Met vet bedekte eilandjestransplantatie met behulp van epididymaal wit vetweefsel
Summary
Deze met vet bedekte eilandjestransplantatiemethode is geschikt voor de detectie van geënte eilandjes in de intraperitoneale holte. Met name vereist het niet het gebruik van biobindingsmiddelen of hechten.
Abstract
Eilandjestransplantatie is een cellulaire vervangingstherapie voor ernstige diabetes mellitus. De intraperitoneale holte is meestal de transplantatieplaats voor deze procedure. Intraperitoneale eilandjestransplantatie heeft echter enkele beperkingen, waaronder een slechte transplantatie-efficiëntie, moeilijk transplantaatdetectievermogen en een gebrek aan graftectomievermogen voor posttransplantatieanalyse. In dit artikel wordt “met vet bedekte eilandjestransplantatie”, een intraperitoneale eilandjestransplantatiemethode die gebruik maakt van epididymaal wit vetweefsel, gebruikt om de therapeutische effecten van bio-technische eilandjes te beoordelen. De eenvoud van de methode ligt in het zaaien van eilandjes op epididymaal wit vetweefsel en het gebruik van het weefsel om de eilandjes te bedekken. Hoewel deze methode kan worden gecategoriseerd als een intraperitoneale eilandjestransplantatietechniek, deelt het kenmerken met intra-vetweefseleilandjestransplantatie. De met vet bedekte eilandjestransplantatiemethode toont echter robuustere therapeutische effecten dan intra-vetweefseleilandjestransplantatie, inclusief de verbetering van de bloedglucose- en plasma-insulinespiegels en het potentieel voor transplantaatverwijdering. Wij bevelen de toepassing van deze methode aan voor het beoordelen van de mechanismen van eilandjestransplantatie in wit vetweefsel en de therapeutische effecten van bio-technische eilandjes.
Introduction
Eilandjestransplantatie is een cellulaire vervangingstherapie voor patiënten met ernstige diabetes mellitus. Recente rapporten hebben aangetoond dat de percentages van insuline-onafhankelijkheid drie jaar na transplantatie verbeteren tot 44% 1 en dat ongeveer 80% van de ontvangers die meer dan 600.000 totale eilandjesequivalenten ontvangen, insuline-onafhankelijkheid bereiken2. Bovendien werd in het meest recente Collaborative Islet Transplant Registry-rapport onthuld dat nuchtere bloedglucosespiegels gedurende een periode van 5 jaar op 60-140 mg / dL werden gehandhaafd bij meer dan 70% van de patiënten die alleen eilandjestransplantatie ondergingen. De studie stelde ook vast dat ongeveer 90% van de patiënten die alleen eilandjestransplantatie of eilandjestransplantatie na niertransplantatie kregen, gedurende meer dan 5 jaar geen ernstige hypoglycemische voorvallen ontwikkelden3.
Hoewel de klinische resultaten van deze behandeling zijn verbeterd, moeten sommige beperkingen nog steeds worden aangepakt, waaronder de noodzaak om een optimale transplantatieplaats op te zetten. De lever is een typische transplantatieplaats voor klinische eilandjestransplantatie omdat het het grootste orgaan is dat een groot aantal eilandjes kan herbergen. Bij sommige patiënten is de lever echter niet beschikbaar (bijvoorbeeld vanwege portale hypertensie, hepatitis en/of cirrose4) en dus andere plaatsen, waaronder de renale subcapsulaire ruimte 5,6, omentaalzakje 7,8,9,10, mesenterium11, maagdarmkanaal12, skeletspieren13, onderhuids weefsel13, beenmerg14 en milt15 ,16,17, zijn beschouwd als alternatieve transplantatieplaatsen.
