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* Estos autores han contribuido por igual
Este protocolo demuestra el aislamiento de los islotes murinos y la siembra en un andamio decelularizado. Los islotes soportados por el andamio fueron trasplantados en la almohadilla de grasa epididimal de ratones diabéticos inducidos por estreptozotocina (STZ). Los islotes sobrevivieron en el sitio del trasplante e invirtieron la condición hiperglucémica.
El trasplante de islotes ha demostrado clínicamente ser eficaz en el tratamiento de la diabetes tipo 1. Sin embargo, la actual estrategia de trasplante intrahepático puede incurrir en reacciones agudas de sangre entera y resultar en inseminación de islotes pobres. En este trabajo se presenta un protocolo robusto para el trasplante de islotes en el sitio de trasplante extrahepático -la almohadilla de grasa epididimal (EFP) - en un modelo de ratón diabético. Se describe un protocolo para aislar y purificar islotes con altos rendimientos de ratones C57BL / 6J, así como un método de trasplante realizado mediante la siembra de islotes sobre un andamio decelularizado (DCS) y su implantación en el sitio EFP en ratones C57BL / 6J singénicos rendidos diabéticos Por la estreptozotocina. El injerto DCS que contenía 500 islotes invirtió la condición hiperglucémica en 10 días, mientras que los islotes libres sin DCS requirieron al menos 30 días. La normoglucemia se mantuvo hasta 3 meses hasta que se explantó el injerto. En conclusión, DCS mejoró el injerto de islotes en tEl sitio extrahepático de la EFP, que podría ser fácilmente recuperado y podría proporcionar una plataforma reproducible y útil para investigar los materiales del andamio, así como otros parámetros de trasplante requeridos para un inseminación exitosa de islotes.
La diabetes mellitus tipo 1 (T1D) es un trastorno endocrino autoinmune en el que las células de los islotes son ablacionadas por el sistema inmunitario, haciendo que los pacientes dependan de la inyección de insulina exógena durante toda su vida. El protocolo de Edmonton representa un hito en los estudios clínicos del trasplante de islotes; Los islotes fueron infundidos a través de la vena porta y trasplantados en el sitio intrahepático [ 1] . Sin embargo, dos obstáculos principales-fuentes inadecuadas de islotes donantes y insectos de islotes pobres-impiden el gran éxito del trasplante de islotes 2 . Por lo general, los islotes necesitan ser recogidos de tres donantes cadáveres para revertir la condición hiperglucémica de un paciente; Esto se debe al bajo rendimiento de los procedimientos de aislamiento de islotes ya la pérdida de islotes tras el trasplante. En particular, aunque los islotes posteriores al trasplante se bañaban en sangre rica en oxígeno, el contacto directo con la sangre evocaba a menudo la inflamación mediada por la sangre instantánea(IBMIR), que podría causar la pérdida aguda de los islotes. A largo plazo, se piensa que la pérdida gradual de islotes en los pacientes explicó la caída de las tasas de reversión de la diabetes en los grupos clínicos, que podría llegar al 90% en el primer año y disminuir a 30% y 10% a 2 y 5 Años después del trasplante, respectivamente 3 .
El trasplante de islote en los sitios extrahepáticos ha sido una estrategia atractiva para reducir el contacto directo de los islotes con la sangre mientras se confina los trasplantes a lugares más definibles en comparación con la infusión intrahepática. Se han realizado estudios en la cápsula renal, ojos, músculos, almohadillas de grasa y espacios subcutáneos en los últimos años, mostrando que los islotes en estos sitios son capaces de sobrevivir y funcionan para restaurar la normoglucemia 4 . Además, los islotes en estos sitios son recuperables, lo que hace posible la biopsia o incluso para procedimientos de reemplazo adicionales. ExtrahepáticoItes por lo tanto, muestran un gran potencial para el trasplante clínico [ 5] .
