Le pancréas est un organe contenant deux segments fonctionnels distincts qui comprennent les tissus exocrines et endocriniens. Les principaux composants cellulaires du tissu exocrine comprennent les cellules acineuses et canalaires, qui libèrent des enzymes qui aident à la digestion des aliments. Le compartiment endocrinien est constitué d’îlots pancréatiques de Langerhans, où les cellules alpha et bêta jouent un rôle essentiel dans la régulation du métabolisme du glucose en contrôlant la libération des hormones glucagon et insuline. Le dysfonctionnement cellulaire des compartiments exocrine et endocrinien conduit à des états pathologiques qui comprennent le diabète de type 1 et de type 2, la pancréatite et le cancer. Les mécanismes qui régulent ces systèmes distincts ne sont pas complètement compris. L’objectif de cette collection est de rassembler des méthodes complémentaires qui contribueront à une meilleure compréhension de la biologie du pancréas au cours de la santé et de la maladie.
Le dysfonctionnement ou la mort de la cellule bêta sécrétrice d’insuline conduit au diabète, une maladie dévastatrice qui touche environ 10 % de la population mondiale1. Il est donc essentiel de comprendre la physiologie de la cellule bêta pour trouver des traitements permettant de restaurer la fonction cellulaire et de prévenir la perte de cellules bêta. La signalisation calcique intracellulaire régule de nombreuses fonctions cellulaires, y compris la sécrétion d’insuline par les cellules bêta. Le glucose, le principal sécrétagogue de l’insuline, déclenche des oscillations intracellulaires du calcium dans les cellules bêta. La synchronisation de ces oscillations est essentielle au fonctionnement des îlots. En tant que micro-organe critique régulant le métabolisme du glucose, les îlots pancréatiques sont conservés chez de nombreuses espèces animales. Dans le protocole de Delgadillo et al., les auteurs utilisent un modèle de poisson-zèbre pour étudier la fonction des cellules bêta in vivo. Pour réaliser l’imagerie in vivo, ils exploitent la transparence optique du poisson-zèbre au stade larvaire. À l’aide de lignées transgéniques exprimant des rapporteurs fluorescents, les auteurs ont effectué une imagerie en direct de Ca2+ pour suivre les oscillations calciques en réponse à la stimulation du glucose2. Chez les animaux vertébrés supérieurs, contrairement au poisson-zèbre, le pancréas à tous les stades se trouve à l’intérieur d’une cavité abdominale non transparente. Pour contourner cette limitation biologique de l’imagerie, un modèle de « fenêtre vivante » a été décrit, qui nécessitait une intervention chirurgicale pour insérer une fenêtre transparente dans la cavité abdominale de souris3. La fenêtre a été conçue pour créer une transparence optique et isoler le pancréas de l’intestin dans la cavité abdominale, ce qui a permis au pancréas de rester fixe en place à côté de la fenêtre d’imagerie. Les auteurs décrivent l’utilité des méthodes d’imagerie in vivo en imageant plusieurs modèles, notamment la biologie vasculaire, les îlots, les tissus des cellules acineuses et le cancer du pancréas3. Les techniques in vivo mentionnées précédemment 2,3 sont des approches orthogonales avec des avantages et des limites distincts, qui comprennent l’expertise dans les manipulations chirurgicales animales, la facilité de manipulation génétique et la similitude génétique par rapport à la biologie humaine.
