vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2024-2-94-104vtio-1772Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesФункциональная эффективность клеточно‑инженерной конструкции поджелудочной железы в экспериментальной модели сахарного диабета I типаFunctional efficiency of pancreatic cell-engineered construct in an animal experimental model for type I diabetesБарановаН. В.BaranovaN. V.

Баранова Наталья Владимировна

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Тел. (917) 568-98-22

Natalia Baranova

1, Shchukinskaya str., Moscow, 123182

Phone: (917) 568-98-22

barnats@yandex.ruПономареваА. С.PonomarevaA. S.

Москва

Moscow

a.s.ponomareva@gmail.comКирсановаЛ. А.KirsanovaL. A.

Москва

Moscow

lyudochkakirsanova@mail.ruНикольскаяА. О.NikolskayaA. O.

Москва

Moscow

allanik64@yandex.ruБубенцоваГ. Н.BubentsovaG. N.

Москва

Moscow

galina.bubentsova60@gmail.comБасокЮ. Б.BasokYu. B.

Москва

Moscow

bjb2005@mail.ruСевастьяновВ. И.SevastianovV. I.

Москва

Moscow

viksev@yandex.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian Federation20242803202426294104Copyright © Баранова Н.В., Пономарева А.С., Кирсанова Л.А., Никольская А.О., Бубенцова Г.Н., Басок Ю.Б., Севастьянов В.И., 20242024Баранова Н.В., Пономарева А.С., Кирсанова Л.А., Никольская А.О., Бубенцова Г.Н., Басок Ю.Б., Севастьянов В.И.Baranova N.V., Ponomareva A.S., Kirsanova L.A., Nikolskaya A.O., Bubentsova G.N., Basok Y.B., Sevastianov V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1772

Создание клеточно-инженерной конструкции поджелудочной железы (КИК ПЖ), сформированной на основе островков Лангерганса и биосовместимого матрикса-носителя (каркаса/скаффолда), имитирующего нативное микроокружение панкреатической ткани, является одним из подходов к лечению пациентов с сахарным диабетом I типа (СД I).

Целью работы был сравнительный анализ функциональной эффективности КИК ПЖ и изолированных островков Лангерганса крысы после их внутрибрюшинного введения крысам с экспериментальным СД I.

Материалы и методы

Материалы и методы. СД I у крыс индуцировали введением малых доз (15 мг/кг) стрептозотоцина в течение 5 суток. Образцы КИК ПЖ формировали на основе жизнеспособных и функциональных аллогенных изолированных островков Лангерганса и тканеспецифического скаффолда, полученного в результате децеллюляризации фрагментов ПЖ человека. Крысам проводили внутрибрюшинное введение аллогенных островков Лангерганса (опытная группа 1, n = 4) и КИК ПЖ (опытная группа 2, n = 4). Крысам контрольной группы лечение не проводили (n = 4). Оценивали уровень глюкозы в крови крыс, а также проводили гистологическое исследование органов (поджелудочная железа и почки) экспериментальных животных. Наблюдение за всеми животными продолжалось в течение 10 недель.

Результаты

Результаты. В опытной группе 1 на седьмые сутки после введения островков Лангерганса отмечали заметное снижение уровня гликемии – с 28,2 ± 4,2 до 13,4 ± 2,6 ммоль/л, которое сохранялось на протяжении 7 недель, после чего происходило повышение гликемии до уровней, близких к исходным значениям (до введения островков). В опытной группе 2 на седьмые сутки после введения КИК ПЖ отмечали более выраженное по сравнению с опытной группой 1 снижение гликемии – с 25,8 ± 5,1 до 6,3 ± 2,7 ммоль/л. Уровень глюкозы к 10-й неделе эксперимента был ниже исходного в среднем в 2 раза. Установлено более выраженное снижение концентрации глюкозы в крови крыс-реципиентов после введения образцов КИК ПЖ по сравнению с уровнем гликемии крыс-реципиентов после введения суспензии островков (на 75,6 и 52,5% соответственно).

Заключение

Заключение. Введение КИК ПЖ оказывает более выраженный антидиабетический эффект у крыс с СД I по сравнению с введением островков Лангерганса. Таким образом, показана перспективность использования тканеспецифического скаффолда для создания биоискусственной ПЖ с целью повышения функциональной эффективности островков.