Los andamios basados en biomateriales han sido intensamente investigados para el trasplante de células y la ingeniería de tejidos. Los andamios tridimensionales (3D) generalmente contienen estructuras porosas y pueden servir como plantillas celulares para generar estructura espacial / organización de células o como reservorios para proporcionar la liberación controlada de señales bioactivas. Los andamios también se han fabricado a partir de materiales poliméricos, tales como poli (glicolida-L-lactida) 6 , poli (dimetilsiloxano) 7 y poli (uretano) termoplástico 8 , para transplantar islotes en la EFP. En comparación con el trasplante directo de islotes, se encontró que el uso de andamios reduce la pérdida de islotes al prevenir la fuga de islotes en la cavidad intraperitoneal 9 , 10 , proporcionando protección mecánica y moduLa reacción inflamatoria local. Los andamios pueden así desarrollarse para promover el injerto de islotes en los sitios de trasplante 7 .
En este estudio, pretendemos demostrar un paradigma de trasplante de islotes en la EFP, llevado a cabo en modelos de ratones utilizando un DCS. Los andamios derivados de matrices extracelulares han atraído gran interés en los últimos años debido a la biocompatibilidad superior ya estructuras naturales porosas más comparadas con productos sintéticos. Aquí, describimos un robusto protocolo de aislamiento para obtener los islotes pancreáticos con altos rendimientos de ratones C57BL / 6J. Los DCSs procesados a partir del pericardio bovino fueron entonces sembrados con islotes, y los injertos fueron trasplantados a la EFP en modelos diabéticos singénicos. La normoglucemia en ratones se logró en 10 días y se mantuvo hasta 100 días, hasta la eliminación de los injertos.
Todos los experimentos fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Pekín (IACUC, IACUC no COE-LuoY-1).
1. Aislamiento de islotes
Figura 1: Fotografías que muestran la canulación del conducto biliar y la perfusión del páncreas con soluciones de colagenasa. ( A1 ) Tirar del duodeno hasta que el conducto biliar esté tenso. (Ampolla: el área triangular, lechosa en la superficie del duodeno, conducto biliar: la estructura lechosa similar a la cuerda en la superficie). ( B1 ) Inserción de la aguja en el conducto biliar de la ampolla. ( C1 ) Inflación del páncreas con la inyección de enzima. ( A2, B2 y C2 ) Imágenes de dibujos animados de los procedimientos mostrados en A1, B1 y C1, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Solución de problemas para la canulación. ( A1 ) La punta de la aguja se inserta en el lumen del conducto biliar. ( A2 ) El conducto se llena de soluciones enzimáticas. ( B1 ) La aguja se inserta en el lumen del conducto biliar y el conducto se llena con un colorante azul. ( B2 ) Debido a una canulación inapropiada, la aguja se encuentra por debajo del conducto biliar y sólo se observa una cápsula inflada después de dispensar el colorante azul. ( C1 ) Una canulación exitosa se evidencia por la distensión del páncreas. ( C2 ) Debido al pinzamiento inapropiado, el colorante azul entra en el duodeno y causa distensión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
2. Cultivo de islotes en el andamio
NOTA: DCS tiene una porosidad de aproximadamente 79%, un espesor de aproximadamente 0,6 mm y un tamaño de poro que varía de 12 a 300 μm.
3. Transplante de islotes en el sitio EFP
Nuestro método de sujeción, realizado con una pinza hemostática microscópica, es sencillo y ahorra tiempo en comparación con la técnica de ligadura de sutura. Se tomó aproximadamente 4 h para aislar y purificar alrededor de 1.200 islotes de 6 ratones. Los islotes recién aislados tenían típicamente una periferia rugosa bajo un microscopio óptico ( Figura 3A ). Una vez que los islotes se recuperaron del proceso de aislamiento, parecían brillantes y apretados y adquirieron una superficie lisa. Sin embargo, el aislamiento estresante podría inducir la muerte celular, resultando en el desprendimiento de células de las superficies de los islotes, y los islotes malsanos a menudo contenían un núcleo necrótico oscuro ( Figura 3B ). Medimos los diámetros de 945 islotes de 5 ratones; El diámetro medio calculado de los islotes fue 130,42 ± 41,75 μm ( Figura 3C ).
