D клетки островков лангерганса поджелудочной железы вырабатывают

Заменитель поджелудочной железы можно вырастить в пробирке

Увенчались успехом эксперименты по выращиванию островков поджелудочной железы вместе с сосудами прямо «в пробирке». Это открытие принципиально важно для успешной трансплантации островковых клеток поджелудочной железы при диабете I типа.

Национальный научный фонд (National Science Foundation) профинансировал многоуниверситетское исследование под руководством ученых из Школы инженеров Свансона Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh Swanson School of Engineering), которые изучают использование плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSC) для создания островков поджелудочной железы в лаборатории. Основной целью исследования является разработка метода выращивания васкуляризированных островков in vitro, в пробирке, что, по мнению исследователей, приведет к повышению жизнеспособности островковых клеток и усилению их функции после трансплантации.

«Это первая удачная попытка создать in vitro васкуляризированные органоиды – островки поджелудочной железы из hPSCs», – объясняет Ипсита Банерджи (Ipsita Banerjee), руководитель исследования. «Благодаря совместным усилиям мы разработали метод имплантации фрагментов кровеносных сосудов в островки. Путем васкуляризации островков до их трансплантации в организм они с большей вероятностью выживут и могут быстрее регулировать уровень глюкозы в крови».

Что такое островки и почему они жизненно необходимы?

Крошечные скопления клеток, называемые островками Лангерганса, расположены по всей поджелудочной железе, и позволяют органу производить инсулин. Группы таких клеток были обнаружены еще в 1869 ученым Паулом Лангергансом, в честь которого и были названы. Клетки островков концентрированы преимущественно в хвосте поджелудочной железы, и составляют 2% от массы органа. Всего в паренхиме насчитывается около 1 миллиона островков.

Выявлено, что у новорожденных островки занимают 6% от всей массы органа. По мере взросления организма удельный вес структур, имеющих эндокринную активность, снижается. К пятидесяти годам их остается всего 1-2%. В течение суток островки Лангерганса секретируют около 2 миллиграммов инсулина.

Диабет I типа приводит к тому, что иммунная система разрушает эти островки. В результате пациенты должны ежедневно принимать инсулин, чтобы поддерживать уровень сахара в крови. Слишком высокий уровень сахара может приводить к гипергликемии, диабетическому кетоацидозу и, если эти состояния не купировать – к смерти. Пациенты должны самостоятельно регулировать уровень сахара в крови на протяжении всей своей жизни. Либо искать возможность для замены неработающей поджелудочной железы или ее активной части – островков Лангенгарса.

Зачем островкам нужны сосуды?

Островки поджелудочной железы имеют очень высокие потребности в кислороде. При пересадке их нужно как можно скорее «подключить» к сосудам организма-реципиента, иначе они начнут очень быстро терять способность регулировать уровень глюкозы в крови и отмирать. Исследователи начали искать новые методы, чтобы ускорить васкуляризацию островков после трансплантации, и пришли к выводу, что проще «вырастить» сосуды еще до пересадки, в пробирке, прямо внутри группы островковых клеток.

В эксперименте была использована новая структурирующая система – специальный гидрогель для создания трехмерной конфигурации клеточной культуры, которая имитирует способ образования поджелудочной железы естественным путем.

«Гидрогель подобен строительным лесам, и он помогает наращивать ячейки структуры в трехмерном пространстве», – говорит доктор Банерджи. «Обычно плюрипотентные стволовые клетки представляют собой структуру неконтролируемой конфигурации, однако, используя гидрогель, разработанный нашим сотрудником в штате Аризона, мы можем создать точную многоклеточную архитектуру под названием« сфероиды». В отличие от обычной двумерной культуры островковых клеток, выращенной в чашке Петри, островковые сфероиды, выращенные на гидрогеле, полностью идентичны тем структурам, которые образуются в организме естественным путем».

Кроме применения непосредственно для трансплантации, создание жизнеспособных васкуляризованных островков поджелудочной железы за пределами тела может стать ценным инструментом для проверки эффективности и токсичности новых лекарств для лечения поджелудочной железы. Кроме того, васкуляризация органелл in vitro открывает новые горизонты в области трансплантологии.

