支架支持胰岛移植糖尿病小鼠附睾脂肪垫

该方案证明了鼠胰岛分离和接种到脱细胞支架上。将脚手架支持的胰岛移植到链脲霉素（STZ）诱导的糖尿病小鼠的附睾脂肪垫中。胰岛在移植部位存活并逆转高血糖状况。

胰岛移植已被临床证明在治疗1型糖尿病方面是有效的。然而，目前的肝内移植策略可能引起急性全血反应，导致胰岛移植不良。在这里，我们报告了在肝外移植部位胰岛移植的强效方案 - 附睾脂肪垫（EFP） - 在糖尿病小鼠模型中。描述了分离和纯化来自C57BL / 6J小鼠的胰岛的方案，以及通过将胰岛接种到去细胞化支架（DCS）上并将其植入到同源基因C57BL / 6J小鼠中的EFP位点上进行的移植方法，所述小鼠呈现为糖尿病通过链脲霉素。含有500个胰岛的DCS移植物在10天内扭转了高血糖状态，而没有DCS的游离胰岛素需要至少30天。正常血糖维持长达3个月，直到移植物被移除。总之，DCS加强了胰岛的植入他的EFP肝外部位，可以很容易地被检索，并且可能为调查支架材料提供可重复和有用的平台，以及成功进行胰岛移植所需的其他移植参数。

1型糖尿病（T1D）是一种自身免疫性内分泌疾病，其中胰岛细胞被免疫系统消融，使患者依赖注射外源性胰岛素的整个生命。埃德蒙顿方案代表胰岛移植临床研究的里程碑;胰岛通过门静脉灌注并移植到肝内部位¹ 。然而，两个主要障碍 - 供体胰岛来源不足和胰岛移植不良 - 阻止胰岛移植的广泛成功² 。通常，需要从三个尸体捐赠者收集胰岛以扭转一名患者的高血糖状况;这是由于胰岛分离程序的产量低，移植后的胰岛损失。特别是，虽然移植后的小岛沐浴在富氧血液中，但是与血液的直接接触往往会诱发即时血液介导的炎症可能导致胰岛急性损失的原始反应（IBMIR）。长期来看，患者胰岛素逐渐消失占临床组患者糖尿病逆转率的下降，第一年可能达到90％，下降到30％，10％降至2和5移植后几年，分别为³ 。

肝外部位的胰岛移植一直是减少胰岛与血液直接接触的有吸引力的策略，同时将肝移植置于与肝内输注相比更明确的位置。有研究肾囊中，眼睛，肌肉，脂肪垫和皮下空间在过去几年中进行的，这表明在这些网站胰岛能够生存和功能恢复正常血糖^4。此外，这些部位的胰岛是可回收的，使得可以进行活组织检查或甚至进一步的替换手术。肝外因此它表明临床移植的巨大潜力⁵ 。

基于生物材料的支架已经被深入研究用于细胞移植和组织工程。三维（3D）支架通常含有多孔结构，可用作细胞模板，以产生细胞的空间结构/组织或作为储存器提供生物活性线索的控制释放。支架也由聚（乙交酯-L-丙交酯） ⁶ ，聚（二甲基硅氧烷） ⁷和热塑性聚（氨基甲酸酯） ⁸等聚合材料制成，用于EFP中的移植胰岛。相比胰岛的移植直接，利用支架的发现通过防止胰岛的泄漏到腹腔^9,10减少胰岛损失，从而提供机械保护和MODU延缓局部炎症反应。因此，可以开发支架以促进在移植部位⁷的移植。

在本研究中，我们打算在EFP中展示胰岛移植的范例，在使用DCS的小鼠模型中进行。由于与合成产品相比，优于生物相容性和更多的天然多孔结构，近年来由细胞外基质衍生的支架引起了极大兴趣。在这里，我们描述了从C57BL / 6J小鼠以高产量获得胰岛的强力分离方案。然后用牛心包膜处理的DCS用胰岛接种，将移植物移植到同源性糖尿病模型中的EFP。在10天内实现小鼠中的正常血糖，并保持长达100天，直到移植物移除。

