Pränatale Inselzellentwicklung im humanen Pankreas

Einleitung: Die Regeneration von Beta-Zellen gilt als mögliche Zukunftsoption für die Therapie des Diabetes. Allerdings ist bislang nur wenig über die Dynamik und die Quellen der pränatalen Beta-Zell-Entwicklung beim Menschen bekannt. In Mäusen erfolgt die pränatale Entwicklung von Beta-Zellen nahezu ausschließlich über die Differenzierung von duktalen Progenitorzellen, während die Beta-Zell-Replikation eine untergeordnete Rolle spielt. In der vorliegenden Studie wurde die zeitliche Dynamik des pränatalen Beta-Zell-Wachstums beim Menschen analysiert. Ferner wurden die möglichen Quellen der Beta-Zell-Entwicklung (Replikation vs. Differenzierung) evaluiert.

Methodik: Humanes Pankreasgewebe von 65 Embryos und Feten im Alter von acht Wochen post conceptionem (p.c.) und Geburt wurde untersucht. Pankreasschnitte wurden für Insulin, Glukagon, KI67, TUNEL und CD31 angefärbt und einer morphometrischen Analyse zugeführt.

Ergebnisse: Die Expression von Insulin war ab Woche 9p.c. nachweisbar, wohingegen Glukagon bereits in Woche 8 vorhanden war. Die fraktionelle Beta-Zell-Fläche des Pankreas stieg zwischen Woche 9 und Geburt linear an (r=0,60; p<0,001). Die Beta-Zellen entwickelten sich zunächst als vereinzelte endokrine Zellen innerhalb des Gangepithels. Nach Differenzierung und Separation vom Gangepithel konnte das Auftreten von Beta-Zell-Replikationen regelhaft in den neu gebildeten Inselzellkomplexen beobachtet werden (mittlere Frequenz 2,8±0,4%). Ein geringer Prozentsatz der endokrinen Zellen exprimierte sowohl Insulin als auch Glukagon in der frühen Fetal-Periode. Während aller Phasen der pränatalen Pankreas-Entwicklung fand sich eine enge Beziehung zwischen endokrinen Inseln und Blutgefäßen, was auf eine direkte Interaktion zwischen beiden Geweben hindeutet. Die Frequenz der Beta-Zell-Apoptose war insgesamt niedrig und relativ konstant in den unterschiedlichen Entwicklungsstufen (1,5±0,3%).

Schlussfolgerung: Die Differenzierung von Beta-Zellen beim Menschen beginnt in der Woche 9p.c. Die Beta-Zellen entwickeln sich primär aus duktalen Vorläuferzellen, von wo aus sie ins pankreatische Mesenchym wandern und sich schließlich über den Mechanismus der Replikation vermehren. Diese Studien belegen somit die Bedeutung sowohl der Beta-Zell-Differenzierung als auch der Replikation während der pränatalen Expansion der Beta-Zell-Masse beim Menschen.