La manipulation in vivo est possible dans les modèles animaux ; Cependant, l’expérimentation dans un cadre non clinique utilisant des tissus humains nécessite des approches in vitro. Récemment, des méthodes utilisant des coupes de tissus vivants dérivées d’échantillons biologiques obtenus lors de biopsies chirurgicales ou de donneurs post-mortem ont fourni des informations inestimables sur la biologie du pancréas 4,5,6. Alors que les tissus humains sont les plus pertinents pour les maladies humaines, les tissus de souris sont également utiles pour modéliser les maladies humaines, étant donné que les tissus humains sont une ressource biologique limitée. Ainsi, dans Stožer et al., les auteurs effectuent une imagerie calcique des composants acinaires, îlots et canalaires de coupes de tissus de souris7. Ces résultats ont des implications pour l’étude de multiples aspects de la biologie endocrinienne et exocrine. Pour modéliser la pathologie du diabète à l’aide de tissus diabétiques humains, des coupes de tissus ont été préparées par Huber et al., qui décrivent une méthode pour suivre les interactions des îlots et des cellules immunitaires, ainsi que la fonction des cellules bêta pendant le diabète8. À l’aide de la microscopie confocale, les auteurs ont effectué des images vivantes et mortes, et ont également enregistré les réponses calciques fonctionnelles des îlots pancréatiques chez des donneurs diabétiques (NOD de souris et DT1 humain). De plus, dans le contexte de l’auto-immunité du diabète de type 1, qui se produit lorsque les cellules immunitaires attaquent les îlots pancréatiques, les auteurs ont effectué un cytomarquage in situ pour suivre les cellules immunitaires dans des tranches vivantes8. Il est important de noter que les modèles en coupe décrivent le seul modèle actuel qui contient tous les composants cytoarchitecturaux du tissu pancréatique. Bien que le flux sanguin soit coupé de la circulation, les auteurs décrivent de manière importante un modèle in vitro où les interactions paracrines entre les éléments immunitaires, îlots, acinaires et vasculaires peuvent être modélisées 5,9,10,11.
Distincte des approches in vitro et in vivo, Felix-Martinez et al. décrivent une approche in silico pour étudier quantitativement les propriétés morphologiques et de connectivité des îlots reconstruits12. Des simulations fonctionnelles ont été réalisées sur la base de la nature pulsatile des sécrétions d’hormones des îlots (insuline, glucagon et somatostatine). Les applications de cette approche seront particulièrement utiles lors de la modélisation des îlots pendant les états de rapport cellulaire normaux et modifiés (c’est-à-dire la perte de cellules bêta pendant le diabète), ou des approches organoïdes basées sur l’amalgamation cellulaire 13,14,15.
Alors que le pancréas endocrine contrôle le métabolisme du glucose, le pancréas exocrine contrôle la sécrétion d’enzymes dans la voie gastro-intestinale pour faciliter la digestion. Bien que rare, l’inflammation du pancréas causée par une obstruction canalaire peut entraîner une pancréatite aiguë. Zhou et al. décrivent une méthode pour étudier la pancréatite aiguë à l’aide d’un modèle chirurgical. Ici, les auteurs utilisent une technique d’induction chimique en injectant du taurocholate de sodium dans le canal biliopancréatique. Les auteurs ont constaté un changement significatif dans la survie globale, la présence de cellules inflammatoires et une accumulation accrue d’enzymes pancréatiques telles que l’amylase et la lipase16. Étant donné que le modèle récapitule des éléments critiques de la biologie de la pancréatite, cette méthode sera importante pour la validation de nouveaux médicaments précliniques pour les patients atteints de cette maladie potentiellement mortelle.
Le dysfonctionnement du système endocrinien et exocrine a des conséquences immédiates et potentiellement mortelles et présente également des problèmes chroniques à long terme. En effet, les conséquences d’un dysfonctionnement de l’un ou l’autre système entraînent souvent une altération du fonctionnement de plusieurs systèmes, comme le diabète d’apparition récente, qui survient chez près de 47 % des patients au cours d’un cancer du pancréas17,18. Les efforts continus visant à mieux comprendre et modéliser la physiopathologie du pancréas amélioreront notre capacité à comprendre et à élaborer de nouvelles stratégies pour le traitement des maladies du pancréas telles que le diabète, la pancréatite chronique et le cancer. Les méthodes décrites ici présentent un ensemble organisé d’outils à utiliser par les chercheurs pour étudier la biologie essentielle à la santé et aux maladies du pancréas.