所有实验均获得北京大学机构动物保护与使用委员会（IACUC，IACUC no.COE-Luo-1）的批准。

岛屿隔离

1. 试剂和设备的制备。
   1. 在HBSS中重建胶原酶P粉末（2U / mg）以制备5mg / mL溶液，并通过0.22μm过滤器过滤以除去细菌。在15 mL锥形管中制备0.6 mL胶原酶P等分试样溶液，并保存在-20°C。
      注意:在使用过程中，每个等分试样用HBSS稀释，得到最终浓度为0.5 mg / mL或1 U / mL的6 mL工作溶液（足以治疗3只小鼠）。工作溶液保存在冰上，即可在1小时内立即使用。不能恢复或重新冻结工作解决方案以便额外使用。
   2. 通过在HBSS中加入FBS（2.5％）和P / S（1％）来制备中和溶液;将溶液保持在冰上。准备60 mL中和溶液至中t 6小鼠。
   3. 对于胰岛培养基，向RPMI 1640培养基中加入D-葡萄糖（7mM），FBS（10％）和P / S（1％）。
   4. 将手术器械在115°C高压灭菌30分钟和15 psi的压力。
2. 胰腺通货膨胀。
   1. 为6只小鼠（12周龄）准备12mL胶原酶工作溶液，如步骤1.1.1所述。向10mL注射器中加入9 mL工作溶液，并将注射器连接到27 G静脉注射针上。将注射器存放在冰上，并在1小时内使用溶液。
   2. 通过颈椎脱位安乐死小鼠。将鼠标放在纸巾上的仰卧位置，尾巴指向操作者。用70％乙醇喷雾全身，使其完全湿润。
   3. 做一个V型切口，从生殖器区域开始并延伸到隔膜，使用解剖剪刀和镊子。将皮肤折叠在胸部以完全露出腹腔。
   4. 移动肠对右侧的小鼠，并暴露胰腺和胆总管。用镊子仔细抓住十二指肠，并拉扯直到胆管拉紧（ 图1A -1和A-2 ）。
   5. 找到通往肝脏的门静脉和胆管。用微观止血钳夹住门静脉和胆管。
      注意:夹持防止过多的出血和胶原酶进入肝脏。
   6. 在用镊子保持肠道的同时，找到连接胆管和十二指肠的壶腹的位置。通过壶腹将27G静脉注射针插入胆总管（ 图1B -1和B-2 ）。
   7. 分配约200μL胶原酶工作液，检查插管是否全部通过胆管。如果胶原酶溶液开始填充管道（ 1和C2 ），针位于导管的内腔中;使用动脉止血钳夹住包含针头的管段，并在1分钟内以缓慢且恒定的速率分配2 mL溶液的其余部分（ 图2A -1 ， A-2和B-1 ）。
      注意:如果管道周围的组织开始膨胀（ 图2B -2 ），针头已经穿过胆管壁，需要重新定位针头并再次插入胆管。类似地，如果十二指肠开始膨胀（ 图2C -1和C-2 ），则需要调整动脉止血钳，并重新插管胆管。由于胶原酶溶液填满胰腺，十二指肠附近的组织首先膨胀，其次是区域n靠近胰尾。胰尾的灌注（脾叶）对于最大化胰岛产量是重要的。
   8. 胰腺完全充气后（ 图2C -1 ），将肠推至老鼠的左侧，并从降结肠开始移除胰腺。使用镊子提起肠，并用另一对镊子将其与胰腺分开。继续去除胰腺，直到其从胃的顶部未附着。最后，将胰腺从腹部取出，并将其从剩余的脾脏中切除。
      注意:整个分离应该快速进行，因为在去除过程中消化继续进行。
   9. 将胰腺放在空的15-mL锥形管中，放在冰上。对剩余的小鼠重复上述步骤。所有胰腺应在1小时内进一步处理，并迅速按照步骤1.3，以防止胶原酶P过度消化/ LI>

图1: 显示胆管插管和用胶原酶溶液灌注胰腺的照片。 （ A1 ）拉出十二指肠直至胆管紧张。 （壶腹:十二指肠表面上的三角形，乳白色区域;胆管:表面上的线状乳状结构）。 （ B1 ）从壶腹将针插入胆管。 （ C1 ）用注射酶使胰腺充气。 （ A2，B2和C2 ）分别在A1，B1和C1中显示的程序的卡通图像。 请点击此处查看此图的较大版本。

