Островки лангерганса где находятся
Содержание:
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.
«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.
В 19 веке молодой ученый из Германии обнаружил неоднородность тканей поджелудочной железы. Клетки, отличавшиеся от основной массы, располагались небольшими скоплениями, островками. Группы клеток в дальнейшем назвали именем патологоанатома — островки Лангерганса (ОЛ).
Их доля в общем объеме тканей составляет не более 1-2%, однако эта небольшая часть железы выполняет свою функцию, отличную от пищеварительной.
Предназначение островков Лангерганса
Основная часть клеток поджелудочной железы (ПЖ) вырабатывает ферменты, способствующие пищеварению. Функция островных скоплений другая – они синтезируют гормоны, поэтому их относят к эндокринной системе.
Таким образом, поджелудочная железа является частью двух основных систем организма – пищеварительной и эндокринной. Островки являются микроорганами, вырабатывающими 5 видов гормонов.
Большая часть панкреатических групп расположены в хвостовой части поджелудочной железы, хотя хаотичные, мозаичные вкрапления захватывает всю экзокринную ткань.
ОЛ отвечают за регулирование углеводного обмена и поддерживают работу других эндокринных органов.
Гистологическое строение
Каждый островок представляет собой самостоятельно функционирующий элемент. Вместе они составляют сложный архипелаг, который составлен из отдельных клеток и более крупных образований. Размеры их значительно различаются – от одной эндокринной клетки до зрелого, крупного островка (>100 мкм).
В панкреатических группах выстроена иерархия расположения клеток, их 5 видов, все выполняют свою роль. Каждый островок окружен соединительной тканью, имеет дольки, где находятся капилляры.
В центре расположены группы бета-клеток, по краям образований – альфа и дельта-клетки. Чем больше размер островка, тем больше в нем периферийных клеток.
Островки не имеют протоков, вырабатываемые гормоны выводятся по системе капилляров.
Разновидности клеток
Разные группы клеток продуцируют свой вид гормона, регулируя пищеварение, липидный и углеводный обмен.
- Альфа-клетки. Эта группа ОЛ расположена по краю островков, их объем составляет 15-20% от общего размера. В них происходит синтез глюкагона – гормона, регулирующего количество глюкозы в крови.
- Бета-клетки. Группируются в центре островков и составляют большую часть их объема, 60- 80%. Они синтезируют инсулин, около 2 мг в сутки.
- Дельта-клетки. Отвечают за выработку соматостатина, их от 3 до 10%.
- Эпсилон-клетки. Количество от общей массы не более 1%. Их продукт – грелин.
- PP-клетки. Гормон панкреатический полипептид вырабатывается этой частью ОЛ. Составляют до 5% островков.
Гормональная активность
Гормональная роль поджелудочной железы велика.
Синтезированные в маленьких островках активные вещества током крови доставляются в органы и регулируют метаболизм углеводов:
- Основной задачей инсулина является минимизация уровня сахара в крови. Он увеличивает всасывание глюкозы клеточными оболочками, ускоряет ее окисление и помогает сохранению в виде гликогена. Нарушение синтеза гормона приводит к развитию диабета 1 типа. При этом анализы крови показывают наличие антител к вета-клеткам. Сахарный диабет 2 типа развивается, если снижается чувствительность тканей к инсулину.
- Глюкагон выполняет противоположную функцию – увеличивает уровень сахара, регулирует выработку глюкозы в печени, ускоряет расщепление липидов. Два гормона, дополняя действие друг друга, гармонируют содержание глюкозы – вещества, обеспечивающего жизнедеятельность организма на клеточном уровне.
- Соматостатин замедляет действие многих гормонов. При этом происходит снижение скорости всасывания сахара из пищи, уменьшение синтеза пищеварительных ферментов, снижение количества глюкагона.
- Панкреатический полипептид снижает количество ферментов, замедляет выброс желчи и билирубина. Считается, что он останавливает расход пищеварительных ферментов, сохраняя их до очередного приема пищи.
- Грелин считается гормоном голода или сытости. Его выработка дает сигнал организму о чувстве голода.
