Schwerpunkt der Forschungsarbeit

Die metabolische Erkrankung Diabetes hat enorme Auswirkungen auf die Gesundheit und damit auf die Lebensqualität und Lebenserwartung der betroffenen Patienten, und mittlerweile nimmt die Verbreitung von Diabetes epidemische Ausmaße an. Diabetes entwickelt sich, wenn die systemischen Insulinkonzentrationen nicht mehr ausreichen, um die Blutzucker-Homöostase hinreichend zu kontrollieren. Die jüngsten Forschungen unseres Labors sowie anderer Gruppen haben gezeigt, dass die Ursachen für diesen Insulinmangel sowohl in der Verringerung der Anzahl an Insulin-produzierenden Betazellen als auch der Verschlechterung ihrer Funktion zu finden sind. Dabei zeichnen sich die verschiedenen Phasen der Diabetespathogenese durch unterschiedlich ausgeprägte Verschlechterungen in Betazellmasse und/oder -funktion aus. Basierend auf diesen Erkenntnissen glauben wir, dass parallele Untersuchungen der Betazellfunktion und -masse notwendig sind, um Diabetes erfolgreich zu behandeln. Die Arbeit unserer Gruppe zielt darauf ab, neue therapeutische Ziele für Typ-1, Typ-2 und Schwangerschaftsdiabetes zu identifizieren, indem wir die Rolle der Betazellmasse und -funktion in den verschiedenen Stadien der Diabetespathogenese und -therapie untersuchen.



Speier Homepage 1 © Stephan Speier Speier Homepage 1 © Stephan Speier

Figure 1: Longitudinal in vivo observation of autoimmune beta cell destruction during type 1 diabetes progression. Green: beta cells; Magenta: blood vessels; Grey: cell lightscatter. (Chmelova et al, Diabetes, 2015)

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Figure 1: Longitudinal in vivo observation of autoimmune beta cell destruction during type 1 diabetes progression. Green: beta cells; Magenta: blood vessels; Grey: cell lightscatter. (Chmelova et al, Diabetes, 2015) © Stephan Speier

Untersuchungen zur Funktion von Betazellen



Die Betazellfunktion zeigt enorme Plastizität in der Reaktion auf verschiedene physiologische und pathophysiologische Situationen. Unter normalen Bedingungen trägt die funktionelle Kompensation der Insulinsekretion wesentlich dazu bei, die Entwicklung von Typ-2-Diabetes und Schwangerschaftsdiabetes zu verhindern. Jedoch verhindert die Betazelldysfunktion bei der Diabetespathogenese diese funktionelle Kompensation, wodurch es zur Hyperglykämie kommt. Wir konnten zeigen, dass auch im Typ 1 Diabetes die Betazelldysfunktion eine zentrale Rolle in den frühen Stadien der Pathogenese spielt. Unsere Projekte zur Betazellfunktion adressieren Fragen, die sich mit den zugrunde liegenden Mechanismen der funktionalen Kompensation sowie der Betazelldysfunktion beschäftigen. Die dadurch erworbenen Erkenntnisse können anschließend dazu dienen die Betazellfunktion bei der Diabetes-Therapie besser zu schützen und wiederherzustellen.



Untersuchungen zur Betazellmasse



Um den größeren Insulinbedarf in Situationen wie Übergewicht oder Schwangerschaft auszugleichen, kann sich auch die Anzahl an Betazellen erhöhen. Allerdings sind die zugrundeliegenden regenerativen Mechanismen der Erhöhung der Betazellmasse, sowie die Gründe für ein Ausbleiben dieser zellulären Kompensation während der Entwicklung eines Diabetes, bislang unklar. Wir wollen die Grundlagen der Betazell-Regeneration verstehen, um diese gezielt bei der Behandlung von Typ-2-Diabetes und Schwangerschafts-Diabetes induzieren zu können. Darüber hinaus nutzen wir unser Know-how, um die Entwicklung von funktionell reifen Betazellen aus embryonalen Stammzellen für Zell-Ersatztherapien von Typ-1-Diabetes zu verbessern.

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Figure 2: Longitudinal in vivo observation of beta cell regeneration in the attempt to prevent type 2 diabetes development during high fat diet feeding (HFD). Green: beta cells; Magenta: blood vessels. (Chen et al, Diabetes, 2016)

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Figure 2: Longitudinal in vivo observation of beta cell regeneration in the attempt to prevent type 2 diabetes development during high fat diet feeding (HFD). Green: beta cells; Magenta: blood vessels. (Chen et al, Diabetes, 2016) © Stephan Speier

Forschungsansatz



Der einzigartige Forschungsansatz unseres Labors bei der Studie dieser Fragen ist die Untersuchung der Betazellmasse und -funktion unter möglichst physiologischen Bedingungen. Dabei wollen wir insbesondere die Vielzahl an lokalen und systemischen Signalen berücksichtigen, die die komplexe Physiologie der Inselzellpathologie und -regeneration im lebenden Organismus regulieren. Zu diesem Zweck haben wir neuartige in situ und in vivo Plattformen zur Ergänzung der Standardmethoden der Inselforschung etabliert.



Ein wichtiger Aspekt unserer Arbeit ist die Translation unserer Forschung zum Menschen. In den letzten Jahren haben wir dafür nationale und internationale Kooperationen aufgebaut, die uns Zugang zu menschlichem Gewebe ermöglichen. Dies eröffnet uns die einmalige Gelegenheit, unsere Techniken für die Untersuchung von, für den Menschen relevante, Diabetes-Therapien einzusetzen.



Zukünftige Projekte und Ziele

  • 

Untersuchung der Mechanismen der Betazell-Dysfunktion während der Diabetes-Pathogenese

  • Evaluierung der Mechanismen der endogenen Inselzellregeneration

  • Unterstützung der Entwicklung von von maturen Stammzellen abgeleiteten Betazellen

  • Translation von Forschungsergebnissen in den Menschen




Methodische und technische Kompetenz



  • in vivo, in situ und in vitro Zwei-Photon und konfokale Laser-Scanning Mikroskopie
  • Patch-Clamp-Technik

  • Erfassung von Zell- und Systemphysiologie
  • 
Gewebeschnitte von murinen und humanen Langerhans´schen Inseln

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Dana Krüger
Letzte Änderung: 22.01.2018