הלבלב הוא איבר המכיל שני מקטעים תפקודיים נפרדים הכוללים את הרקמות האקסוקריניות והאנדוקריניות. המרכיבים התאיים העיקריים של רקמת האקסוקרינית כוללים תאים אצינאריים וצינוריים, המשחררים אנזימים המסייעים בעיכול המזון. התא האנדוקריני מורכב מאיי לבלב של לנגרהנס, שבהם תאי אלפא ובטא ממלאים תפקיד חיוני בוויסות חילוף החומרים של הגלוקוז על ידי שליטה בשחרור הורמוני הגלוקגון והאינסולין. תפקוד לקוי של התאים האקסוקריניים והאנדוקריניים מוביל למצבים פתולוגיים הכוללים סוכרת מסוג 1 וסוג 2, דלקת הלבלב וסרטן. המנגנונים המווסתים את המערכות השונות הללו אינם מובנים לחלוטין. מטרת אוסף זה היא להפגיש שיטות משלימות שיתרמו להבנה טובה יותר של הביולוגיה של הלבלב במהלך בריאות וחולי.
תפקוד לקוי או מוות של תאי הבטא המפרישים אינסולין מובילים לסוכרת, מחלה הרסנית הפוגעת בכ-10% מהאוכלוסייה ברחבי העולם1. לכן זה קריטי להבין את הפיזיולוגיה של תא הבטא כדי למצוא טיפולים לשיקום תפקוד התאים ומניעת אובדן תאי בטא. איתות סידן תוך-תאי מווסת תפקודים תאיים רבים, כולל הפרשת אינסולין מתאי בטא. גלוקוז, הפרשת האינסולין העיקרית, מעורר תנודות סידן תוך תאיות בתאי בטא. הסנכרון של תנודות אלו הוא קריטי לתפקוד האי. כמיקרו-איבר קריטי המווסת את חילוף החומרים של הגלוקוז, איי הלבלב נשמרים במינים רבים של בעלי חיים. בפרוטוקול של Delgadillo et al., המחברים משתמשים במודל דג זברה כדי לחקור את תפקוד תאי הבטא in vivo. כדי לבצע הדמיה in vivo, הם ממנפים את השקיפות האופטית של דג הזברה בשלב הזחלים שלהם. באמצעות קווים טרנסגניים המבטאים מדווחים פלואורסצנטיים, המחברים ביצעו הדמיה חיה של Ca2+ כדי לעקוב אחר תנודות סידן בתגובה לגירוי גלוקוז2. בבעלי חוליות גבוהים יותר, בניגוד לדג הזברה, הלבלב בכל השלבים נמצא בתוך חלל בטן לא שקוף. כדי לעקוף את המגבלה הביולוגית הזו להדמיה, תואר מודל "חלון חי", שדרש הליך כירורגי להחדרת חלון שקוף לחלל הבטן של עכברים3. החלון תוכנן ליצור שקיפות אופטית ולבודד את הלבלב מהמעי בחלל הבטן, מה שאפשר ללבלב להישאר מקובע במקומו ליד חלון ההדמיה. המחברים מתארים את התועלת של שיטות הדמיה in vivo על ידי הדמיה של מודלים מרובים כולל ביולוגיה של כלי הדם, איים, רקמות תאי אצינאר וסרטן הלבלב3. טכניקות in vivo שהוזכרו קודם לכן 2,3 הן גישות אורתוגונליות עם יתרונות ומגבלות מובהקים, הכוללות מומחיות במניפולציות כירורגיות של בעלי חיים, קלות מניפולציה גנטית ודמיון גנטי בהשוואה לביולוגיה האנושית.
