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陈良怡刘彦梅课题组应用超快双光子扫描光片显微镜可视化研究活体胰岛β细胞并揭示其功能成熟机制

近日,澳门新葡8455最新网站陈良怡刘彦梅课题组在国际知名学术期刊eLife杂志发表题为In Vivo Imaging of β-cell Function Reveals Glucose-mediated Heterogeneity of β-cell Functional Development的研究论文, 首次实现活体动物体内胰岛β细胞功能的实时成像,揭示胰岛通过血管化协调传递适宜浓度的葡萄糖至β细胞,进而激活calcineurin/NFAT信号通路,最终介导胰岛从外壳到核心依次发生的两β细胞的功能获得过程由于工作在领域内的独创性和重要性,内分泌学科的顶级杂志Nature Reviews Endocrinology亮点介绍,认为此工作是技术进步推动科学上重要发现典型例证

胰岛β细胞在血糖调控与糖尿病发病中起着重要作用,其数量和功能直接和血糖紊乱程度密切相关。近年来基于干细胞的胰岛β细胞再生治疗糖尿病领域的重要研究方向。但是,通过诱导干细胞分化为β细胞的方法目前仍然不能产生功能完全成熟的β细胞,最主要的原因是研究者不清楚在体内β细胞如何受微环境包括血管,神经元和其他内分泌细胞分泌的因子影响实现功能成熟。过去的研究方法不论是基于免疫组化或是大规模测序的方法,得到的信息都局限于某几个时间点同时也缺乏在体空间信息,不能展示β细胞在天然胰岛微环境中发育和获得功能的时空图谱,也限制在体功能成熟的机制研究。

2015陈良怡课题组与合作者研发成功基于新成像原理的超快双光子扫描光片显微镜(2P3A-DSLM(Cell Res. 2015doi: 10.1038/cr.2014.124成像质量显著优于单光子光片显微镜或双光子点扫描显微镜在领域内引起高度反响,多次邀请在如国际激光及光电子大会以及国际光片显微镜大会上做特邀报告,也发表Nature Methods光片显微镜权威综述Nature Methods, 2019doi: 10.1038/nmeth.4224本项工作中利用2P3A-DSLM显微镜和自主创建的β细胞被红色荧光钙指示剂Rcamp1.07标记转基因斑马鱼陈良怡刘彦梅课题组首次实现活体观察每β细胞在葡萄糖刺激下的钙反应并发现β细胞功能成熟外到内的过程是由葡萄糖所控制胰岛微循环精细控制递送到每个β细胞的局部葡萄糖浓度,而该浓度随着发育过程逐渐增加通过激活calcineurin/NFAT信号通路,精细地调控胚胎β细胞功能获得以及增强过程

:利用双光子扫描光片显微镜,在斑马鱼在体观察胰岛细胞时空上异质功能成熟过程上图:双色双光子扫描光片显微镜原理图;下图:经历个阶段,胰岛β细胞外到内逐渐功能成熟

进一步他们发现calcineurin/NFAT通路可以促进初生小鼠的胰岛离体成熟过程证明机制不仅仅适用斑马鱼,也是哺乳动物以往被略的促使β细胞功能成熟的关键因子219Nature Reviews Endocrinology杂志发表题为Imaging β-cell function in vivo的权威评论,认为“这个工作首次实现在动物活体可视化单个胰岛beta细胞的功能,同时揭示了重要的功能成熟过程eLife也以文摘的形式(题目Watching β-cells mature )特别展示这个工作,认为“这个斑马鱼的工作可以帮助研究者找到体外制备来源多能干细胞β细胞的更好方法助力于糖尿病病人的再生医学治疗 这种结合转基因斑马鱼和三维在体高分辨率显微成像的平台未来用于研究胰岛生物学中包括转分化、去分化和糖尿病发病过程中的在体再生等重要过程及其机制 

澳门新葡8455最新网站博士生赵佳为论文第一作者,陈良怡研究员、刘彦梅副研究员(现为华南师范大学脑科学与康复医学研究院研究员)论文通讯作者。本项研究受到科技部重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划北京市自然科学基金等经费支持。

 

原文链接:

eLife digest:

https://doi.org/10.7554/eLife.41540.002

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