Entwicklung des kindlichen Pankreas könnte aufdecken, wie Diabetes entsteht

Die Entwicklung des Pankreas in den ersten Lebensjahren könnte entscheidend für das spätere Diabetesrisiko sein. US-amerikanische Forschende haben erstmals die Reifung der Langerhans-Inseln im kindlichen Pankreas detailliert kartiert. Die Ergebnisse könnten zudem neue Hinweise auf die Entstehung von Typ-1-Diabetes liefern.

Zwischen den Jahren 2002 und 2018 ist die jährliche Inzidenz sowohl des Typ-1- als auch Typ-2-Diabetes bei unter 20-Jährigen deutlich angestiegen. Das zeigen Daten der US-amerikanischen Langzeitstudie „SEARCH for Diabetes in Youth“, in der die Epidemiologie des Diabetes bei jungen Menschen untersucht wird. Eine diabetische Ketoazidose zählt weiterhin zu den häufigsten Todesursachen im Zusammenhang mit der Erstmanifestation eines Diabetes im Kindesalter.

Vor diesem Hintergrund hat ein Forschungsteam des Vanderbilt University Medical Center in Nashville (USA) nach neuen Ansätzen gesucht, die Entstehung der Erkrankung besser zu verstehen, um langfristig die Versorgung junger Patientinnen und Patienten zu verbessern. In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ stellen sie nun die Ergebnisse ihrer umfassenden Forschungsarbeit vor.

Detaillierte Karte der Pankreasentwicklung im Kindesalter

Für die Studie analysierten die Wissenschaftler die Entwicklung der Langerhans-Inseln im Pankreas von insgesamt 123 pädiatrischen Organspendern, die zum Zeitpunkt ihres Todes keinen Diabetes hatten. Ziel der Forschenden war es, grundlegende Erkenntnisse über die Entwicklung und Funktion des kindlichen Pankreas zu gewinnen. Dabei wollten sie insbesondere die Ursachen der besonderen Anfälligkeit des Organs für spätere Fehlfunktionen während der Reifungsphase vom Säuglings- bis ins Kindesalter identifizieren.

Mithilfe quantitativer Analysen sowie hochauflösender Bildgebungsverfahren untersuchten die Forschenden mehr als 30 biologische Marker. Zum Einsatz kamen unter anderem die Konfokalmikroskopie und die multiplexe Immunfluoreszenz mit Whole‑Slide‑Imaging (CO-Detection by indEXing [CODEX]). Auf dieser Grundlage erstellte das Team eine detaillierte Karte der menschlichen Pankreasentwicklung im Kindesalter, die strukturelle Veränderungen mit der Funktion der Inselzellen verknüpft.

Dynamische Entwicklung bereits ab der Geburt

Die Studie liefert zunächst eine Reihe von neuen Erkenntnissen zur Entwicklung des Pankreas, insbesondere der Inselzellen. Darüber hinaus könnte die Ergebnisse Hinweise darauf geben, welche biologischen Mechanismen der Entstehung eines Diabetes zugrunde liegen. „Das Pankreas ist während des ersten Lebensjahrzehnts ein außerordentlich dynamisches Organ – genau in dieser Phase treten häufig die ersten zellulären Fehlfunktionen auf“, erläutert Dr. Mark Atkinson, einer der Studienleiter von der University of Florida.

Zu den wichtigsten Erkenntnissen der Studie zählen:

• Große Unterschiede bereits bei der Geburt: Größe und Gewicht des Pankreas sowie Struktur und Zellzusammensetzung der Langerhans-Inseln unterscheiden sich schon unmittelbar nach der Geburt erheblich. Das Pankreasgewicht variierte zwischen einzelnen Säuglingen um nahezu den Faktor vier. Ein geringes Pankreasvolumen wird als möglicher Risikofaktor für Typ-1-Diabetes diskutiert.
• Geringeres Wachstum der Beta-Zellen: Nach der Geburt nimmt die Teilungsrate endokriner Zellen rasch ab. Insulin-produzierende Beta-Zellen vermehren sich deutlich langsamer als bisher vermutet. Laut den Forschenden stützt das die Annahme, dass die spätere Beta-Zell-Masse überwiegend bereits während der fetalen Entwicklung und in den ersten Lebensjahren festgelegt wird.
• Hinweise auf postnatale Neubildung von Inselzellen: Die Identifikation potenzieller multipotenter Vorläuferzellen spricht dafür, dass auch nach der Geburt neue endokrine Zellen entstehen können. Zudem scheinen Immunzellen, vor allem Makrophagen, die postnatale Entwicklung der Inselzellen zu unterstützen.
• Zeitversetzte Innervation: Während Blutgefäße die Inselzellen bereits zum Zeitpunkt der Geburt erreichen, entwickelt sich die neuronale Innervation erst später. Im Vergleich zu Tiermodellen scheinen menschliche Inselzellen stärker durch lokale chemische Signalwege reguliert zu werden.
• Asynchrone Zellreifung: Alpha- und Beta-Zellen entwickeln sich zeitlich unterschiedlich, was möglicherweise für die Regulation des Glukosestoffwechsels im frühen Kindesalter von Bedeutung ist.

Umfangreicher Bilddatensatz für weitere Forschung

Bislang war die Erforschung des sich entwickelnden menschlichen Pankreas durch den begrenzten Zugang zu entsprechendem Gewebe und technische Einschränkungen limitiert. Um die internationale Forschung zu fördern, haben die Autor:innen den vollständigen Bilddatensatz über die Online-Plattform Pancreatlas in der Sammlung Neonatal Development & Early Life Pancreas (HANDEL-P) öffentlich zugänglich gemacht.

Nach Einschätzung der Autorinnen und Autoren schafft die Studie eine wichtige Grundlage für zukünftige Untersuchungen zur Entwicklung der Inselzellen sowie zur Einordnung genetischer Risikofaktoren für Diabetes. Langfristig könnten die Erkenntnisse dazu beitragen, Diabetes früher zu diagnostizieren, präventive Strategien zu entwickeln und personalisierte Therapien zu verbessern.

Die untersuchten Organspenden stammten von gesunden Säuglingen und Kindern ohne Diabetes im Alter von zwei Monaten bis zehn Jahren, die infolge von Unfällen oder anderen Ursachen verstorben waren. Studienleiterin Dr. Marcela Brissova betont: „Diese Studie ist den Kindern gewidmet, deren Organspenden diese Forschung überhaupt erst ermöglicht haben, sowie ihren Angehörigen. Ihre Entscheidung, trotz des persönlichen Verlustes einer Organspende zuzustimmen, hat einen unschätzbaren Beitrag zur Forschung geleistet.“

(mkl/BIERMANN)