندان مشاهده کردند در طی تولید انسولین، برخی از میتوکندری ها- که اغلب نیروگاه سلول نامیده می شوند- بسته به محتوای فلزیشان یا کلسیم موجود در آنها و همچنین بسته به این که در کجای سلول زندگی می کنند، رفتار متفاوتی دارند.

فناوری های تصویربرداری به کار رفته در این دو مطالعه کاربردهای گسترده تری دارند. از رویکردهای مشابه می توان برای مطالعه انواع دیگر سلولهای ترشح کننده هورمون و همچنین تغییراتی که در هنگام تمایز سلولهای بنیادی ایجاد می شود، استفاده کرد.

دکتر Ray Stevens، از محققان موسسه ی بریج، گفت: نسل بعدی اطلاعات در مورد ساختار زندگی، برای همگرایی و تلفیق داده های موجود بین سطح مولکولی و سلولی بکار خواهد رفت. این دو مقاله گام های اصلی را در تلاش برای ایجاد ارتباط چنین داده هایی در مقیاس های مختلف برای درک بهتر بیماری و توسعه روش های درمانی، در این مورد خاص برای سلولهای بتا پانکراس و دیابت، برداشتند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-12-pancreatic-cells-package-insulin.html