图2: 插管故障排除。 （ A1 ）针尖插入胆管内腔。 （ A2 ）管道充满酶溶液。 （ B1 ）将针插入胆管内腔，并注入蓝色染料。 （ B2 ）由于不适当的插管，针在胆管下方，并且在分配蓝色染料后仅观察到充气胶囊。 （ C1 ）胰腺扩张证明了成功的插管。 （ C2 ）由于不适当的夹持，蓝色染料进入十二指肠并引起膨胀。 请点击此处查看此图的较大版本。

3. <强>胰岛的消化和净化。
   1. 将含有灌注胰腺的锥形管在37℃下孵育17分钟。
      注意:孵育时间可能随着动物的年龄和种类而变化。
   2. 通过加入7mL中和溶液终止消化，并将管置于冰上。
   3. 通过剧烈摇动管（ 例如， 10秒钟20次）使组织分离，直到获得细小的组织颗粒。
      注意:如果胰腺完全解离，胰岛产量将会很低。
   4. 通过0.5 mm丝网过滤消化的组织样本，以去除任何未消化的组织块。将胰岛悬浮液收集在新的50mL锥形管中。
   5. 在230×g和4℃下将管离心3分钟，并小心地倒出上清液，而不会干扰组织团粒。
   6. 通过轻轻旋转或p旋转，将来自3只小鼠的沉淀物重悬于4mL聚蔗糖密度梯度中暂停上下几次。慢慢地将4mL HBSS从管的侧面移至聚蔗糖溶液的顶部。
      注意:两个解决方案应该是具有清晰界面的良好分离的层。
      注意:HBSS的添加应小心进行，而不会影响底部的聚蔗糖密度梯度。
   7. 通过选择非常慢的加速速率，将悬浮液在900 xg和4℃下离心20分钟。无刹车结束离心。
      注意:这是从外分泌细胞中纯化胰岛的步骤，其中大多数胰岛迁移到聚蔗糖层和HBSS层之间的界面以及大多数外分泌细胞沉降在底部。
   8. 使用大口径15 mL移液管去除8 mL上清液的全部。将溶液通过倒置的70-μm过滤器。
      注意:胰岛将进一步纯化并保留过滤器，而外分泌细胞将通过过滤器。
      注意:聚糖密度梯度为细胞毒性;过滤将帮助小岛摆脱聚蔗糖。
   9. 将2 mL冷中和溶液吸入35 mm培养皿中。将细胞过滤器右侧反转，将保留胰岛的表面浸入溶液中，轻轻摇动释放胰岛。
   10. 在显微镜下使用带有白色尖端的20-μL移液管手工挑选胰岛。
       注意:胰岛是淡黄色，紧密的细胞聚集体（ 图3A ），而在解剖显微镜下，污染的外分泌组织或细胞具有黑色和松散的结构。
   11. 将大约200个胰岛放在35毫升培养皿的培养皿中，并在37℃下，在5％CO ₂培养箱中培养12小时。
       注意:通常可以从一个12周龄的C57BL / 6J小鼠收获150-300只胰岛。在培养过程中，胰岛素易形成聚集体，大胰岛（>300μm）易发生中心坏死（ 图1B ，插图）。将悬浮液充分摇匀，将胰岛均匀分布在盘中并减少结块。

2.脚手架上的胰岛文化

注意:DCS具有约79％的孔隙率，约0.6mm的厚度和12-300μm的孔径。

1. 将支架切成7 mm圆盘，将其浸泡在70％乙醇中，并用HBSS洗涤。将支架置于24孔组织培养插入物中。
   注意:过夜培养后，当新鲜胰岛恢复时，胰岛呈现明亮而紧密，边界光滑（ 图3B ）。
2. 旋转菜肴，并使用20微升移液管将白菜从中心收集胰岛。使用移液管将胰岛转移到支架（250个胰岛/支架），并加入2mL培养基那个井在移植前培养胰岛12小时。

