Visualisierung der α- und ß-Zellen der Langerhans-Inseln
Was sind die Langerhans-Inseln?
Die Langerhans-Inseln sind der endokrine Teil der Bauchspeicheldrüse.
Die Bauchspeicheldrüse hat exokrine Zellen, welche die Amylase und andere Verdauungsenzyme in den Zwölffingerdarm sezernieren, und endokrine Zellen, die Hormone absondern. Die exokrinen Zellen machen den größten Teil der Bauchspeicheldrüse aus. Die endokrinen Zellen existieren sporadisch als kleine Gruppen, wie Inseln, zwischen den exokrinen Zellen. Diese Gruppen wurden nach dem deutschen Pathologen Paul Langerhans, der sie entdeckte, „Langerhans-Inseln“ genannt.
Insulin und andere Hormone, die von den Langerhans-Inseln ausgeschüttet werden, regulieren den Blutzuckerspiegel, und eine Schwächung dieser Funktion wird als Ursache für Diabetes angesehen.
Inselzellen und ihre Funktionen
Die Bauchspeicheldrüse kann in Kopf-, Körper- und Schwanzteil unterteilt werden. Die Langerhans-Inseln sind hauptsächlich im Schwanz der Bauchspeicheldrüse verteilt.
Die Inselzelltypen Alpha-, Beta- und Deltazellen sezernieren jeweils unterschiedliche Hormone und regulieren die Konzentration von Glukose im Blutkreislauf. Dies hält einen normalen Blutzuckerspiegel aufrecht.
α-Zelle (A-Zelle)
Die α-Zellen schütten ein Hormon namens Glucagon aus, das den Blutzuckerspiegel erhöht. Wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, induziert Glucagon den Abbau von Glykogen, um die Konzentration von Glukose im Blutkreislauf zu erhöhen. Gleichzeitig veranlasst Glucagon die Abgabe von in den Zellen gespeicherter Glukose in die Blutbahn. Mit diesen beiden Funktionen hebt Glucagon den Blutzuckerspiegel an, indem es die Glukosekonzentration erhöht.
β-Zelle (B-Zelle)
Die β-Zellen sezernieren ein Hormon namens Insulin. Insulin verursacht eine Senkung des Blutzuckerspiegels. Wenn der Blutzuckerspiegel ansteigt, induziert Insulin die Synthese von Glukose, um die Konzentration von Glukose im Blut zu senken. Glukose, die durch die Arbeit des Insulins synthetisiert wird, wird zu Glykogen, das als Energie gespeichert wird, wodurch die Abgabe von Glukose ins Blut unterdrückt wird. Gleichzeitig regt Insulin die Aufnahme von Glukose in die Zellen an. Mit diesen beiden Funktionen senkt das Insulin den Blutzuckerspiegel, indem es die Glukosekonzentration reduziert.
δ-Zelle (D-Zelle)
Die δ-Zellen sezernieren ein Hormon namens Somatostatin. Somatostatin wird bei der Nahrungsaufnahme ausgeschüttet. Neben der Unterdrückung der Sekretion von Glucagon und Insulin hemmt es auch die Sekretion von Hormonen, die die Sekretion der Bauchspeicheldrüse induzieren, wie Cholecystokinin und Sekretin aus dem Zwölffingerdarm. Die Hemmung der Pankreassekretion durch Somatostatin trägt dazu bei, den Blutzuckerspiegel im normalen Bereich zu halten. Gleichzeitig kann es eine übermäßige Motilität des Verdauungssystems sowie die Aufnahme und den Verbrauch von Nährstoffen unterdrücken.