The creation of a cell-engineered pancreatic construct (CEPC) from islets of Langerhans and biocompatible matrix carrier (framework/scaffold), which imitates the native microenvironment of pancreatic tissue, is an approach to the treatment of type I diabetes mellitus (T1D).

The objective of this work is to conduct a comparative analysis of the functional efficacy of CEPC and isolated rat islets of Langerhans after intraperitoneal administration into rats with experimental T1D.

Materials and method

Materials and method. T1D was induced in rats by injecting low-dose (15 mg/ kg) streptozotocin (STZ) for 5 days. CEPC samples were created using viable and functional allogeneic isolated islets of Langerhans and tissue-specific scaffold obtained by decellularization of human pancreatic fragments. The rats received intraperitoneal injection of allogeneic islets of Langerhans (experimental group 1, n = 4) and CEPC (experimental group 2, n = 4). Control group rats received no treatment (n = 4). Blood glucose levels in the rats were measured, and the pancreas and kidneys of the experimental animals were examined histologically. The follow-up period for all animals continued for 10 weeks. Results. In experimental group 1, on day 7 after injection of Langerhans islets, glycemia decreased significantly from 28.2 ± 4.2 mmol/L to 13.4 ± 2.6 mmol/L. This fall persisted for 7 weeks, following which blood sugar increased to nearly their initial levels (prior to islets administration). In experimental group 2, on day 7 after CEPC administration, there was a more noticeable drop in blood sugar levels from 25.8 ± 5.1 mmol/L to 6.3 ± 2.7 mmol/L compared to experimental group 1. By the 10th week of the experiment, the average glucose level was two times lower than it was at the beginning. Blood glucose levels dropped more sharply in the CEPC group than in the islet group (by 75.6% and 52.5%, respectively).

Conclusion

Conclusion. In T1D rats, CEPC has a more potent antidiabetic effect than islets of Langerhans. Thus, it has been shown that a tissue-specific scaffold may be used to create bioartificial pancreas in order to increase the functional efficiency of islets.

