Neuer Einzelzell-Atlas zeigt die Plastizität der menschlichen Bauchspeicheldrüse

Berliner Forschende haben den bislang umfassendsten Einzelzell-Atlas der menschlichen Bauchspeicheldrüse erstellt. So entschlüsselten sie die Entwicklung, Anpassungsfähigkeit und krankheitsbedingte Veränderungen des Pankreas.

Im Rahmen eines EU-geförderten Human Cell Atlas Projekt geführt durch Prof. Roland Eils analysierte das internationale Forschungsteam unter Koordination des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) mehr als vier Millionen Zellen und Zellkerne aus Gewebeproben von 57 Spendenden.

Der Atlas umfasst verschiedene Entwicklungs- und Krankheitsstadien des Pankreas: von der fetalen Entwicklung über gesundes Gewebe im Erwachsenenalter bis hin zu Proben von Menschen mit Typ-2-Diabetes. Mithilfe modernster Einzelzell- und Multiomics-Technologien konnten die Forschenden die Genaktivität, epigenetische Regulation und räumliche Organisation der Zellen mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit untersuchen. Die Studienergebnisse sind jetzt in „Cell Metabolism“ erschienen.

Neue Zellpopulation entdeckt

Das Pankreas erfüllt zentrale Aufgaben für Stoffwechsel und Verdauung und spielt zugleich eine wichtige Rolle bei Volkskrankheiten wie Typ-2-Diabetes. Bislang war jedoch nur unzureichend verstanden, wie vielfältig die Zelltypen des menschlichen Pankreas sind, wie sie sich während der Entwicklung verändern und wie sie auf krankheitsbedingte Belastungen reagieren.

Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die Entdeckung einer bislang unbekannten Population plastischer centroazinärer Zellen, die das Bindeglied zwischen den Drüsenenden (Acini) und den Gängen der Bauchspeicheldrüse bilden. Ihre „Plastizität” zeigt sich darin, dass diese Zellen Merkmale aufweisen, die an frühe Entwicklungsstadien erinnern. Dadurch könnten sie in der Lage sein, ihre Identität flexibel anzupassen, was wiederum eine entscheidende Rolle bei der Reaktion des Pankreas auf Stress sowie bei der Regeneration von Gewebe spielen könnte.

Darüber hinaus beschreibt der Atlas detailliert, wie sich endokrine und exokrine Zelllinien während der Entwicklung herausbilden. Die Forschenden identifizierten außerdem unterschiedliche epigenetische Zustände insulinproduzierender Beta-Zellen sowie charakteristische Veränderungen ihrer regulatorischen Programme bei Typ-2-Diabetes.

Unterschiedliche Reaktionen auf metabolischen Stress

Experimente mit gesunden Langerhans-Inseln unter erhöhten Glukosekonzentrationen zeigten, dass die verschiedenen Zelltypen des Pankreas unterschiedlich auf metabolischen Stress reagieren. Diese Ergebnisse liefern neue Hinweise darauf, wie sich die zelluläre Zusammensetzung und Funktion der Bauchspeicheldrüse unter den Bedingungen einer Stoffwechselerkrankung verändern.

„Mit diesem Atlas erhalten wir erstmals einen umfassenden Überblick darüber, wie sich die Zellen der menschlichen Bauchspeicheldrüse über die Lebensspanne entwickeln und wie sich ihre Identität bei Erkrankungen verändert“, sagt Prof. Christian Conrad, leitender Studienautor und Leiter der Forschungsgruppe Intelligent Imaging im Center of Digital Health am Berlin Institute of Health in der Charité (BIH). „Diese Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage, um die Mechanismen von Diabetes besser zu verstehen und langfristig neue regenerative Therapieansätze zu entwickeln.“

Ressource für die internationale Forschung

Die im Projekt entstandene Datensammlung stellt eine wichtige Ressource für die internationale Forschung dar. Sie ermöglicht Wissenschaftler:innen weltweit, die zellulären Grundlagen von Stoffwechselerkrankungen, Regeneration und Gewebeplastizität weiter zu untersuchen.

Langfristig könnten die neuen Erkenntnisse dazu beitragen, diagnostische Verfahren zu verbessern und innovative Strategien für die Behandlung von Typ-2-Diabetes sowie für regenerative Therapien zu entwickeln.