Betrachtung der Langerhans-Inseln
Die Fluoreszenz-Immunfärbung mit Anti-Glucagon-Antikörpern und Anti-Insulin-Antikörpern ermöglicht die Visualisierung von Glucagon-positiven Zellen als α-Zellen und von Insulin-positiven Zellen als β-Zellen und klärt die Verteilung jedes Zelltyps in den Langerhans-Inseln. Die Verwendung einer Zellzählungsanwendung ermöglicht auch eine quantitative Auswertung der Fläche und Fluoreszenzintensität der positiven Zellen. Die Erforschung der Transplantation von Pankreaszellen, die aus iPS-Zellen und anderen humanen pluripotenten Stammzellen hergestellt wurden, ist als eine neue radikale Therapie für Diabetes im Gange, und in solchen Studien wurde berichtet, dass der Flächenanteil der Insulin-positiven Zellen in einem aus einer diabetischen Maus stammenden Transplantat hoch ist. Für eine solche Bewertung wird eine quantitative Methode mit Fluoreszenz-Immunfärbung verwendet.
Normalerweise werden für solche Auswertungen Objektive mit einer 4- bis 20-fachen Vergrößerung benötigt. Da jedoch nicht das gesamte Präparat in ein einziges Sichtfeld passt, betrachten Forscher primär die Bereiche mit Langerhans-Inseln. Die hohen Anforderungen an die Objektivität von Auswertungsdaten in den letzten Jahren sowie die Frage nach der Eliminierung von Willkür* bei der Bildgebung und Analyse führen jedoch dazu, dass die individuelle Betrachtung und Bildgebung bestimmter Bereiche den aktuellen Anforderungen nicht gerecht wird.
Das kompakte Fluoreszenzmikroskop BZ-X800 bietet eine Funktion zur Bildzusammensetzung, bei der der Bediener einfach vier Punkte am äußeren Rand der Probe festlegen kann, damit das System automatisch Bilder aufnimmt und diese mit hoher Präzision zusammenfügt. Damit erhält der Anwender ein hochauflösendes Bild der kompletten Probe.
Im folgenden Beispiel wird mit dem Objektiv Plan Apochromat 4X automatisch ein Raster von 3 x 5 Bildern aufgenommen und mit der Bildzusammensetzungsfunktion zusammengefügt, um ein einziges Bild der Pankreasprobe zu erhalten.
* Willkür:
Willkür bedeutet, dass es keine logische Notwendigkeit für Kriterien gibt und ,dass Entscheidungen willkürlich an Ort und Stelle getroffen werden. In wissenschaftlichen Arbeiten wird großer Wert auf Objektivität und Reproduzierbarkeit gelegt. Bilder, die mit Mikroskopen aufgenommen werden, können einen wichtigen Beitrag zu diesen beiden Zielen leisten. Wenn Teilbilder von Abschnitten aufgenommen werden, kann es vorkommen, dass die Person, die die Bilder aufnimmt, dies auf willkürliche Weise tut, um eine günstige Stelle zu erfassen. Das BZ-X800 nimmt nahtlose, hochauflösende Bilder der gesamten Probe auf, wodurch die Willkür der aufnehmenden Person eliminiert wird und somit eine objektivere Beurteilung möglich ist.
Objektiv: Plan Apochromat 4X
Bildzusammensetzung: 5 Bilder x 3 Bilder
- Verwendung des kompakten Fluoreszenzmikroskops BZ-X800
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- Bei einem großen Schnitt, der nicht in einem einzigen Betrachtungs- und Messbereich angezeigt werden kann, besteht die Möglichkeit, mit dem motorisierten Objekttisch den gesamten zu untersuchenden Bereich in hoher Auflösung zu erfassen und zusammenzusetzen.
- Selbst bei geneigten Proben oder Proben mit Höhenunterschieden ist es möglich, ein Bild zu erstellen, auf dem die gesamte Probe scharf ist. Dabei werden mehrere Bilder in Z-Richtung erfasst und nur die Teile gestapelt, die scharf sind.
- Mit Hilfe der Unschärfereduktion, die durch Streulicht verursachte Fluoreszenzunschärfe beseitigt, ist es möglich, klare Bilder mit hohem Kontrast zu erfassen.
- Weitere Beispiele für den Einsatz des kompakten Fluoreszenzmikroskops BZ-X800 in der Forschung:
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