Wie Typ-1-Diabetes schrittweise die Insulinproduktion zerstört
Mit Hilfe der neuen bildgebenden Massenzytometrie untersuchten UZH-
Forschende die Bauchspeicheldrüse von Organspendern mit und ohne
Typ-1-Diabetes. Die Studie zeigt, dass die Insulin-produzierenden Beta-
Zellen am Anfang der Krankheit in veränderter Form teilweise noch
vorhanden sind. Lassen sich diese noch retten, könnte der
Krankheitsverlauf verlangsamt oder gar gestoppt werden.
Die sogenannten Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse spielen eine
Schlüsselrolle für die Regulation des Zucker-Stoffwechsels. Die dort
angesiedelten Beta-Zellen überwachen den Zuckergehalt im Blut und schütten
bei Bedarf Insulin aus. Insulin wiederum fördert die Aufnahme von Zucker
in den Zellen. Bei Typ-1-Diabetes werden diese Beta-Zellen in einer
Autoimmunreaktion von körpereigenen weissen Blutkörperchen zerstört.
Untersuchungen nur an gespendeten Organen möglich
Bisher ist nur wenig darüber bekannt, was sich im Innern der
Bauchspeicheldrüse abspielt, wenn sich eine Typ-1-Diabetes entwickelt -
denn Biopsien und hochaufgelöste Abbildungen dieses Organs sind am
lebenden Menschen nicht möglich. "Vieles von dem, was wir über
Typ-1-Diabetes im Menschen wissen, stammt deshalb von Bauchspeicheldrüsen
von Organspendern und diese sind sehr selten", sagt Bernd Bodenmiller vom
Institut für Quantitative Biomedizin der Universität Zürich. Deswegen
streben die Forschenden an, so viele Erkenntnisse wie möglich aus jedem
einzelnen Spenderorgan zu gewinnen.
Viele Informationen aus ein und derselben Gewebeprobe
Bodenmillers Team hat nun in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen aus Genf
und den USA erstmals die bildgebende Massenzytometrie zur Untersuchung von
gespendeten Bauchspeicheldrüsen eingesetzt: "Damit können wir gleichzeitig
die Beta-Zellen, weitere Zelltypen der Langerhans-Inseln sowie
eingedrungene Immunzellen visualisieren", erklärt Bodenmiller den Vorteil
dieser Methode, an deren Entwicklung die Universität Zürich eine zentrale
Rolle gespielt hat. "Solche Analysen waren mit traditionellen Ansätzen
bisher nicht möglich."
Für die Studie analysierte der Erstautor Nicolas Damond vom Institut für
Quantitative Biomedizin insgesamt zwölf Spenderorgane - vier von gesunden
Menschen, vier von Patienten in Frühstadium von Typ-1-Diabetes und vier
von Patienten in einem fortgeschrittenen Stadium der Krankheit. Aus den
Ergebnissen erstellte das Forscherteam von jeder Bauchspeicheldrüse eine
Karte, die zeigt, wie die verschiedenen Zelltypen in den Langerhans-Inseln
verteilt sind und in welchem Zustand sich die Beta-Zellen befinden.
Ansatzpunkt für eine Therapie im Frühstadium der Diabetes
Die Daten der verschiedenen Spenderorgane führte Damond dann in einer
sogenannten Pseudo-Zeitachse zusammen. Damit konnte er rekonstruieren, wie
sich das Gewebe der Bauchspeicheldrüse im Verlauf von Typ-1-Diabetes vom
Beginn der Krankheit bis hin zum Endstadium verändert.
Ein Befund war hierbei besonders interessant: Im Anfangsstadium sind in
den Langerhans-Inseln noch überraschend viele Beta-Zellen zu finden. Diese
sehen zwar anders aus als normal und produzieren weniger Insulin, sind
aber möglicherweise noch vor einer vollständigen Zerstörung zu retten.
"Wenn es gelingen würde, den Autoimmun-Angriff in diesem frühen Stadium zu
stoppen, könnten diese Zellen vielleicht ihre Funktion wiedergewinnen und
bei der Regulation des Blutzuckerspiegels der Patienten helfen", so
Damond.
Neue Erkenntnisse zur Autoimmunität
Mit der bildgebenden Massenzytometrie lokalisierte die Forschungsgruppe
ebenfalls den speziellen Typ der weissen Blutkörperchen, der nach
derzeitigem Wissensstand für die Zerstörung der Beta-Zellen verantwortlich
ist. Sie fanden diese Immunzellen hauptsächlich in der Bauchspeicheldrüse
von Patienten im Anfangsstadium der Krankheit, vor allem in Langerhans-
Inseln, die viele überlebende Beta-Zellen enthielten. In Langerhans-
Inseln, deren Beta-Zellen schon weitgehend zerstört waren, konnten sie
dagegen viel weniger dieser weissen Blutkörperchen nachweisen.
Diese Resultate können dabei helfen, den Mechanismus der
Autoimmunreaktion, zu dem es im Moment noch viele offene Fragen gibt,
aufzuklären. Das hofft auch Bodenmiller: "Unsere Studie demonstriert, dass
die bildgebende Massenzytometrie einen wertvollen Beitrag dazu leisten
kann, den Krankheitsverlauf von Typ-1-Diabetes besser zu verstehen. Sie
liefert damit eine Grundlage für die Planung weiterführender Experimente
und die Entwicklung neuer Hypothesen."
Literatur:
Nicolas Damond, Stefanie Engler, Vito R.T. Zanotelli, Denis Schapiro,
Clive H.
Wasserfall, Irina Kusmartseva, Harry S. Nick, Fabrizio Thorel, Pedro L.
Herrera, Mark A. Atkinson, and Bernd Bodenmiller. A Map of Human Type 1
Diabetes Progression by Imaging Mass Cytometry. Cell Metabolism, 31.
Januar 2019. Doi: https://doi.org/10.1016/j.cmet