3.在EFP网站移植胰岛

1. 受体小鼠糖尿病诱导。
   1. 将C57BL / 6J小鼠（超过10周龄）放在带有供水但没有食物的新鲜笼子中。在诱导糖尿病前，将小鼠快速放置10小时。
   2. 通过将0.1M柠檬酸与0.1M柠檬酸钠混合，制备pH值为4.2-4.5的缓冲溶液。在新鲜制备的缓冲液中溶解STZ（10mg / mL），并将溶液通过0.22μm过滤器进行灭菌。
      注意:STZ对光敏感，10分钟内失去活性;始终在注射前准备新鲜的STZ溶液。
   3. 每只C57BL / 6J小鼠以140-150mg / kg的剂量向STZ腹膜内注射每只小鼠。
      注意:剂量取决于动物的年龄和种类。建议进行小规模的剂量优化对于给定的物种，在开始正式实验之前。
   4. 收集尾静脉血，并在STZ注射后第2,3和4天用葡萄糖计监测血糖。
      注意:当动物连续两天高血糖（非空腹血糖> 16.7 mM）时，准备进行胰岛移植。
2. 将胰岛移植到EFP网站。
   1. 用戊巴比妥麻醉麻醉腹膜内给药（50mg / kg）。将鼠标放在纸巾上的仰卧位置，尾巴指向操作者。大量剃除腹部以从切口部位周围去除毛皮。将四肢贴下来，用交替的酒精完全擦拭皮肤，碘循环湿巾以圆形方式移动，对切口部位进行消毒。用无菌悬垂将鼠标悬垂，只允许进入切口区域。通过腹膜壁进行7毫米切口中线，靠近生殖器区。
      注意:手术中使用的所有仪器（包括手套）均应无菌。
   2. 使用镊子轻轻抓住并从腹腔中取出EFP。将EFP涂抹在湿润的无菌纱布上。将含有胰岛的支架放在EFP上，并折叠EFP以包装移植物。通过缝合EFP与可吸收的6-0缝线来确保胰岛和EFP之间的直接接触。使用浸泡的棉签，用无菌盐水湿润EFP的表面，以防止EFP变干。
   3. 将EFP轻轻放回腹腔。通过缝合腹膜壁并用伤口夹夹住真皮层，关闭切口。
   4. 皮下注射丁丙诺啡（0.1 mg / kg）作为镇痛药。
   5. 皮下注射1 mL盐水以防止脱水。
   6. 将鼠标放在加热垫上的笼子中，直到鼠标从麻醉恢复。
   7. 检查非禁食葡萄糖两天后，从尾静脉收集血液。如果检索移植物，重复上述移植手术，轻轻拉出EFP，使用3-0缝线连接邻近附睾的脂肪垫的末端，封闭血管，外植EFP移植物，并保存用于组织学。
      注意:推荐胰岛应在3天内再次使受体小鼠高血糖，从而确认移植物的功能。

我们使用微观止血钳进行的夹紧方法与缝合结扎技术相比是直接且节省时间的。大约需要4小时来分离和纯化来自6只小鼠的约1,200只胰岛。新鲜分离的胰岛在光学显微镜下通常具有粗糙的周边（ 图3A ）。一旦胰岛从隔离过程中恢复，它们看起来明亮而紧密，并获得光滑的表面。然而，紧张的隔离仍然可以诱导细胞死亡，导致细胞从胰岛表面的脱落，而不健康的胰岛通常含有黑暗的坏死核心（ 图3B ）。我们测量了5只小鼠945只小鼠的直径;计算出的平均胰岛直径为130.42±41.75μm（ 图3C ）。

避免受体免疫排斥反应，我们在C57BL / 6J小鼠中进行了同基因移植。通常，将500载荷的DCS移植到EFP的位点，并在10天内逆转高血糖，与游离胰岛组观察到的30天相比。正常血糖维持约100天，直到移植物检索（ 图3D ）。装载的胰岛均匀分布在DCS上并被EFP覆盖。还可以使用镊子轻松处理含胰岛的DCS（ 图3E和3F ）。组织学研究表明，均匀分布的胰岛血运重建并被EFP组织和DCS移植后包围60天（ 图3G ）。胰岛素的免疫染色进一步证实了胰岛的成功植入（ 图3H ）。