Количество вырабатываемых гормонов зависит от полученной с пищей глюкозы и скорости ее окисления. При увеличении ее количества выработка инсулина увеличивается. Синтез запускается при концентрации 5,5 ммоль/л в плазме крови.
Спровоцировать выработку инсулина может не только прием пищи. У здорового человека максимальная концентрация отмечается в период сильных физических напряжений, стрессов.
Эндокринная часть ПЖ вырабатывает гормоны, которые оказывают решающее влияние на весь организм. Патологические изменения ОЛ способны нарушить работу всех органов.
Видео о задачах инсулина в организме человека:
Поражение эндокринной части поджелудочной железы и ее лечение
Причиной поражения ОЛ могут быть генетическая предрасположенность, инфекции и отравления, воспалительные заболевания, иммунные проблемы.
В результате происходит прекращение или значительное снижение выработки гормонов разными клетками островков.
В результате этого могут развиться:
- СД 1 типа. Характеризуется отсутствием или дефицитом инсулина.
- СД 2 типа. Определяется неспособностью организма воспользоваться выработанным гормоном.
- Гестационный диабет развивается во время беременности.
- Другие типы сахарного диабета (MODY).
- Нейроэндокринные опухоли.
Основные принципы лечения сахарного диабета 1 типа заключаются во введение в организм инсулина, выработка которого нарушена или снижена. Применяют два вида инсулинов – быстрый и длительного действия. Последний вид имитирует выработку гормона ПЖ.
СД 2 типа требует строгого соблюдения диеты, умеренных физических упражнений и приема препаратов, способствующих сжиганию сахара.
Во всем мире наблюдается рост заболеваемости диабетом, его уже называют чумой 21 века. Поэтому медицинские исследовательские центры ищут способы борьбы с заболеваниями островков Лангерганса.
Процессы в поджелудочной железе развиваются быстро и приводят к отмиранию островков, которые должны синтезировать гормоны.
В последние годы стало известно:
- стволовые клетки, пересаженные на ткань ПЖ, хорошо приживаются и способны в дальнейшем продуцировать гормон, так как начинают работать как бета-клетки;
- ОЛ вырабатывают больше гормонов, если удалить часть железистой ткани ПЖ.
Это позволяет пациентам отказаться от постоянного приема лекарственных средств, строгой диеты и вернуть нормальный образ жизни. Проблемой остается иммунная система, которая может отторгнуть подсаженные клетки.
Проведены успешные операции, после которых у больных с диабетом 1 типа отпала необходимость во введении инсулина. Орган восстановил популяцию бета-клеток, синтез собственного инсулина возобновился. После операции была проведена иммуносупрессивная терапия, чтобы не допустить отторжения.
Видео-материал о функциях глюкозы и заболевании диабетом:
Медицинские институты работают над изучением возможности пересадки поджелудочной железы от свиньи. Первые средства для лечения сахарного диабета как раз использовали части поджелудочной железы свиней.
Ученые сходятся на том, что необходимы исследования особенностей строения и работы островков Лангерганса из-за большого количества важных функций, которые выполняют синтезируемые в них гормоны.
Постоянный прием искусственных гормонов не помогает победить болезнь и ухудшает качество жизни пациента. Поражение этой маленькой части ПЖ вызывает глубокие нарушения работы всего организма, поэтому исследования продолжаются.
Возможные причины ограничения доступа:
Доступ ограничен по решению суда или по иным основаниям, установленным законодательством Российской Федерации.
Сетевой адрес, позволяющий идентифицировать сайт в сети «Интернет», включен в Единый Реестр доменных имен, указателей страниц сайтов сети «Интернет» и сетевых адресов, позволяющих идентифицировать сайты в сети «Интернет», содержащие информацию, распространение которой в Российской Федерации запрещено.
Сетевой адрес, позволяющий идентифицировать сайт в сети «Интернет», включен в Реестр доменных имен, указателей страниц сайтов в сети «Интернет» и сетевых адресов, позволяющих идентифицировать сайты в сети «Интернет», содержащие информацию, распространяемую с нарушением исключительных прав.
Комментарии