Ny metod möjliggör detaljstudier av mänskliga organ i 3D

Max Hahn, doktorand vid Umeå centrum för molekylär medicin, studerar vävnadsmaterial med fluorescerande ljusfältsmikroskop.

BildMattias Petterson

– Den här metoden kan komma att förbättra vår förståelse för hur cellförändringar är kopplade till utvecklingen av en rad sjukdomar, säger Ulf Ahlgren, professor i molekylär medicin vid Umeå universitet.

Det forskarna har gjort är att dela upp de studerade organen i mindre delar i en tredimensionell matris för att på så sätt skapa vävnadsbitar som har optimal storlek för avbildning med optiska 3D-tekniker.  Dessa vävnadsbitar kan sedan färgas in för att visualisera i stort sett vilka celltyper eller proteiner som helst. I och med att varje vävnadsbit har kända koordinater kan sedan de individuella 3D bilderna sättas ihop i en dator som ett tredimensionellt pussel så att ett helt organ kan återskapas.

Mindre än dammkorn

Pancreas i 3D

Insulinproducerande Langerhanska öar (röda) i en human bukspottkörtel visualiserade med optisk 3D teknik.

Metoden gör på detta sätt det möjligt att skapa högupplösta tredimensionella avbildningar av mänskliga organ av i stort sett vilken storlek som helst, med bibehållen mikrometerprecision, det vill säga mindre än ett dammkorn. Fram till nu har det i och för sig varit möjligt att skapa högupplösta avbildningar av biologiskt material med hjälp av tekniker som optisk projektionstomografi, OPT, och fluorescerande ljusfältsmikroskopi, LSFM, vilka forskarna också använder i studien.

Problemet har varit att metoderna har varit begränsade genom att det saknats sätt att fritt kunna färga in de celltyper eller proteiner man vill studera, exempelvis med fluorescerande antikroppar, när det studerade materialet har blivit större, som hela organ. Det är detta problem som den nya metoden ger en lösning på.

Studera diabetes

Forskarna i Umeå har använt metoden på bukspottskörteln. Inne i bukspottskörteln finns hundratusentals små grupper med hormonproducerande celler, de Langerhanska öarna. Dessa cell-öar har en nyckelroll i produktionen av insulin och därmed för diabetes när produktionen är störd.

Med den nya metoden kunde forskarna visa på tidigare okända aspekter av bukspottkörtelns anatomi och patologi, bland annat regioner med extremt hög täthet av sådana öar. Resultat som kan ha betydelse för en rad prekliniska och kliniska områden, exempelvis för att skapa bättre protokoll för transplantation av öar till diabetiker eller för att med kliniska

avbildningstekniker studera bukspottskörteln vid diabetes.

Olika organ

– Utöver betydelsen vid diabetes kan metoden ge ökad förståelse för andra sjukdomar i bukspottskörteln, inte minst pankreascancer, där vi har inlett samarbete med kliniska forskare i Umeå. Men tekniken som sådan bör kunna användas för att på ett liknande sätt studera andra organ och sjukdomar genom att den ger nya möjligheter till att studera var i ett organ till exempel cellulära förändringar sker i ett helorgansperspektiv, deras omfattning och förhållandet till omkringliggande vävnader och celltyper, säger Ulf Ahlgren.

Studien är utförd i samarbete med forskare vid Uppsala Universitet och är finansierad av bland andra Vetenskapsrådet, Barndiabetesfonden, Diabetes Wellness Sverige, NovoNordisk fonden och Kempestiftelserna. Studien publiceras i den vetenskapliga tidskriften Communications Biology.

Illustration av hur en bukspottkörtel kan delas i mindre delar som färgas in för specifika celltyper med de insulininfärgade Langerhanska cellöarna i rött, som sedan sättas samman i en dator som ett tredimensionellt pussel som kan byggas på för att återskapa hela organet.

BildMax Hahn & Ulf Ahlgren