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图3: 将支架支持的胰岛移植到EFP位点。 （ A ）从小鼠分离出的新鲜小岛的代表性图片。 （ B ）胰岛培养12小时，死细胞从胰岛表面脱落。插话:不健康的小岛有一个黑暗，坏死的核心。 （ C ）5只小鼠945只小鼠的大小分布。 （ D ）移植有DCS支持的胰岛和游离胰岛的糖尿病小鼠的非空腹血糖水平。黑色箭头表示在该时间点检索到移植物。 （ E ）照片显示将胰岛素载体转移到扩散的EFP组织的表面上。 （ F ）载有胰岛的DCS的代表性相位图。插图:由镊子保持的DCS的光学图片。 （ G ）代表组织H＆E形象60天后被DCS和EFP包围的移植胰岛。 （ H ）DCS支持的胰岛的免疫染色，60天后移植。刻度棒=150μm（A，B），100μm（F），500μm（G）和25μm（H）。 请点击此处查看此图的较大版本。

胰腺灌注和消化时间是影响胰岛产量和质量的两个关键参数。 Moskalewski首先报道了使用粗胶原酶混合物来消化切碎的豚鼠胰腺¹¹ 。 Lacy 等人报道将酶注入管道系统灌注胰腺，大大提高了胰岛产量¹² 。酶的导管灌注允许胰腺表面积最大程度地暴露于酶，与消化胰脏¹³相比，导致更均匀的消化和更完整的胰岛的释放。根据我们的经验，胆管的成功插管和整个胰腺的灌注是高胰岛产量的先决条件。这是因为与接近十二指肠的胰组织相比，胰尾（脾叶）实际上含有大多数胰岛。有两种插管方法 i）将接近肝脏部位，同时阻断酶的进入十二指肠^{13中 ，14}和ii）接近插入针至十二指肠同时阻断酶的进入针:被在文献中报道的胆管肝脏¹⁵ 。在这里，我们采用后一种技术，它不需要弯曲针或重新定位鼠标。训练有素的研究人员可以按照我们的方案在40分钟内进行10只小鼠的插管。胰腺的消化时间随小鼠的年龄和种类而变化。过度消化的胰腺产生小胰岛和消化不良的胰腺具有附着于胰岛的腺泡细胞。因此，重要的是优化消化时间以获得高产量的健康胰岛。

STZ是在3天内特异性地破坏β细胞并在小鼠中诱导糖尿病的抗生素化合物ss ="xref"> 16。剂量随特异性小鼠的应变和年龄而变化，应通过预先实验来确定。据我们所知，C57BL / 6J小鼠需要比Balb / C小鼠更低剂量的STZ。过量的STZ会引起严重的高血糖并导致动物在一周内死亡，而STZ剂量不足会降低糖尿病发病率。

EFP是高度血管化的组织，通过微创手术方便地进行手术。与肾囊相比，胰岛移植到EFP通常更容易，更安全，另一个常见的小鼠模型胰岛移植站点。特别是肾脏是必需的器官，是微妙的处理;胰岛移植可能失败或动物可能无法在手术中存活⁴ 。小鼠中的EFP也类似于人类的网膜袋。在EFP的移植研究不仅可以方便我们了解胰岛生存/功能的前提组织环境，也为开发临床移植手术奠定了基础¹⁷ 。

本研究中使用的DCS衍生自牛心包膜，主要由胶原蛋白制成。去细胞化的材料可能不显示免疫原性，并且可能仅在体内诱导轻度炎症反应¹⁸ 。当胰岛种植在DCS的孔隙内时，支架提供机械保护，防止胰岛结合在一起，这可能导致胰岛坏死。可以使用镊子直接处理含有胰岛的DCS支架，从而容易地转移移植物。在EFP中嵌入支架也减少了胰岛泄漏到腹膜中，与在没有支架^8的移植的自由岛不同。因此，DCS提供distinc胰岛移植的优势。

作者没有什么可以披露的。

作者感谢Guanhao Biotech的Wei Zhang提供脱细胞支架。感谢彭鹏鹏有意思的讨论。这项研究得到了国家自然科学基金资助（项目编号:313122021）的资助。