Hoewel intraperitoneale eilandjestransplantatie gemakkelijk kan worden uitgevoerd onder lokale anesthesie, waardoor de intraperitoneale holte een aantrekkelijke plaats is voor klinische eilandjestransplantatie, worden de eilandjes bij transplantatie verspreid over de gehele intraperitoneale holte, waardoor de detectie van eilandjestransplantatie en succesvolle engraftmentbevestiging moeilijk zijn. Daarom wordt de intraperitoneale holte niet algemeen erkend als een ideale klinische transplantatieplaats. In plaats daarvan wordt het vaak gebruikt als een controlemodel voor preklinische studies om de effectiviteit van getransplanteerde ingekapselde18 en bio-technische eilandjeste onderzoeken 19. Een exacte vergelijking tussen bio-engineering en controle-eilandjes is echter moeilijk te bereiken vanwege de uitdagingen bij het uitvoeren van een nauwkeurige engraftmentbeoordeling.
Daarentegen is het gebruik van intraperitoneaal wit vetweefsel in de omentalepouch 8, mesenterium en andere extrahepatische locaties goed gemeld 10,20,21,22,23 en veel van de studies die de functie van bio-technische eilandjes onderzochten getransplanteerd met wit vetweefsel waren in staat om veelbelovende therapeutische resultaten te melden 20,24,25, 26. Omdat het gebruik van epididymaal vetweefsel de detectie van getransplanteerde eilandjes vergemakkelijkt, werd de “met vet bedekte eilandjestransplantatiemethode”, waarbij gebruik wordt gemaakt van epididymaal vetweefsel, ontwikkeld om de beperkingen van intraperitoneale eilandjestransplantatie te overwinnen. In dit artikel wordt met vet bedekte eilandjestransplantatie met behulp van epididymal vetweefsel beschreven.
Protocol
Representative Results
Discussion
De met vet bedekte eilandjestransplantatiemethode omvat technieken van twee verschillende transplantatietechnieken: intraperitoneale eilandjestransplantatie en intra-vetweefseleilandjestransplantatie. Aangezien het oppervlaktemembraan van epididymaal wit vetweefsel wordt beschouwd als het witte vetweefsel dat wordt bedekt door het peritoneum en dat is bevestigd aan de bijbal, kan de met vet bedekte eilandjestransplantatiemethode anatomisch worden gecategoriseerd als een soort intraperitoneale eilandjestransplantatie. De …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gefinancierd door een Grant-in-Aid for Scientific Research (C) (19K09839, NS) van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie van Japan.
Materials
| 4-0 Nylon | Alfresa | ER2004NA45-KF2 | Closing abdomen |
| Alexa 488-conjugated donkey anti-guinea pig | Jackson Immunoresearch | 706-546-148 | Secondary antibody for insulin antibody |
| Alexa 647-conjugated donkey anti-rabbit | Jackson Immunoresearch | 711-606-152 | Secondary antibody for von Willebrand factor antibody |
| DMEM, low glucose, pyruvate | ThermoFisher Scientific | 11885084 | Culturing islets, transplanting islets |
| Eosin | Fujifilm Wako Chemicals | 051-06515 | Using for staining tissue by eosin |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 30120086 | Collecting islets |
| Falcon 15 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning | 352095 | Collecting islets |
| Falcon 40 µm Cell Strainer | Falcon | 352340 | Using for separating islets from other pancreatic tissue |
| Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Corning | 352070 | Discarding excessive medium/buffer |
| Guinea pig anti-insulin | Agilent Technologies Japan, Ltd. (Dako) | IR002 | Primary antibody for murine insulin |
| Hematoxylin | Muto Pure Chemicals Co., Ltd. | 30002 | Using for staining tissue by hematoxylin |
| Isodine solution 10% | Shionogi&Co., Ltd. | no catalog number | Using for disinfection |
| Isoflurane | Fujifilm Wako Chemicals | 095-06573 | Using for anesthesia |
| Labcon 1000 µL ZapSilk Low Retention Pipette Tips | Labcon | 1177-965-008 | Using for separating islets from other pancreatic tissue |
| Labcon 200 µL ZapSilk Low Retention Pipette Tips | Labcon | 1179-965-008 | Using for seeding islets onto epididymal white adipose tissue |
| Mintsensor | Sanwa Kagaku Kenkyusho Co. Ltd., | 8AEB02E | Using for monitoring blood glucose |
| Pipetteman P-1000 | Gilson | F123602 | Using for separating islets from other pancreatic tissue |
| Pipetteman P-200 | Gilson | F123601 | Using for seeding islets onto epididymal white adipose tissue |
| Rabbit anti-vWF | Abcam | ab6994 | Primary antibody for murine von Willebrand factor |
References
- Barton, F. B., et al. Improvement in outcomes of clinical islet transplantation: 1999-2010. Diabetes Care. 35 (7), 1436-1445 (2012).
