췌장은 외분비 조직과 내분비 조직을 포함하는 두 개의 서로 다른 기능 부분을 포함하는 기관입니다. 외분비 조직의 주요 세포 구성 요소에는 음식 소화를 돕는 효소를 방출하는 선포 세포와 관 세포가 포함됩니다. 내분비실은 랑게르한스의 췌장섬으로 구성되며, 여기서 알파 및 베타 세포는 글루카곤과 인슐린 호르몬의 방출을 조절하여 포도당 대사 조절에 필수적인 역할을 합니다. 외분비 및 내분비 구획의 세포 기능 장애는 제1형 및 제2형 당뇨병, 췌장염 및 암을 포함한 병리학적 상태를 유발합니다. 이러한 별개의 시스템을 조절하는 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다. 이 컬렉션의 목표는 건강과 질병 기간 동안 췌장 생물학을 더 잘 이해하는 데 기여할 보완적인 방법을 모으는 것입니다.
인슐린 분비 베타 세포의 기능 장애 또는 사멸은 전 세계 인구의 약 10%에 영향을 미치는 치명적인 질병인 당뇨병으로 이어집니다1. 따라서 세포 기능을 회복하고 베타 세포 손실을 예방하는 치료법을 찾으려면 베타 세포의 생리학을 이해하는 것이 중요합니다. 세포내 칼슘 신호 전달은 베타 세포의 인슐린 분비를 포함한 수많은 세포 기능을 조절합니다. 주요 인슐린 분비 촉진제인 포도당은 베타 세포에서 세포내 칼슘 진동을 유발합니다. 이러한 진동의 동기화는 섬 기능에 매우 중요합니다. 포도당 대사를 조절하는 중요한 미세 기관인 췌섬은 많은 동물 종에서 보존되어 있습니다. Delgadillo 등의 프로토콜에서 저자는 제브라피쉬 모델을 사용하여 생체 내 베타 세포 기능을 연구합니다. 생체 내 이미징을 수행하기 위해 그들은 유충 단계에서 제브라피쉬의 광학적 투명성을 활용합니다. 형광 리포터를 발현하는 형질전환 계통을 사용하여 저자는 포도당 자극에 대한 반응으로 칼슘 진동을 추적하기 위해 라이브 Ca2+ 이미징을 수행했습니다2. 고등 척추동물의 경우 제브라피쉬와 달리 모든 단계의 췌장은 불투명한 복강 내에 있습니다. 이미징에 대한 이러한 생물학적 한계를 우회하기 위해 마우스의 복강에 투명한 창을 삽입하는 수술 절차가 필요한 "살아있는 창" 모델이 설명되었습니다3. 창은 광학적 투명성을 만들고 복강의 장에서 췌장을 격리하도록 설계되어 췌장이 이미징 창 옆에 제자리에 고정된 상태로 유지될 수 있습니다. 저자는 혈관 생물학, 섬, 선포 세포 조직 및 췌장암을 포함한 여러 모델을 이미징하여 생체 내 이미징 방법의 유용성을 설명합니다3. 앞서 언급한 생체 내 기술(2,3)은 동물 외과적 조작에 대한 전문성, 유전자 조작의 용이성 및 인간 생물학과 비교할 때 유전적 유사성을 포함하는 뚜렷한 장점과 한계를 가진 직교 접근법입니다.
