De alvleesklier is een orgaan met twee verschillende functionele segmenten die de exocrien en endocrijn weefsels omvatten. De belangrijkste cellulaire componenten van het exocrien weefsel zijn acinare en ductale cellen, die enzymen afgeven die helpen bij de vertering van voedsel. Het endocrijn compartiment bestaat uit pancreatische eilandjes van Langerhans, waar alfa- en bètacellen een essentiële rol spelen bij de regulatie van glucosemetabolisme door de afgifte van glucagon en insulinehormonen te regelen. Cellulaire disfunctie van de exocrien en endocrijn compartimenten leidt tot pathologische aandoeningen zoals type-1 en type-2 diabetes, pancreatitis en kanker. De mechanismen die deze verschillende systemen reguleren, zijn niet volledig begrepen. Het doel van deze collectie is om complementaire methoden samen te brengen die zullen bijdragen aan een beter begrip van de biologie van de alvleesklier tijdens gezondheid en ziekte.
Disfunctie of dood van de insulineproducerende bètacellen leidt tot diabetes, een verwoestende ziekte die ongeveer 10% van de wereldbevolking treft1. Het is daarom van cruciaal belang om de fysiologie van de bètacellen te begrijpen om behandelingen te vinden om de cellulaire functie te herstellen en bètacellenverlies te voorkomen. Intracellulaire calciumsignalering reguleert talrijke cellulaire functies, inclusief insulinesecretie uit bètacellen. Glucose, de belangrijkste insulinesecretagogue, veroorzaakt intracellulaire calciumoscillaties in bètacellen. De synchronisatie van deze oscillaties is cruciaal voor eilandjefunctie. Als het kritische micro-orgaan dat glucosemetabolisme reguleert, zijn pancreatische eilandjes geconserveerd in veel diersoorten. In het protocol van Delgadillo et al. gebruiken de auteurs een zebravismodel om bètacellenfunctie in vivo te bestuderen. Om in vivo beeldvorming uit te voeren, benutten ze de optische transparantie van zebravissen tijdens hun larvale fase. Met behulp van transgene lijnen die fluorescente reporters uitdrukken, voerden de auteurs live Ca2+ beeldvorming uit om calciumoscillaties te volgen in reactie op glucosestimulatie2. Bij hogere gewervelde dieren, in tegenstelling tot zebravissen, bevindt de alvleesklier zich in alle stadia in een niet-transparante buikholte. Om deze biologische beperking voor beeldvorming te omzeilen, werd een "levende venster" model beschreven, dat een chirurgische procedure vereiste om een transparant venster in de buikholte van muizen in te brengen3. Het venster was ontworpen om optische transparantie te creëren en de alvleesklier af te schermen van de darmen in de buikholte, waardoor de alvleesklier vast kon blijven op zijn plaats naast het beeldvormingsvenster. De auteurs beschrijven het nut van de in vivo beeldvormingsmethoden door meerdere modellen af te beelden, waaronder vasculaire biologie, eilandjes, acinare celweefsels en pancreatisch kanker3. De eerder genoemde in vivo technieken2,3 zijn orthogonale benaderingen met verschillende voor- en nadelen, waaronder expertise in chirurgische manipulaties bij dieren, gemak van genetische manipulatie en genetische gelijkenis in vergelijking met menselijke biologie.
In vivo manipulatie is mogelijk in diermodellen; experimenteren in een niet-klinische omgeving met menselijk weefsel vereist echter in vitro benaderingen. Recentelijk hebben methoden met levende weefselsneden, afgeleid van biologische specimens verkregen tijdens chirurgische biopsieën of post-mortem donoren, onschatbare inzichten geboden in de biologie van de alvleesklier4,5,6. Terwijl menselijk weefsel het meest relevant is voor menselijke ziekte, zijn muizenweefsels ook nuttig voor het modelleren van menselijke ziekte, gezien het feit dat menselijk weefsel een beperkte biologische bron is. Zo voeren de auteurs in Stöer et al. calciumbeeldvorming uit van acinare, eilandje- en ductale componenten van weefselsneden uit muizenweefsels7. Deze resultaten hebben implicaties voor het bestuderen van meerdere aspecten van endocrijn en exocrijn biologie. Om diabetespathologie te modelleren met behulp van humaan diabetisch weefsel, werden weefselsneden bereid door Huber et al., die een methode beschrijven om eilandje- en immuuncelinteracties te volgen, evenals bètacellenfunctie tijdens diabetes8. Met behulp van confocale microscopie voerden de auteurs live en dode beeldvorming uit, en namen ook functionele calciumresponsen op van pancreatische eilandjes bij diabetische donoren (muis NOD en menselijke T1D). Bovendien, in de context van type-1 diabetes autoimmuniteit, die optreedt wanneer immuuncellen de pancreatische eilandjes aanvallen, voerden de auteurs in situ cytolabeling uit om immuuncellen in levende sneden te volgen8. Belangrijk is dat de snijmodellen het enige huidige model beschrijven dat alle cytoarchitectonische componenten van het pancreatische weefsel bevat. Hoewel de bloedstroom van de circulatie is afgesneden, beschrijven de auteurs een in vitro model waarin paracriene interacties tussen immuun-, eilandje-, acinare en vasculaire elementen kunnen worden gemodelleerd5,9,10,11.
In tegenstelling tot in vitro en in vivo benaderingen, beschrijven Felix-Martinez et al. een in silico benadering om morfologische en connectiviteitseigenschappen van gereconstrueerde eilandjes kwantitatief te bestuderen12. Functionele simulaties werden uitgevoerd op basis van de pulsatiele aard van eilandjehormoonsecreties (insuline, glucagon en somatostatine). Toepassingen van deze aanpak zullen bijzonder nuttig zijn bij het modelleren van eilandjes tijdens normale en veranderde celverhoudingstoestanden (d.w.z. verlies van b