сахарный диабет I типаостровки Лангергансаклеточно-инженерная конструкцияподжелудочная железадецеллюляризациятканеспецифический скаффолдtype I diabetes mellitusislets of Langerhanscell-engineered constructpancreasdecellularizationtissue-specific scaffoldReferencesShapiro AM, Pokrywczynska AM, Ricordi C. Clinical pancreatic islet transplantation. Nat Rev Endocrinol. 2017; 13 (5): 268–277. doi: 10.1038/nrendo.2016.178.Shapiro AM, Pokrywczynska AM, Ricordi C. Clinical pancreatic islet transplantation. Nat Rev Endocrinol. 2017; 13 (5): 268–277. doi: 10.1038/nrendo.2016.178.Cayabyab F, Nih LR, Yoshihara E. Advances in Pancreatic Islet Transplantation Sites for the Treatment of Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021; 12: 732431. doi: 10.3389/fendo.2021.732431.Cayabyab F, Nih LR, Yoshihara E. Advances in Pancreatic Islet Transplantation Sites for the Treatment of Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021; 12: 732431. doi: 10.3389/fendo.2021.732431.Reid L, Faye Baxter F, Forbes S. Effects of islet transplantation on microvascular and macrovascular complications in type 1 diabetes. Diabet Med. 2021; 38 (7): e14570. doi: 10.1111/dme.14570.Reid L, Faye Baxter F, Forbes S. Effects of islet transplantation on microvascular and macrovascular complications in type 1 diabetes. Diabet Med. 2021; 38 (7): e14570. doi: 10.1111/dme.14570.Eguchi N, Damyar K, Alexander M, Dafoe D, Lakey JRT, Ichii H. Anti-Oxidative Therapy in Islet Cell Transplantation. Antioxidants (Basel). 2022; 11 (6): 1038. doi: 10.3390/antiox11061038.Eguchi N, Damyar K, Alexander M, Dafoe D, Lakey JRT, Ichii H. Anti-Oxidative Therapy in Islet Cell Transplantation. Antioxidants (Basel). 2022; 11 (6): 1038. doi: 10.3390/antiox11061038.Amer LD, Mahoney MJ, Bryant SJ. Tissue engineering approaches to cell-based type 1 diabetes therapy. Tissue Eng Part B Rev. 2014; 20 (5): 455–467. doi: 10.1089/ten.TEB.2013.0462.Amer LD, Mahoney MJ, Bryant SJ. Tissue engineering approaches to cell-based type 1 diabetes therapy. Tissue Eng Part B Rev. 2014; 20 (5): 455–467. doi: 10.1089/ten.TEB.2013.0462.Mirmalek-Sani S-H, Orlando G, McQuilling JP, Pareta R, Mack DL, Salvatori M et al. Porcine pancreas extracellular matrix as a platform for endocrine pancreas bioengineering. Biomaterials. 2013; 34 (22): 5488–5495. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.03.054.Mirmalek-Sani S-H, Orlando G, McQuilling JP, Pareta R, Mack DL, Salvatori M et al. Porcine pancreas extracellular matrix as a platform for endocrine pancreas bioengineering. Biomaterials. 2013; 34 (22): 5488–5495. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.03.054.Abualhassan N, Sapozhnikov L, Pawlick RL, Kahana M, Pepper AR, Bruni A et al. Lung-derived microscaffolds facilitate diabetes reversal after mouse and human intraperitoneal islet transplantation. PLoS One. 2016; 11 (5): e0156053. doi: 10.1371/journal.pone.0156053.Abualhassan N, Sapozhnikov L, Pawlick RL, Kahana M, Pepper AR, Bruni A et al. Lung-derived microscaffolds facilitate diabetes reversal after mouse and human intraperitoneal islet transplantation. PLoS One. 2016; 11 (5): e0156053. doi: 10.1371/journal.pone.0156053.Damodaran G, Vermette P. Decellularized pancreas as a native extracellular matrix scaffold for pancreatic islet seeding and culture. J Tissue Eng Regen Med. 2018; 12 (5): 1230–1237; doi: 10.1002/term.2655.Damodaran G, Vermette P. Decellularized pancreas as a native extracellular matrix scaffold for pancreatic islet seeding and culture. J Tissue Eng Regen Med. 2018; 12 (5): 1230–1237; doi: 10.1002/term.2655.Lim LY, Ding SSL, Muthukumaran P, Teoh SH, Koh Y, Teo AKK. Tissue engineering of decellularized pancreas scaffolds for regenerative medicine in diabetes. Acta Biomater. 2023; 157: 49–66. doi: 10.1016/j.actbio.2022.11.032.Lim LY, Ding SSL, Muthukumaran P, Teoh SH, Koh Y, Teo AKK. Tissue engineering of decellularized pancreas scaffolds for regenerative medicine in diabetes. Acta Biomater. 