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Elektrophysiologie insulinproduzierender Zellen

Nach Angaben der International Diabetes Federation wird die Prävalenz von Diabetes bis 2025 voraussichtlich 9,8 % der erwachsenen Bevölkerung Europas erreichen. Um die Dynamik der Insulinsekretion bei Patienten mit Diabetes aufzuklären, untersuchten europäische Wissenschaftler die elektrophysiologischen Eigenschaften insulinproduzierender Zellen.
Elektrophysiologie insulinproduzierender Zellen
Der Anstieg der Diabetesprävalenz hat gravierende sozioökonomische Auswirkungen, und die damit verbundenen Kosten übersteigen oft 10 % des Gesamtbudgets des Gesundheitswesens eines Landes. Bei Menschen ohne Diabetes wird als Reaktion auf einen plötzlichen Anstieg des Blutzuckerspiegels in zwei Phasen Insulin abgesondert. Die erste findet nach 5 bis 10 Minuten statt und in der darauffolgenden zweiten Phase wird gleichbleibend oder vermehrt Insulin sekretiert. Bei Patienten mit Typ-2-Diabetes findet die erste Phase der Insulinsekretion nicht statt, was die medizinische Bedeutung der Insulinregulierung zeigt.

Um die Mechanismen hinter dieser zweiphasigen Insulinsekretion zu skizzieren, konzentrierten sich Wissenschaftler des von der EU finanzierten Projekts HCSP IN BETA-CELLS auf die einzigen insulinproduzierenden Zellen, nämlich die Betazellen im Pankreas. Diese Zellen speichern Insulin in Granula und setzen es bei chemischen und elektrischen Reizen durch Exozytose frei. Es wurde angenommen, dass die zweiphasige Insulinsekretion auf die Erschöpfung des sofort freisestzungsfähigen Vorrats an Granula beruht.

Mit der Patch-Clamp-Elektrophysiologietechnik haben Wissenschaftler Calciumkanäle in pankreatischen Beta-Zellen und insbesondere die Dynamik calciumvermittelter Exozytose von Insulin untersucht. Sie kombinierten Modellierungen und experimentelle Daten, um zu zeigen, dass die Insulinsekretion als Reaktion auf einen minimal Calciumeinstrom erfolgt und dass sich die RRP-Granula weit von den Calciumkanälen entfernt befinden.

Um ihre Ergebnisse auf menschliche Betazellen im Pankreas zu übertragen, entwickelten die Wissenschaftler mathematische Modelle für die Exozytose und elektrische Aktivität. Wie es auch in den Zellen von Mäusen beobachtet werden konnte, befinden sich die Sekretationsgranula außerhalb der Calciumkanäle und ihre elektrophysiologischen Eigenschaften ermöglichten elektrische Aktivität. In Verbindung mit Calcium-Bildgebung könnten diese Ergebnisse die Wissenschaftler dabei unterstützen, die Mechanismen der Betazellenaktivierung und der Insulinfreisetzung zu erklären.

Insgesamt legen die neuen Informationen zu Insulingranula in menschlichen Betazellen und die entwickelten Instrumente und Modelle für die Analyse von Exozytose die Grundlagen für künftige Untersuchungen des Mechanismus bei fehlerhafter Insulinsekretion. Langfristig könnte dies zur Entwicklung neuer medikamentöser Behandlungsmethoden von Diabetes führen.

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