Читайте также:  Ведущими причинами возникновения язвенной болезни являются

«Принципы предварительного проектирования васкуляризации перед трансплантацией может применяться к любому типу ткани, а не только в случае поджелудочной железы», – говорит доктор Банерджи. «Когда донорские островки используются для трансплантации, часть из них гибнет в результате процедуры. Мы ожидаем, что меры, которые мы принимаем в лаборатории до того, как новые клетки будут пересажены в тело пациента, будут иметь огромное значение для регенеративной медицины следующего поколения».

Попытки стимулировать васкуляризацию островковых клеток в пробирке проводились и раньше. Так, в 2011 году были опубликованы результаты эксперимента американских ученых из Boston University, Brown University, Alpert Medical School , в котором они проверяли предположение, что стволовые клетки костного мозга стимулируют ангиогенез в островках поджелудочной железы. Для проверки этой гипотезы человеческие островки (100 на 1 мл) культивировали отдельно (контроль) или совместно с цельным человеческим костным мозгом (миллион клеток на 1 мл) в течение 210 суток. При оценке в конце выращивания было обнаружено, что при ко-культивировании значительно возрастает содержание таких факторов ангиогенеза, как VEGF-a (535 vs 2 pg/mL), PDGF (280.79 vs 0 pg/mL), KGF (939 vs 8 pg/mL), TIMP-1 (4592 vs 4332 pg/mL) и ангиогенина (506 vs 97 pg/mL). При этом содержание ангиопоэтина-2 было ниже, чем в контроле (5 vs 709 pg/mL). Если при ко-культивировании удалить названные проангиогенные факторы, вызванная СК васкуляризация островков также снижается, что говорит о паракринном механизме воздействия этих клеток.

При вызванной стволовыми клетками васкуляризации наблюдалось значительное рассеивание эндотелиальных клеток и рост островков. Те островки, что уменьшались в размере, отличались слабой васкуляризацией. В течение всего периода культивирования наблюдалось выделение инсулина, что говорит о сохранении функции островков при взаимодействии со стволовыми клетками. Более того, при ко-культивировании наблюдалось значительное усиление генной экспрессии инсулина и глюкагона по сравнению с контролем – в 28,66 и в 24,4 раза соответственно. Это свидетельствует о том, что СК стимулируют и регенерацию эндокринных клеток.

Каждый островок Лангерганса выполняет очень и очень важную роль для всего организма. Основная его роль – это контроль содержания углеводов в крови.

История открытия

Островок Лангерганса впервые был описан в 1869 году. Открывателем этих важных образований, расположенных в поджелудочной железе (преимущественно в хвостовой её части), стал молодой студент Рудольфа Вирхова – Пауль Лангерганс. Именно он впервые рассмотрел в микроскоп скопление клеток, которые по своему морфологическому строению отличались от прочих тканей поджелудочной железы.

В дальнейшем было установлено, что островки Лангерганса выполняют эндокринную функцию. Данное открытие совершила К. П. Улезко-Строганова. В 1889 году впервые была установлена связь между поражением островков Лангерганса и развитием сахарного диабета.

Каким может быть островок Лангерганса?

В настоящее время данная структура уже изучена достаточно хорошо. Сейчас отлично известно, что это образование имеет разновидности. На данный момент известны следующие из них:

  • альфа-клетки;
  • бета-клетки;
  • дельта-клетки;
  • пп-клетки;
  • эпсилон-клетки.

Именно благодаря такому своему разнообразию клетки островков Лангерганса выполняют все те обязанности, которые на них возложены.

Альфа-клетки

Данная разновидность составляет примерно 15-20% от всех имеющихся в наличии островков Лангерганса. Основной задачей альфа-клеток является выработка глюкагона. Данный гормон имеет липидную природу и представляет собой своеобразный антагонист инсулина. Высвобождаясь, глюкагон направляется к печени, где, связавшись со специальными рецепторами, он регулирует выработку глюкозы посредством распада гликогена.

Бета-клетки

Островки Лангерганса данной разновидности являются наиболее распространёнными. Они составляют примерно 65-80% от общего количества. В настоящее время уже установлено, что их основной функцией является выработка одного из самых важных гормонов – инсулина. Данное вещество представляет собой антагонист глюкагона. Оно способствует активизации образования гликогена и запасанию его в клетках печени и мышц. В результате данного процесса происходит уменьшение количества глюкозы в крови.