2023; 157: 49–66. doi: 10.1016/j.actbio.2022.11.032.Wu D, Wan J, Huang Y, Guo Y, Xu T, Zhu M et al. 3d Culture of MIN-6 Cells on Decellularized Pancreatic Scaffold: In Vitro and In Vivo Study. Biomed Res Int. 2015; 2015: 432645. doi: 10.1155/2015/432645.Wu D, Wan J, Huang Y, Guo Y, Xu T, Zhu M et al. 3d Culture of MIN-6 Cells on Decellularized Pancreatic Scaffold: In Vitro and In Vivo Study. Biomed Res Int. 2015; 2015: 432645. doi: 10.1155/2015/432645.Goh S-K, Bertera S, Olsen P, Candiello JE, Halfter W, Uechi G et al. Perfusion-Decellularized Pancreas As A Natural 3d Scaffold For Pancreatic Tissue And Whole Organ Engineering. Biomaterials. 2013; 34 (28): 6760– 6772. doi: 10.1016/J.Biomaterials.2013.05.066.Goh S-K, Bertera S, Olsen P, Candiello JE, Halfter W, Uechi G et al. Perfusion-Decellularized Pancreas As A Natural 3d Scaffold For Pancreatic Tissue And Whole Organ Engineering. Biomaterials. 2013; 34 (28): 6760– 6772. doi: 10.1016/J.Biomaterials.2013.05.066.Sabetkish S, Kajbafzadeh AM. The Most Ideal Pancreas Extracellular Matrix as a Platform for Pancreas Bioengineering: Decellularization/Recellularization Protocols. Adv Exp Med Biol. 2021; 1345: 61–70. doi: 10.1007/9783-030-82735-9_6.Sabetkish S, Kajbafzadeh AM. The Most Ideal Pancreas Extracellular Matrix as a Platform for Pancreas Bioengineering: Decellularization/Recellularization Protocols. Adv Exp Med Biol. 2021; 1345: 61–70. doi: 10.1007/9783-030-82735-9_6.Biomimetics of Extracellular Matrices for Cell and Tissue Engineered Medical Products / Eds. Victor I. Sevastianov and Yulia B. Basok. – Newcastle upon Tyne, UK: Cambridge Scholars Publishing, 2023; 339.Biomimetics of Extracellular Matrices for Cell and Tissue Engineered Medical Products / Eds. Victor I. Sevastianov and Yulia B. Basok. – Newcastle upon Tyne, UK: Cambridge Scholars Publishing, 2023; 339.Sevastianov VI, Ponomareva AS, Baranova NV, Kirsanova LA, Basok YuB, Nemets EA et al. Decellularization of Human Pancreatic Fragments with Pronounced Signs of Structural Changes. Int J Mol Sci. 2023; 24 (1): 119. doi: 10.3390/ijms24010119.28.Sevastianov VI, Ponomareva AS, Baranova NV, Kirsanova LA, Basok YuB, Nemets EA et al. Decellularization of Human Pancreatic Fragments with Pronounced Signs of Structural Changes. Int J Mol Sci. 2023; 24 (1): 119. doi: 10.3390/ijms24010119.28.Napierala H, Hillebrandt K-H, Haep N, Tang P, Tintemann M, Gassner J et al. Engineering an endocrine neopancreas by repopulation of a decellularized rat pancreas with islets of Langerhans. Sci Rep. 2017 Feb 2; 7: 41777. doi: 10.1038/srep41777.Napierala H, Hillebrandt K-H, Haep N, Tang P, Tintemann M, Gassner J et al. Engineering an endocrine neopancreas by repopulation of a decellularized rat pancreas with islets of Langerhans. Sci Rep. 2017 Feb 2; 7: 41777. doi: 10.1038/srep41777.Скалецкая ГН, Скалецкий НН, Кирсанова ЛА, Бубенцова ГН, Волкова ЕА, Севастьянов ВИ. Экспериментальная имплантация тканеинженерной конструкции поджелудочной железы. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2019; 21 (2): 104–111. doi: 10.15825/1995-1191-2019-2-104-111.Skaletskaya GN, Skaletskiy NN, Kirsanova LA, Bubentsova GN, Volkova EA, Sevastyanov VI. Experimental implantation of tissue-engineering pancreatic construct. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2019; 21 (2): 104–111. (In Russ.). doi: 10.15825/1995-1191-2019-2-104-111.Пономарева АС, Баранова НВ, Никольская АО, Кирсанова ЛА, Онищенко НА, Гоникова ЗЗ и др. Внутрибрюшинное введение клеточно-инженерной конструкции поджелудочной железы крысам с экспериментальным сахарным диабетом (предварительные результаты). Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2023; 25 (2): 107–117.Ponomareva AS, Baranova NV, Nikolskaya AO, Kirsanova LA, Onishchenko NA, Gonikova ZZ et al. Intraperitoneal injection of cell-engineered pancreas in rats with experimental type I diabetes (preliminary results). Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2023; 25 (2): 107–117. doi: 10.15825/1995-1191-20232-107-117.Smink AM, de Vos P. Therapeutic strategies for modulating the extracellular matrix to improve pancreatic islet function and survival after transplantation. Curr Diab Rep. 2018; 18 (7): 39. doi: 10.1007/s11892-018-1014-4.Smink AM, de Vos P. Therapeutic strategies for modulating the extracellular matrix to improve pancreatic islet function and survival after transplantation. Curr Diab Rep. 2018; 18 (7): 39. doi: 10.1007/s11892-018-1014-4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.