- Balamurugan, A. N., et al. Islet product characteristics and factors related to successful human islet transplantation from the Collaborative Islet Transplant Registry (CITR) 1999-2010. American Journal of Transplantation. 14 (11), 2595-2606 (2014).
- Collaborative Islet Transplant Registry. . Collaborative Islet Transplant Registry. Annual Report. , (2017).
- Rajab, A., et al. Total Pancreatectomy and Islet Autotransplantation Following Treated Hepatitis C Infection. Cell Transplantation. 27 (10), 1569-1573 (2018).
- Mellgren, A., Schnell Landstrom, A. H., Petersson, B., Andersson, A. The renal subcapsular site offers better growth conditions for transplanted mouse pancreatic islet cells than the liver or spleen. Diabetologia. 29 (9), 670-672 (1986).
- Hiller, W. F., Klempnauer, J., Luck, R., Steiniger, B. Progressive deterioration of endocrine function after intraportal but not kidney subcapsular rat islet transplantation. Diabetes. 40 (1), 134-140 (1991).
- Yasunami, Y., Lacy, P. E., Finke, E. H. A new site for islet transplantation–a peritoneal-omental pouch. Transplantation. 36 (2), 181-182 (1983).
- Kin, T., Korbutt, G. S., Rajotte, R. V. Survival and metabolic function of syngeneic rat islet grafts transplanted in the omental pouch. American Journal of Transplantation. 3 (3), 281-285 (2003).
- Kasoju, N., et al. Bioengineering a pre-vascularized pouch for subsequent islet transplantation using VEGF-loaded polylactide capsules. Biomaterials Science. 8 (2), 631-647 (2020).
- Sakata, N., Yoshimatsu, G., Kodama, S. White Adipose Tissue as a Site for Islet Transplantation. Transplantology. 1 (2), 55-70 (2020).
- Osama Gaber, A., Chamsuddin, A., Fraga, D., Fisher, J., Lo, A. Insulin independence achieved using the transmesenteric approach to the portal vein for islet transplantation. Transplantation. 77 (2), 309-311 (2004).
- Fujita, M., et al. Technique of endoscopic biopsy of islet allografts transplanted into the gastric submucosal space in pigs. Cell Transplantation. 22 (12), 2335-2344 (2013).
- Sakata, N., et al. Strategy for clinical setting in intramuscular and subcutaneous islet transplantation. Diabetes/Metabolism Research and Reviews. 30 (1), 1-10 (2014).
- Cantarelli, E., et al. Transplant Site Influences the Immune Response After Islet Transplantation: Bone Marrow Versus Liver. Transplantation. 101 (5), 1046-1055 (2017).
- White, S. A., et al. The risks of total pancreatectomy and splenic islet autotransplantation. Cell Transplantation. 9 (1), 19-24 (2000).
- Itoh, T., Nishinakamura, H., Kumano, K., Takahashi, H., Kodama, S. The Spleen Is an Ideal Site for Inducing Transplanted Islet Graft Expansion in Mice. PLoS One. 12 (1), 0170899 (2017).
- Sakata, N., Yoshimatsu, G., Kodama, S. The Spleen as an Optimal Site for Islet Transplantation and a Source of Mesenchymal Stem Cells. International Journal of Molecular Sciences. 19 (5), (2018).