Читайте также:  Как правильно сдать дыхательный тест на хеликобактер

Дельта-клетки

Островки Лангерганса поджелудочной железы такого типа встречаются не так часто. Их всего 2-10% от общего количества. Сейчас их функциональные особенности хорошо известны. Установлено, что данные клетки синтезируют соматостатин. Функция этого биологически активного вещества заключается в подавлении выработки соматотропного, тиреотропного и соматотропин-рилизинг-гормона. То есть он воздействует непосредственно на гипоталамус, а также переднюю долю гипофиза.

ПП-клетки

Каждый островок Лангерганса такого типа занимается выработкой панкреатического полипептида. До конца его функция не изучена. В настоящее время ему приписывают свойства подавления выработки панкреатического сока. Кроме этого, его воздействие способствует расслаблению гладкой мускулатуры желчного пузыря. В последние годы достаточно активно изучается зависимость уровня выработки данного вещества от формирования злокачественных новообразований. В результате установлено, что при их развитии уровень панкреатического полипептида повышается. Так что это биологически активное вещество можно считать неплохим маркером злокачественных новообразований поджелудочной железы.

Эпсилон-клетки

Такие островки Лангерганса являются наиболее редкими. От общего количества их число составляет менее 1%. Основной задачей таких клеток является выработка гормона под названием грелин. Данное активное вещество обладает большим количеством функций, однако наиболее изучено его регулирующее воздействие на аппетит.

О патологии островков Лангерганса

Поражение этих важнейших структур оказывает на организм весьма серьёзное негативное воздействие. В том случае, если вырабатываются антитела к островкам Лангерганса, количество последних прогрессивно снижается. Поражение более 90% клеток снижает производство инсулина до критически низкого уровня. Результатом становится развитие такого опасного заболевания, как сахарный диабет. Антитела к клеткам островков Лангерганса чаще появляются у относительно молодых пациентов.

Серьёзный урон популяции этих гормонпродуциирующих клеток способен нанести воспалительный процесс в поджелудочной железе – панкреатит.

Как сохранить островковые клетки?

Для этого придётся позаботиться обо всей поджелудочной железе в целом. В первую очередь необходимо отказаться от излишеств в алкогольных напитках. Дело в том, что именно они среди всех пищевых продуктов оказывает на поджелудочную железу наиболее негативное воздействие. В случае длительного употребления алкогольных напитков у человека возникает и прогрессирует панкреатит, который со временем способен привести к значительному поражению островковых клеток.

Помимо спиртных напитков достаточно негативное воздействие на поджелудочную железу оказывает большое количество пищи, богатой животными жирами. При этом положение дел будет усугубляться в том случае, если до застолья пациент длительное время ничего не ел.

В том случае, если в ткани поджелудочной железы уже имеется хронический воспалительный процесс, необходимо обязательно обратиться к специалисту – терапевту или же гастроэнтерологу. Врачи данных специальностей назначат рациональный курс лечения, который сможет значительно затормозить развитие патологических изменений. В дальнейшем ежегодно придётся проходить ультразвуковое исследование поджелудочной железы, которое выполняется в комплексе с прочими органами брюшной полости. Кроме этого, необходимо сдавать биохимический анализ крови на содержание в ней амилазы.

Определить начало развития хронического панкреатита, помимо лабораторных и инструментальных исследований, поможет и клиника. Основным симптомом данного заболевания является возникновение болей в левом подреберье. При этом данная болезненность обладает опоясывающим характером и возникает чаще после приёма большого количества пищи, богатой животными жирами. Кроме этого, пациента после еды может беспокоить постоянное ощущение тяжести в животе. Все эти симптомы достаточно быстро покидают его или же снижают свою выраженность на фоне приёма препаратов, содержащих панкреатин. Среди них наибольшую популярность получили лекарственные средства "Креон", "Мезим" и "Панкреатин". При возникновении воспалительного процесса в ткани поджелудочной железы лучше и вовсе отказаться от употребления алкоголя. Дело в том, что даже небольшое его количество способно усугубить патологический процесс, тем самым значительно навредив этому органу.

Читайте также:  Как использовать семена льна для очищения кишечника

Островки Лангерга́нса — скопления гормон-продуцирующих (эндокринных) клеток, преимущественно в хвостовой части поджелудочной железы. Открыты в 1869 году немецким патологоанатомом Паулем Лангергансом (1849—1888). Островки составляют приблизительно 1—2 % массы поджелудочной железы. Поджелудочная железа взрослого здорового человека насчитывает около 1 миллиона островков (общей массой от одного до полутора граммов), которые объединяют понятием орган эндокринной системы.

