Max Hahn, doktorand vid Umeå centrum för molekylär medicin, studerar vävnadsmaterial med fluorescerande ljusfältsmikroskop. Foto: Mattias Petterson
Forskare vid Umeå universitet har utvecklat en metod för att studera celler i mänskliga organ med mikrometerprecision.
Forskarna har visat hur metoden kan användas för att förstå förändringar i bukspottskörteln,
– men den kan även användas för att studera andra organ och sjukdomar.
– Den här metoden kan komma att förbättra vår förståelse för hur cellförändringar är kopplade till utvecklingen av en rad sjukdomar, säger Ulf Ahlgren, professor i molekylär medicin vid Umeå universitet.
Det forskarna har gjort är att dela upp de studerade organen i mindre delar i en tredimensionell matris för att på så sätt skapa vävnadsbitar som har optimal storlek för avbildning med optiska 3D-tekniker. Dessa vävnadsbitar kan sedan färgas in för att visualisera i stort sett vilka celltyper eller proteiner som helst.
I och med att varje vävnadsbit har kända koordinater kan sedan de individuella 3D bilderna sättas ihop i en dator som ett tredimensionellt pussel så att ett helt organ kan återskapas.
Metoden gör på detta sätt det möjligt att skapa högupplösta tredimensionella avbildningar av mänskliga organ av i stort sett vilken storlek som helst, med bibehållen mikrometerprecision, det vill säga mindre än ett dammkorn.
Fram till nu har det i och för sig varit möjligt att skapa högupplösta avbildningar av biologiskt material med hjälp av tekniker som optisk projektionstomografi, OPT, och fluorescerande ljusfältsmikroskopi, LSFM, vilka forskarna också använder i studien. Problemet har varit att metoderna har varit begränsade genom att det saknats sätt att fritt kunna färga in de celltyper eller proteiner man vill studera, exempelvis med fluorescerande antikroppar, när det studerade materialet har blivit större, som hela organ. Det är detta problem som den nya metoden ger en lösning på.
Forskarna i Umeå har använt metoden på bukspottskörteln. Inne i bukspottskörteln finns hundratusentals små grupper med hormonproducerande celler, de Langerhanska öarna. Dessa cell-öar har en nyckelroll i produktionen av insulin och därmed för diabetes när produktionen är störd.
Med den nya metoden kunde forskarna visa på tidigare okända aspekter av bukspottkörtelns anatomi och patologi, bland annat regioner med extremt hög täthet av sådana öar. Resultat som kan ha betydelse för en rad prekliniska och kliniska områden, exempelvis för att skapa bättre protokoll för transplantation av öar till diabetiker eller för att med kliniska avbildningstekniker studera bukspottskörteln vid diabetes.
– Utöver betydelsen vid diabetes kan metoden ge ökad förståelse för andra sjukdomar i bukspottskörteln, inte minst pankreascancer, där vi har inlett samarbete med kliniska forskare i Umeå. Men tekniken som sådan bör kunna användas för att på ett liknande sätt studera andra organ och sjukdomar genom att den ger nya möjligheter till att studera var i ett organ till exempel cellulära förändringar sker i ett helorgansperspektiv, deras omfattning och förhållandet till omkringliggande vävnader och celltyper, säger Ulf Ahlgren.
Studien är utförd i samarbete med forskare vid Uppsala Universitet och är finansierad av bland andra Vetenskapsrådet, Barndiabetesfonden, Diabetes Wellness Sverige, NovoNordisk fonden och Kempestiftelserna. Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Communications Biology.
Om den vetenskapliga publiceringen
3D imaging of human organs with micrometer resolution – applied to the endocrine pancreas
Max Hahn, Christoffer Nord, Maria Eriksson, Federico Morini, Tomas Alanentalo, Olle Korsgren, Ulf Ahlgren.
Communications Biology volume 4, Article number: 1063 (2021)
Https://doi.org/10.1038/s42003-021-02589-x
Press release Umeå Universitet
Abstract and the article in pdf free
https://www.nature.com/articles/s42003-021-02589-x
3D imaging of human organs with micrometer resolution – applied to the endocrine pancreas
- Max Hahn,
- Christoffer Nord,
- Maria Eriksson,
- Federico Morini,
- Tomas Alanentalo,
- Olle Korsgren &
- Ulf Ahlgren
Communications Biology volume 4, Article number: 1063 (2021) Cite this article
- Abstract
The possibility to quantitatively study specific molecular/cellular features of complete human organs with preserved spatial 3D context would have widespread implications for pre-clinical and clinical medicine. Whereas optical 3D imaging approaches have experienced a formidable revolution, they have remained limited due to current incapacities in obtaining specific labelling within large tissue volumes.
We present a simple approach enabling reconstruction of antibody labeled cells within entire human organs with preserved organ context.
We demonstrate the utility of the approach by providing volumetric data and 3D distribution of hundreds of thousands of islets of Langerhans within the human pancreas. By assessments of pancreata from non-diabetic and type 2 diabetic individuals, we display previously unrecognized features of the human islet mass distribution and pathology.
As such, this method may contribute not only in unraveling new information of the pancreatic anatomy/pathophysiology, but it may be translated to essentially any antibody marker or organ system.
Nyhetsinfo
www red DiabetologNytt