- Sakata, N., et al. Effect of rat-to-mouse bioartificial pancreas xenotransplantation on diabetic renal damage and survival. Pancreas. 32 (3), 249-257 (2006).
- Nagaya, M., et al. Effectiveness of bioengineered islet cell sheets for the treatment of diabetes mellitus. Journal of Surgical Research. 227, 119-129 (2018).
- Weaver, J. D., et al. Vasculogenic hydrogel enhances islet survival, engraftment, and function in leading extrahepatic sites. Science Advances. 3 (6), 1700184 (2017).
- Dufour, J. M., et al. Development of an ectopic site for islet transplantation, using biodegradable scaffolds. Tissue Engineering. 11 (9-10), 1323-1331 (2005).
- Chen, X., et al. The epididymal fat pad as a transplant site for minimal islet mass. Transplantation. 84 (1), 122-125 (2007).
- Sakata, N., et al. Mechanism of Transplanted Islet Engraftment in Visceral White Adipose Tissue. Transplantation. 104 (12), 2516-2527 (2020).
- Navarro-Requena, C., et al. PEG hydrogel containing calcium-releasing particles and mesenchymal stromal cells promote vessel maturation. Acta Biomaterialia. 67, 53-65 (2018).
- Phelps, E. A., Headen, D. M., Taylor, W. R., Thule, P. M., Garcia, A. J. Vasculogenic bio-synthetic hydrogel for enhancement of pancreatic islet engraftment and function in type 1 diabetes. Biomaterials. 34 (19), 4602-4611 (2013).
- Manzoli, V., et al. Immunoisolation of murine islet allografts in vascularized sites through conformal coating with polyethylene glycol. American Journal of Transplantation. 18 (3), 590-603 (2018).
- Gotoh, M., Maki, T., Kiyoizumi, T., Satomi, S., Monaco, A. P. An improved method for isolation of mouse pancreatic islets. Transplantation. 40 (4), 437-438 (1985).
- Brandhorst, D., Brandhorst, H., Hering, B. J., Bretzel, R. G. Long-term survival, morphology and in vitro function of isolated pig islets under different culture conditions. Transplantation. 67 (12), 1533-1541 (1999).
- Noguchi, H., et al. Low-temperature preservation of isolated islets is superior to conventional islet culture before islet transplantation. Transplantation. 89 (1), 47-54 (2010).
- Itoh, T., et al. Low temperature condition prevents hypoxia-induced islet cell damage and HMGB1 release in a mouse model. Cell Transplantation. 21 (7), 1361-1370 (2012).
- Komatsu, H., et al. Optimizing Temperature and Oxygen Supports Long-term Culture of Human Islets. Transplantation. 103 (2), 299-306 (2019).
- Unger, R. H. Lipid overload and overflow: metabolic trauma and the metabolic syndrome. Trends in Endocrinology, Metabolism. 14 (9), 398-403 (2003).
- Mao, D., et al. A macroporous heparin-releasing silk fibroin scaffold improves islet transplantation outcome by promoting islet revascularisation and survival. Acta Biomaterialia. 59, 210-220 (2017).
- Wang, K., Wang, X., Han, C. S., Chen, L. Y., Luo, Y. Scaffold-supported Transplantation of Islets in the Epididymal Fat Pad of Diabetic Mice. Journal of Visualized Experiments. (125), e54995 (2017).
- Wang, X., Wang, K., Zhang, W., Qiang, M., Luo, Y. A bilaminated decellularized scaffold for islet transplantation: Structure, properties and functions in diabetic mice. Biomaterials. 138, 80-90 (2017).
- Rios, P. D., Zhang, X., Luo, X., Shea, L. D. Mold-casted non-degradable, islet macro-encapsulating hydrogel devices for restoration of normoglycemia in diabetic mice. Biotechnology and Bioengineering. 113 (11), 2485-2495 (2016).
