Electrophysiological characterization of insulin secreting beta-cells in pancreatic tissue slices

Abstract

In der vorliegenden Studie wurde eine Präparation pankreatischer Gewebeschnitte etabliert, um unter Bedingungen nahe in vivo, die Charakterisierung Insulin sezernierender β-Zellen, zu ermöglichen. Das Arbeitsverfahren zur Herstellung von Gewebeschnitten des Pankreas ist schnell und leicht reproduzierbar. Die Gewebeschnitte waren für mindestens einen Tag lebensfähig und die grobe Morphologie war gut erhalten. Durch Messung der Insulinfreisetzung nach Applikation hoher Glukose Konzentrationen wurde die Funktionalität der β-Zellen in den Gewebeschnitten bestätigt. Die Gewebeschnitt Präparation des Pankreas ermöglichte die Durchführung elektrophysiologischer Experimente an β-Zellen, die sich in Tieferen Lagen der Langerhansschen Insel befanden. Die Charakterisierung der β-Zellen in Gewebeschnitten enthüllte mehrere verschiedene Eigenschaften im Vergleich zu den Präparationen, die bisher verwendet wurden. Erstens war die durch Kapazitätsmessungen erhaltene Sekretionsrate der β-Zellen in Gewebeschnitten vergleichbar mit der mit biochemischen Methoden gemessenen Insulinfreisetzung im perfundierten Pankreas. Experimente an kultivierten β-Zellen und β-Zellen in Langerhansschen Inseln zeigen diese Übereinstimmung nicht. Weiterhin wiesen KATP-Kanäle in β-Zellen in Gewebeschnitten, verglichen mit getrennten β-Zellen, eine verringerte Sensitivität gegenüber ATP auf, wodurch die Regulation der KATP-Kanäle durch ATP in ein physiologisches Niveau verschoben wird. Zusätzlich zeigte sich, dass das Auslaufen der KATP-Kanal Aktivität in β-Zellen in Gewebeschnitten beschleunigt war. Aufnahmen elektrischer Aktivität von β-Zellen in Gewebeschnitten, als Antwort auf stimulierende Substanzen, wiesen das charakteristische, oszillierende Muster auf. Jedoch zeigten Studien an Mäusen, die keine Gap Junctions zwischen β-Zellen ausbildeten, dass die elektrische Aktivität in β-Zellen durch den so genannten wash-out nach der Dialyse der Pipettenlösung verschwand. Die elektrische Aktivität aufgenommen von wild Typ Mäusen in der whole-cell Konfiguration reflektierte daher die Aktivität gekoppelter β-Zellen. Weiterhin verhinderte das Vorhandensein von Gap Junctions elektrische Aktivität in einer einzelnen, stimulierten β-Zelle, so lange sich die Mehrheit der gekoppelten Zellen noch in einem Ruhezustand befanden. Dies trägt zur Synchronisierung der Insulinfreisetzung von der Langerhansschen Insel bei. Die Studie stellte Gewebeschnitte des Pankreas als eine aussichtsreiche, weniger invasive Methode zur Untersuchung der β-Zell-Funktion dar. In dieser Präparation zeigten β-Zellen Eigenschaften, die für in vivo Bedingungen angenommen werden. Die Anwendung pankreatischer Gewebeschnitte wird als ein geeignetes System dienen, um weiteren Einblick in die Komplexen Interaktionen zu erhalten, welche die Homöostase der Glukose im Blut kontrollieren.