מניפולציה in vivo אפשרית במודלים של בעלי חיים; עם זאת, ניסויים בסביבה לא קלינית באמצעות רקמות אנושיות דורשים גישות חוץ גופיות. לאחרונה, שיטות המשתמשות בפרוסות רקמה חיה שמקורן בדגימות ביולוגיות שהושגו במהלך ביופסיות כירורגיות או תורמים לאחר המוות סיפקו תובנה שלא תסולא בפז בביולוגיה של הלבלב 4,5,6. בעוד שרקמה אנושית רלוונטית ביותר למחלות אנושיות, רקמות עכבר שימושיות גם למידול מחלות אנושיות, בהתחשב בכך שרקמות אנושיות הן משאב ביולוגי מוגבל. ככזה, ב- Stožer et al., המחברים מבצעים הדמיית סידן של רכיבי אצינאר, אי וצינור של פרוסות רקמה מרקמות עכבר7. לתוצאות אלה יש השלכות על חקר היבטים מרובים של ביולוגיה אנדוקרינית ואקסוקרינית. כדי לדגמן פתולוגיה של סוכרת באמצעות רקמות סוכרת אנושיות, הוכנו פרוסות רקמה על ידי הובר ועמיתיו, המתארים שיטה למעקב אחר אינטראקציות בין איים ותאי חיסון, כמו גם תפקוד תאי בטא במהלך סוכרת8. באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית, המחברים ביצעו הדמיה חיה ומתה, וגם תיעדו תגובות סידן תפקודיות מאיי הלבלב בתורמים סוכרתיים (NOD של עכבר ו-T1D אנושי). יתר על כן, בהקשר של סוכרת מסוג 1 אוטואימונית, המתרחשת כאשר תאי חיסון תוקפים את איי הלבלב, המחברים ביצעו תיוג ציטולוגי באתרו כדי לעקוב אחר תאי חיסון בפרוסות חיות8. חשוב לציין, מודלי הפרוסות מתארים את המודל הנוכחי היחיד המכיל את כל המרכיבים הציטו-ארכיטקטוניים של רקמת הלבלב. למרות שזרימת הדם מנותקת ממחזור הדם, המחברים מתארים באופן חשוב מודל במבחנה שבו ניתן לדגמן אינטראקציות פרקריניות בין אלמנטים חיסוניים, איים, אצינרים וכלי דם 5,9,10,11.
להבדיל מגישות in vitro ו-in vivo, פליקס-מרטינז ועמיתיו מתארים גישה בסיליקו למחקר כמותי של תכונות מורפולוגיות וקישוריות של איים משוחזרים12. סימולציות תפקודיות בוצעו על סמך האופי הפועם של הפרשות הורמוני האי (אינסולין, גלוקגון וסומטוסטטין). יישומים של גישה זו יהיו שימושיים במיוחד בעת מידול איים במצבי יחס תאים נורמליים ומשתנים (כלומר, אובדן תאי בטא במהלך סוכרת), או גישות אורגנואידים מבוססות מיזוג תאים 13,14,15.
בעוד שהלבלב האנדוקריני שולט בחילוף החומרים של הגלוקוז, הלבלב האקסוקריני שולט בהפרשת אנזימים למסלול העיכול כדי לסייע בעיכול. אמנם נדיר, אך דלקת בלבלב הנגרמת על ידי חסימת צינורות עלולה להוביל לדלקת לבלב חריפה. ג'ואו ועמיתיו מתארים שיטה לחקירת דלקת לבלב חריפה באמצעות מודל כירורגי. כאן, המחברים משתמשים בטכניקת אינדוקציה כימית על ידי הזרקת נתרן טאורוכולט לצינור הלבלב. המחברים מצאו שינוי משמעותי בהישרדות הכוללת, נוכחות של תאים דלקתיים והצטברות מוגברת של אנזימי לבלב כמו עמילאז וליפאז16. בהתחשב בכך שהמודל מסכם אלמנטים קריטיים בביולוגיה של דלקת הלבלב, שיטה זו תהיה חשובה לאימות תרופות פרה-קליניות חדשות לחולים עם מצב מסכן חיים זה.
לתפקוד לקוי של המערכת האנדוקרינית והאקסוקרינית יש השלכות מיידיות ומסכנות חיים, ומציגה גם בעיות כרוניות ארוכות טווח. ואכן, השלכות של תפקוד לקוי בשתי המערכות מובילות לעתים קרובות לתפקוד לקוי של מערכות מרובות, כגון סוכרת חדשה, המתרחשת אצל כמעט 47% מהחולים במהלך סרטן הלבלב17,18. המשך המאמצים להבין טוב יותר ולדגמן את הפתופיזיולוגיה של הלבלב ישפר את יכולתנו להבין ולפתח אסטרטגיות חדשות לטיפול במחלות לבלב כגון סוכרת, דלקת לבלב כרונית וסרטן. השיטות המתוארות כאן מציגות סידור מסודר של כלים שישמשו חוקרים לחקר ביולוגיה קריטית לבריאות הלבלב ולמחלות.