생체 내 조작은 동물 모델에서 가능합니다. 그러나 인체 조직을 사용한 비임상 환경에서 실험하려면 시험관 내 접근이 필요합니다. 최근에는 외과적 생검 또는 사후 기증자 중에 얻은 생물학적 표본에서 파생된 살아있는 조직 절편을 사용하는 방법은 췌장 생물학에 대한 귀중한 통찰력을 제공했습니다 4,5,6. 인간 조직은 인간 질병과 가장 관련이 있지만, 인간 조직이 제한된 생물학적 자원이라는 점을 감안할 때 마우스 조직은 인간 질병을 모델링하는 데에도 유용합니다. 이와 같이, Stožer et al.에서 저자는 마우스 조직에서 조직 절편의 선포, 섬 및 관 구성 요소의 칼슘 이미징을 수행합니다7. 이러한 결과는 내분비 및 외분비 생물학의 여러 측면을 연구하는 데 영향을 미칩니다. 인간 당뇨병 조직을 사용하여 당뇨병 병리학을 모델링하기 위해 당뇨병 동안 베타 세포 기능뿐만 아니라 섬과 면역 세포 상호 작용을 추적하는 방법을 설명하는 Huber et al.에 의해 조직 절편을 준비했습니다8. 공초점 현미경을 사용하여 저자는 살아있는 영상과 죽은 영상을 수행했으며 당뇨병 기증자(마우스 NOD 및 인간 T1D)의 췌장도에서 기능적 칼슘 반응도 기록했습니다. 또한, 면역 세포가 췌도를 공격할 때 발생하는 제1형 당뇨병 자가면역의 맥락에서 저자는 살아있는 절편에서 면역 세포를 추적하기 위해 제자리 세포 표지를 수행했습니다8. 중요한 것은 슬라이스 모델이 췌장 조직의 모든 세포 구조 구성 요소를 포함하는 유일한 현재 모델을 설명한다는 것입니다. 혈류가 순환계에서 차단되지만 저자는 면역, 섬, 선방 및 혈관 요소 간의 측분비 상호 작용을 모델링할 수 있는 시험관 내 모델을 중요하게 설명합니다 5,9,10,11.
시험관 내 및 생체 내 접근법과 달리 Felix-Martinez et al. 재건된 섬의 형태학적 및 연결성 특성을 정량적으로 연구하기 위한 인실리코 접근법을 설명합니다12. 기능 시뮬레이션은 섬 호르몬 분비물(인슐린, 글루카곤 및 소마토스타틴)의 박동성 특성을 기반으로 수행되었습니다. 이 접근법의 적용은 정상 및 변경된 세포 비율 상태(즉, 당뇨병 동안 베타 세포의 손실) 또는 세포 융합 기반 오가노이드 접근 방식 13,14,15 동안 섬을 모델링할 때 특히 유용할 것입니다.
내분비 췌장은 포도당 대사를 조절하는 반면, 외분비 췌장은 소화를 돕기 위해 위장 경로로의 효소 분비를 제어합니다. 드물기는 하지만 관 폐쇄로 인한 췌장 염증은 급성 췌장염으로 이어질 수 있습니다. Zhouet al. 수술 모델을 사용하여 급성 췌장염을 조사하는 방법을 설명합니다. 여기에서 저자는 담췌관에 타우로콜산나트륨을 주입하여 화학적 유도 기술을 사용합니다. 저자는 전체 생존, 염증 세포의 존재, 아밀라아제 및 리파아제와 같은 췌장 효소의 축적 증가에 상당한 변화가 있음을 발견했습니다16. 이 모델이 췌장염 생물학의 중요한 요소를 요약한다는 점을 감안할 때 이 방법은 생명을 위협하는 상태를 가진 환자를 위한 새로운 전임상 약물의 검증에 중요할 것입니다.
내분비 및 외분비계의 기능 장애는 즉각적이고 생명을 위협하는 결과를 초래하며 장기적인 만성 문제도 나타냅니다. 실제로, 두 시스템 중 하나의 기능 장애로 인해 췌장암 환자의 거의 47%에서 발생하는 새로 발병한 당뇨병과 같은 여러 시스템의 기능 장애로 이어지는 경우가 많습니다17,18. 췌장 병태생리학을 더 잘 이해하고 모델링하기 위한 지속적인 노력은 당뇨병, 만성 췌장염 및 암과 같은 췌장 질환 치료를 위한 새로운 전략을 이해하고 개발하는 능력을 향상시킬 것입니다. 여기에 설명된 방법은 췌장 건강과 질병에 중요한 생물학을 연구하기 위해 연구자가 사용하는 도구의 체계적인 배열을 제시합니다.