Содержание

Историческая справка [ править | править код ]

Пауль Лангерганс, будучи студентом-медиком, работая у Рудольфа Вирхова, в 1869 году описал скопления клеток в поджелудочной железе, отличавшиеся от окружающей ткани, названные впоследствии его именем [1] [2] . В 1881 году К. П. Улезко-Строганова впервые указала на эндокринную роль этих клеток [3] . Инкреаторная функция поджелудочной железы была доказана в Страсбурге (Германия) в клинике крупнейшего диабетолога Наунина Mering и Minkowski в 1889 году — открыт панкреатический диабет и впервые доказана роль поджелудочной железы в его патогенезе [2] . Русский учёный Л. В. Соболев (1876—1919) в диссертации «К морфологии поджелудочной железы при перевязке её протока при диабете и некоторых других условиях» показал, что перевязка выводного протока поджелудочной железы приводит ацинозный (экзокринный) отдел к полной атрофии, тогда как панкреатические островки остаются нетронутыми. На основании опытов Л. В. Соболев пришёл к выводу: «функцией панкреатических островков является регуляция углеводного обмена в организме. Гибель панкреатических островков и выпадение этой функции вызывает болезненное состояние — сахарное мочеизнурение» [2] .

В дальнейшем благодаря ряду исследований, проведенных физиологами и патофизиологами в различных странах (проведение панкреатэктомии, получение избирательного некроза бета-клеток поджелудочной железы химическим соединением аллоксаном), получены новые сведения об инкреаторной функции поджелудочной железы.

В 1907 году Lane & Bersley (Чикагский университет) показали различие между двумя видами островковых клеток, которые они назвали тип A (альфа-клетки) и тип B (бета-клетки).

В 1909 году бельгийский исследователь Ян де Мейер предложил называть продукт секреции бета-клеток островков Лангерганса инсулином (от лат. insula — островок). Однако прямых доказательств продукции гормона, влияющего на углеводный обмен, обнаружить не удавалось [2] .

В 1921 году в лаборатории физиологии профессора J. Macleod в Торонтском университете молодому канадскому хирургу Фредерику Бантингу и его ассистенту студенту-медику Чарлзу Бесту удалось выделить инсулин.

В 1955 году Сангеру и соавторам (Кембридж) удалось определить последовательность аминокислот и строение молекулы инсулина [2] .

В 1962 году Марлин и соавторы обнаружили, что водные экстракты поджелудочной железы способны повышать гликемию. Вещество, вызывающее гипергликемию, назвали «гипергликемическим-гликогенолитическим фактором». Это был глюкагон — один из основных физиологических антагонистов инсулина [2] .

В 1967 году Донатану Стейнеру и соавторам (Чикагский университет) удалось обнаружить белок-предшественник инсулина — проинсулин. Они показали, что синтез инсулина бета клетками начинается с образования молекулы проинсулина, от которой в последующем по мере необходимости отщепляется С-пептид и молекула инсулина [2] .

В 1973 году Джоном Энсиком (Вашингтонский университет), а также рядом учёных Америки и Европы была проведена работа по очистке и синтезу глюкагона и соматостатина [2] .

В 1976 году Gudworth & Bottaggo открыли генетический дефект молекулы инсулина, обнаружив два типа гормона: нормальный и аномальный. последний является антагонистом по отношению к нормальному инсулину [2] .

В 1979 году благодаря исследованиям Lacy & Kemp и соавторов появилась возможность пересадки отдельных островков и бета-клеток, удалось отделить островки от экзокринной части поджелудочной железы и осуществить трансплантацию в эксперименте. В 1979—1980 гг. при трансплантации бета-клеток преодолён видоспецифический барьер (клетки здоровых лабораторных животных имплантированы больным животным другого вида) [2] .

В 1990 году впервые выполнена пересадка панкреатических островковых клеток больному сахарным диабетом [2] .

Островки Лангерганса
лат. insulae pancreaticae

Островки Лангерганса, окраска гематоксилин-эозином.

Поджелудочная железа собаки. 250x.
Каталоги

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *