Pancreasul – o nouă redută cucerită de cercetătorii români

 

Niciodată nu ar trebui neglijat sau trecut sub tăcere un prilej de a ne mândri că suntem români și de a îi inspira pe tinerii noștri să pășească pe drumul bătătorit. Chiar „asfaltat” în unele cazuri de conaționalii lor, către o lume mai bună. O nouă descoperire de mare importanță și de mare interes în lumea medicală, făcută pe „teritoriul” pancreasului de către specialiști români, este exact un astfel de prilej de natură să ne stârnească admirația și mândria.

Programul POSDRU denumit „CERO Profil de Carieră: Cercetător român” a finanțat o serie de descoperiri remarcabile legate de structura pancreasului uman. În cadrul acestui program au și fost înregistrate rezultatele unui grup de oameni de știinţă români, coordonați de dr. Paul Gagniuc și acad. Constantin Ionescu-Târgoviște, doi cercetători care împart prima poziţie într-un articol în care au publicat o serie de descoperiri remarcabile, demne de faimosul jurnal Nature Scientific Reports.

Meritã, de asemenea, menţionat că studiul în cauză a reprezentat o colaborare de succes între mai multe instituţii româneşti, precum Institutul „N.C. Paulescu”, USAMV București și Institutul Clinic Fundeni.

Scurtă lecție de anatomie

Majoritatea organelor sunt constituite din ţesuturi cu o structură clară și relativ ușor de descris cu ajutorul microscopului optic. Datorită funcţiei mixte (produce concomitent atât enzime pentru digestie care se varsă în intestinul subţire, cât și hormoni pe care îi varsă în circulaţia sangvină), țesutul pancreasului este deosebit de eterogen (diferit de la persoană la persoană) și dificil de analizat.

Cei mai mulţi dintre noi știu, probabil, că pancreasul reglează glicemia prin producţia de insulină. Medicii mai știu pe deasupra că în pancreas există câteva milioane de mici structuri aparent independente (asemănătoare unor „biluțe” aproape invizibile cu ochiul liber), denumite „insulele Langerhans”. Pentru cei pasionaţi de cosmologie am putea să facem o paralelă între pancreas și o galaxie. O galaxie conţine stele aşa cum pancreasul uman conţine insule Langerhans. Scară mică, scară mare, regulile universului sunt, în mod relativ, cu adevărat universale.

Mai departe, aceste insule conţin într-o proporţie mai mare o serie de tipuri de celule producătoare de hormoni şi anume:
– celule beta, care produc insulină (descoperită de prof. dr. N. C. Paulescu în 1921);
– celule alfa, producătoare de glucagon;
– celule delta, răspunzătoare de sinteza somatostatinei.
În mod interesant, aşezarea acestor insule în pancreas a rămas un mister încă de pe vremea când Paul Langerhans le-a descoperit în 1868.

Implicarea românească

Cercetătorii români au descoperit că milioanele de insule Langerhans formează rute de densitate bine definite prin pancreasul uman. Este vorba despre noi formaţiuni în acest organ, pe care oamenii noştri de ştiinţă le-au denumit „clusteri de insule” (cu posibile implicaţii în noi abordări legate de transplantul de insule).

Proiectarea 3D de care a beneficiat echipa de oameni de știință a fost asigurată de ing. Șerban Radu Gabriel, un fost student al dr. Paul Gagniuc în cadrul Facultății de Inginerie în Limbi Străine (Universitatea Politehnică din București). „Este bine să ai o relație frumoasă cu studenții, colaborările bazate pe respect și încredere vin mai târziu, fără îndoială, din partea acestora, așa cum prodecanul facultății, prof. dr. Bujor Păvăloiu îmi spunea nu cu mult timp în urmă” (dr. Paul Gagniuc).

Ei au reactualizat, prin măsurători exacte, parametrii noi legaţi de caracteristicile insulelor Langerhans umane, de la număr, dimensiune, volum şi până la suprafaţa totală de contact cu ţesutul acinar şi procentajul pe care aceste insule îl ocupă din volumul total al pancreasului. Formele insulelor au fost cuantificate pentru prima dată de-a lungul pancreasului uman de către cercetătorii români, care astfel au şi elaborat metode matematice noi de analiză pentru studiul ţesuturilor biologice (un bun exemplu este reprezentat de indexul de sfericitate inventat de dr. Paul Gagniuc special pentru acest studiu).

Şi tot din cercetarea românească ştim acum că ţesutul adipos peripancreatic (grăsimea de pe lângă pancreas) ar putea fi supus permanent inflamaţiei în starea normală, iar acesta ar putea reprezenta atât locul de iniţiere al unui atac imun asupra celulelor beta (în cazul tipului 1 de diabet zaharat), cât şi o barieră protectoare (în funcţie de predispoziţia genetică a individului pentru diabet).

Din studiul românilor aflăm că insulele reprezintă 4,5% din volumul total al pancreasului și că cele aproximativ 3,2 milioane de insule pot intra într-un volum de 2 cm³ şi cântăresc, în medie, 2,2 grame. La fel de interesant, rezultatul românilor arată că celulele beta (producătoare de insulină) au un volum mediu de 1,15 cm³ și că reprezintă în jur de 2,6% din volumul total al pancreasului.

Un alt calcul interesant făcut de specialiştii noştri ne face să ne gândim la câteva implicaţii aproape filosofice pe care aceste insule Langerhans le pot avea asupra întregului organism. Este vorba despre o aproximare a savanţilor, care arată că aproximativ 0,03 g de insule sunt responsabile de homeostazia (buna funcţionare) a unui kilogram de ţesut.

În concluzie, dacă aveţi o greutate de 75 kg, deţineţi în pancreas 43.000 de insule care sunt direct responsabile de 1 kg din greutatea dumneavoastră corporală. Faptul că 0,03 g pot să gestioneze 1 kg de ţesut este fără îndoială o dovadă „evolutiv-inginerească” de perfecţiune a corpului uman, „cioplită” în milioane de ani, susţine dr. Paul Gagniuc. Multe necunoscute legate de pancreasul uman abia aşteaptă să fie cunoscute, adaugă acad. C. Ionescu-Târgovişte.

Prin studiul unui pancreas uman sănătos luat de la donator, savanții români au demonstrat că insulele Langerhans formează o structură tridimensională bine definită. Abordarea lor folosește datele extrase de pe un set de lame histologice, care acoperă câteva secţiuni transversale prin pancreas. Distribuţia insulelor Langerhans pe două secţiuni transversale le-a permis aproximarea distribuţiei secțiunilor transversale intermediare.

Astfel, analiza acestor date duce la o aproximare a structurii interne a țesutului dintre secțiunile transversale. Pentru această aproximare, metoda de analiză apelează la o combinație originală între interpolarea bicubică și algoritmul k-nearest clustering. lnterpolarea bicubică este folosită în mod special pentru trasarea unor hărți de densitate, ale căror valori maxime sunt conectate de la secțiune la secțiune, cu ajutorul algoritmului k-nearest clustering.

În comunitatea științifică, de cele mai multe ori analiza histologică (analiza la microscop) a țesuturilor a fost efectuată în mod relativ și rareori au fost efectuate observații globale cantitative care să folosească algoritmi avansați de analiză. Dificultatea în privința analizelor histologice la scară largă apare în general datorită volumului foarte mare de observații (asistent univ. dr. Elvira Gubceac și prof. dr. Manuella Militaru, de la Facultatea de Medicină Veterinară din București).

În studiul românesc, un pancreas sănătos luat de la un donator a fost folosit pentru a evalua caracteristicile insulelor Langerhans (bucăți mici de ţesut pancreatic, care încorporează și celule producătoare de insulină) și distribuţia lor spațială. Pentru analiză, patru secțiuni au fost luate în considerare: capul, gâtul, corpul și coada pancreasului. Din fiecare regiune a pancreasului, oamenii de știință au folosit o secțiune transversală, care a fost împărţită în 16 lame histologice.

Măsurători morfometrice s-au efectuat pe fiecare lamă pentru a detecta caracteristicile specifice a 5.400 de insule pancreatice. Astfel, întrebarea pe care cercetătorii români și-au pus-o la vremea respectivă a fost dacă pot găsi o metodă de aproximare a densităţii insulelor pe secțiunile transversale intermediare. Mai mult, în funcție de mărimea și numărul de insule observat pe fiecare lamă, s-au construit hărți de densitate ale acestor felii prin pancreas cu ajutorul unei metode denumită „interpolare bicubică”.

Primul pas în determinarea acestor secţiuni virtuale a fost transpunerea celor patru hărţi de densitate în plan 3D. Acest lucru a permis stabilirea unui prag de densități maxime pe suprafața secțiunilor transversale. Un al doilea pas a fost transpunerea poziției densităților maxime din plan 3D înapoi în plan 2D, pentru evaluarea relațiilor dintre secțiunile transversale învecinate.

Această evaluare a fost făcută cu ajutorul algoritmului k-nearest clustering, al cărui scop este acela de a detecta clusteri în spațiul metric. În implementarea românilor, algoritmul folosește punctele de densitate maximă de pe două secțiuni învecinate pentru a detecta relațiile de continuitate între feliile luate din pancreas. Astfel, în funcție de unghiurile care se formează între planul secțiunilor transversale și linia de continuitate, ei au reconstituit secțiunile transversale intermediare în orice locație din pancreas.

Rezultatul final al metodei a dus la o concluzie interesantă, și anume la detecția unor rute ale insulelor pancreatice și la o organizare 3D greu de elucidat în trecut. Implicațiile în practica clinică apar atunci când se efectuează operații pe pancreas sau atunci când insulele sunt izolate pentru transplant (acad. Irinel Popescu și conf. Simona Dima, de la Institutul Fundeni).

Citiţi şi:

Uimitori români contemporani, înzestrați cu o excepțională creativitate, inventivitate și sclipiri de geniu

10 invenții despre care poate că nu știai că au fost făcute de români

 

yogaesoteric
26 octombrie 2017