Para evitar el receptor inmune Rechazo, se realizó transplante singénico en ratones C57BL / 6J. Típicamente, se transfirieron 500 DCS cargadas de islotes al sitio de la EFP e invertieron la hiperglucemia en 10 días, en comparación con los 30 días observados en el grupo de islotes libres. La normoglucemia se mantuvo durante unos 100 días, hasta la recuperación de los injertos ( Figura 3D ). Los islotes cargados se distribuyeron uniformemente en DCS y cubiertos por EFP. El DCS cargado de islotes también podría ser manejado fácilmente usando fórceps ( Figura 3E y 3F ). El estudio histológico mostró que los islotes distribuidos uniformemente fueron revascularizados y rodeados por el tejido EFP y el DCS después del trasplante durante 60 días ( Figura 3G ). La inmunotinción de insulina confirmó además el injerto exitoso de los islotes ( Figura 3H ).
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Figura 3: Transplante de islotes soportados por scaffold al sitio EFP. ( A ) Imagen representativa de los islotes frescos aislados de ratones. ( B ) Islotes cultivados durante 12 h, con células muertas desprendiéndose de la superficie del islote. Inseto: los islotes malsanos tienen un núcleo oscuro y necrótico. ( C ) Distribución del tamaño de 945 islotes de 5 ratones. ( D ) Nivel de glucosa en sangre sin ayuno de los ratones diabéticos trasplantados con islotes soportados por DCS e islotes libres. La flecha negra indica que el injerto se recuperó en este momento. ( E ) Fotografía que muestra la transferencia del andamio cargado de islotes sobre la superficie de un tejido EFP de propagación. ( F ) Imagen de contraste de fase representativa del DCS cargado de islotes. Inserción: imagen óptica del DCS, sostenida por fórceps. ( G ) Imagen histológica H & E representativa de laTransplantados, rodeados por DCS y EFP, después de 60 días. ( H ) Inmunotinción de los islotes soportados por DCS, explantados después de 60 días. Barras de escala = 150 μm (A, B), 100 μm (F), 500 μm (G) y 25 μm (H). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La perfusión del páncreas y el tiempo de digestión son dos parámetros clave que afectan el rendimiento y la calidad de los islotes. Moskalewski informó por primera vez el uso de una mezcla de colagenasa cruda para digerir el páncreas de conejillo de indias picada [ 11] . Lacy et al. Informó la inyección de enzimas en el sistema de conductos para perfundir el páncreas, lo que aumentó considerablemente el rendimiento de islotes [ 12] . La perfusión ductal de la enzima permite la exposición máxima de la superficie pancreática a la enzima, resultando en una digestión más homogénea y una mayor liberación de los islotes intactos en comparación con la digestión de páncreas picada [ 13] . En nuestra experiencia, la canulación exitosa del conducto biliar y la perfusión del páncreas entero fueron prerrequisitos para rendimientos altos de islotes. Esto se debe a que la cola pancreática (lóbulo esplénico) en realidad contiene la mayoría de los islotes en comparación con el tejido pancreático cerca del duodeno. Hay dos formas de canular El conducto biliar que se informa en la literatura: i) insertar la aguja cerca del sitio del hígado mientras se bloquea la entrada de la enzima en el duodeno 13 , 14 e ii) insertar la aguja cerca del duodeno mientras se bloquea la entrada de la enzima en el Hígado 15 . Aquí, hemos adoptado la última técnica, que no requiere doblar la aguja o reposicionar el ratón. Un investigador bien entrenado puede realizar la canulación de 10 ratones en 40 minutos al seguir nuestro protocolo. El tiempo de digestión para el páncreas varía con la edad y la especie de los ratones. El páncreas sobre-digerido produce pequeños islotes y el páncreas bajo digestión tiene células acinares unidas a los islotes. Por lo tanto, es importante optimizar el tiempo de digestión para obtener altos rendimientos de islotes saludables.
STZ es un compuesto antibiótico que específicamente destruye las células beta e induce la diabetes en los ratones dentro de 3 díasSs = "xref"> 16. La dosificación varía con la cepa específica del ratón y la edad y debe determinarse mediante pre-experimentos. Hasta donde sabemos, los ratones C57BL / 6J requieren una dosis más baja de STZ que los ratones Balb / C. Una sobredosis de STZ causaría hiperglucemia severa y conduciría a la muerte de los animales dentro de una semana, mientras que una dosis inadecuada de STZ disminuye la tasa de incidencia de diabetes.
EFPs son tejidos altamente vascularizados y convenientemente accesibles a la cirugía a través de procedimientos mínimamente invasivos. El trasplante de islotes a EFP es generalmente más fácil y seguro comparado con la cápsula renal, otro sitio comúnmente reportado para el trasplante de islotes en modelos de ratón. En particular, el riñón es un órgano esencial y es delicado de manejar; El trasplante de islotes puede fallar o los animales no pueden sobrevivir a la cirugía 4 . Los EFPs en ratones son también similares a la bolsa de omental en humanos. El estudio de trasplantes en EFP no sóloLa comprensión de los prerrequisitos tejido ambiente para la supervivencia de los islotes / función, sino también sentar las bases para el desarrollo de los procedimientos clínicos de trasplante [ 17] .
El DCS utilizado en este estudio se derivó de pericardio bovino y se hizo principalmente de colágeno. Los materiales descelularizados pueden no mostrar inmunogenicidad y sólo pueden inducir respuestas inflamatorias suaves in vivo 18 . Cuando los islotes se sembraron dentro de los poros del DCS, el andamio ofrecía protección mecánica y evitaba que los islotes se agruparan, lo que podría conducir a la necrosis de los islotes. El andamio DCS que contenía los islotes podría manejarse directamente con fórceps, lo que permitiría la fácil transferencia del trasplante. La incrustación de los andamios dentro de la EFP también redujo la fuga de islotes en el peritoneo, a diferencia de los islotes libres trasplantados sin un andamio [ 8] . Por lo tanto, el DCS ofreceT para el trasplante de islotes.
Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer a Wei Zhang de Guanhao Biotech por proporcionar los andamios decelularizados. Damos las gracias a Xiao-hong Peng por las discusiones útiles. Esta investigación fue apoyada financieramente por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Proyecto No.31322021).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Dissecting scissor | Ningbo Medical | ||
Forceps | Ningbo Medical | ||
0.5 mm diameter wire mesh | Ningbo Medical | ||
70 μm cell strainer | Falcon | 352350 | |
Artery hemostatic clamp | Ningbo Medical | ||
Microscopic hemostatic clamp | Ningbo Medical | ||
Hemostatic forceps | Ningbo Medical | ||
Absorbable 6-0 PGLA sutures | JINHUAN | With needle | |
Wound clip | Ningbo Medical | ||
Cotton swab | Ningbo Medical | ||
Gauze | Ningbo Medical | ||
Sterile drapes | Ningbo Medical | ||
10mL syringe | JINGHUAN | ||
1 mL syringe | JINGHUAN | ||
27G intravenous needle | JINGHUAN | 0.45x15 RWSB | |
1.5 mL Eppendorf tube | Axygen | ||
15mL conical tube | Corning | 430791 | |
50mL conical tube | Corning | 430829 | |
35mm Non-treated Peri-dishes | Corning | 430588 | |
Transwell | Corning | 3422 | |
0.22 μm filter | Pall | PN4612 | |
10 mL serological pipet | Corning | 4488 | |
Pipet filler S1 | Thermo Scientific | 9501 | |
Pipette (2-20μL) | Axygen | AP-20 | AXYPETTM |
Dissecting microscope | Olympus | SZ61 | |
Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
Hank’s balanced salt solution | Gibco | C14175500CP | |
Collagenase P | Roche | COLLP-RO | |
Histopaque 1077 | Sigma | 10771 | |
RPMI 1640 | Gibco | 11879-20 | |
FBS | Gibco | 16000-044 | |
D-glucose | Gibco | A24940-01 | |
Glucose meter | Roche | ACCU-CHEK | |
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
Streptozotocin | Sigma | V900890 | VetecTM |
Chloral hydrate | J&K | C0073 | |
Sodium citrate | Sigma | 71497 | |
Citric acid | Sigma | C2404 | |
Iodophors | Ningbo Medical | ||
C57BL/6J, 10-12 weeks old | VitalRiver | Beijing, China | |
Decellularized scaffold | Guanhao Biotec | 131102 | Guangzhou, China |
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