Влияние биоматриксов на жизнеспособность и инсулинпродуцирующую функцию островков Лангерганса человека in vitro

Культивирование островков Лангерганса с биоматриксами – миметиками внеклеточного матрикса (ВКМ) может обеспечивать характерное для островков нативное микроокружение, что является одним из основных условий создания тканевого эквивалента поджелудочной железы (ПЖ).

Цель работы: сравнение секреторной способности жизнеспособных панкреатических островков человека в монокультуре (контрольная группа) и культивированных в присутствии двух биоматриксов: биополимерного коллагенсодержащего гидрогелевого матрикса (опытная группа 1) и тканеспецифического матрикса из децеллюляризованной ПЖ посмертного донора (опытная группа 2).

Материалы и методы. Островки Лангерганса выделяли из хвостовой части ПЖ по методике с использованием коллагеназы. Жизнеспособность культивированных островков определяли методом флуоресцентного окрашивания витальным красителем, секреторную способность – методом иммуноферментного анализа (ИФА).

Результаты. Панкреатические островки, культивированные с биоматриксами, не проявляли признаков деградации и фрагментации и оставались жизнеспособными в течение всего срока наблюдения (7 суток). В монокультуре островков на этом сроке происходили значительные деструктивные изменения. Базальная концентрация инсулина в опытных группах 1 и 2 на первые сутки культивирования повышалась на 18,8 и 39,5% по сравнению с контрольной группой, на четвертые сутки инкубации – на 72,8 и 102,7%, на седьмые сутки – на 146,4 и 174,6% соответственно. Уровень секреции инсулина островков с тканеспецифическим матриксом был на 17,4% выше, чем при культивировании с биополимерным коллагенсодержащим матриксом.

Заключение. Биополимерный и тканеспецифический миметики ВКМ способствуют не только сохранению жизнеспособности изолированных островков Лангерганса, но и поддержанию их инсулинпродуцирующей функции в течение 7 суток на более высоком уровне по сравнению с монокультурой. В условиях проведенных экспериментов выявлено незначительное потенциальное преимущество применения тканеспецифического матрикса по сравнению с биополимерным матриксом для создания тканевого эквивалента поджелудочной железы.

1. Kumar N, Joisher H, Ganguly A. Polymeric scaffolds for pancreatic tissue engineering: a review. Rev Diabet Stud. 2018; 14 (4): 334–353.

2. Creusot RJ, Battaglia M, Roncarolo MG et al. Concise review: cell-based therapies and other non-traditional approacher for type 1 diabetes. Stem Cells. 2016; 34 (4):809–819.

3. Gururaj Setty S, Crasto W, Jarvis J et al. New insulins and newer insulin regimens: a review of their role in improving glycaemic control in patients with diabetes. Postgrad Med J. 2016; 92 (1085): 152–164.

4. Gan MJ, Albanese-O’Neill A, Haller MJ. Type 1 diabetes: current concepts in epidemiology, pathophysiology, clinical care, and research. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 2012; 42 (10): 269–291.

5. Mannucci E, Monami M, Dicembrini I et al. Achieving HbA1c targets in clinical trials and in the real world: a systematic review and meta-analysis. J Endocrinol Invest. 2014; 37 (5): 477–495.

6. Bottino R, Knoll MF, Knoll CA et al. The future of islet transplantation is now. Front Med (Lausanne). 2018; 5: 202.

7. Shapiro AM, Pokrywczynska M, Ricordi C. Clinical pancreatic islet transplantation. Nat Rev Endocrinol. 2017; 13 (5): 268–277.

8. Maffi P, Secchi A. Clinical results of islet transplantation. Pharmacol Res. 2015; 98: 86–91.

9. Ehlers MR. Strategies for clinical trials in type 1 diabetes. J Autoimmun. 2016; 71: 88–96.

10. Bosco D, Armanet M, Morel P et al. Unique arrangement of alpha- and beta-cells in human islets of Langerhans. Diabetes. 2010; 59 (5): 1202–1210.

11. Amer LD, Mahoney MJ and Bryant SJ. Tissue engineering approaches to cell-based type 1 diabetes therapy. Tissue engineering. 2014; 20 (5): 455–467.

12. Riopel M, Wang К. Collagen matrix support of pancreatic islet survival and function. Frontiers in Bioscience. 2014; 19: 77–90. doi: 10.2741/4196.

13. Пономарева АС, Кирсанова ЛА, Баранова НВ, Бубенцова ГН, Милосердов ИА, Волкова ЕА, Севастьянов ВИ. Методика выделения жизнеспособных островков Лангерганса из фрагмента хвостовой части поджелудочной железы человека. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2018; 20 (4): 76–82.

14. Llacua LA, Faas MM, de Vos P. Extracellular matrix molecules and their potential contribution to the function of transplanted pancreatic islets. Diabetologia. 2018; 61 (6): 1261–1272.

15. Севастьянов ВИ, Перова НВ. Инъекционный гетерогенный биополимерный гидрогель для заместительной и регенеративной хирургии и способ его получения. Патент на изобретение РФ № 2433828. 2011.

16. Goh SK, Bertera S, Olsen P et al. Perfusion-decellularized pancreas as a natural 3D scaffold for pancreatic tissue and whole organ engineering. Biomaterials. 2013; 34 (28): 6760–6772.

17. 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; 2 (7): 41777. doi: 10.1038/srep41777.

18. Sevastianov VI, Baranova NV, Kirsanova LA, Ponomareva AS, Basok YuB, Nemets EA, Gautier SV. Comparative analysis of the influence of extracellular matrix biomimetics on the viability and insulin-producing function of isolated pancreatic islets. J Gene Engg Bio Res. 2021; 3 (2): 17–25.

19. Rana D, Zreigat H, Benkirane-Jessel N et al. Development of decellularized scaffolds for stem cell-driven tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med. 2017; 11 (4): 942–965.

20. Shirakigawa N, Ijima H. Decellularized tissue engineering. Advances in Biomaterials for Biomedical Applications. Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2017; 66: 185–226.

21. Пономарева АС, Кирсанова ЛА, Баранова НВ, Сургученко ВА, Бубенцова ГН, Басок ЮБ и др. Децеллюляризация фрагмента донорской поджелудочной железы для получения тканеспецифического матрикса. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2020; 22 (1): 123–133.

22. Sackett SD, Tremmel DM, Ma F et al. Extracellular matrix scaffold and hydrogel derived from decellularized and delipidized human pancreas. Sci Rep. 2018; 8 (1): 10452.

23. Guruswamy Damodaran R, 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.

24. Salvatori M, Katari R, Patel T, Peloso A, Mugweru J, Owusu K, Orlando G. Extracellular matrix scaffold technology for bioartificial pancreas engineering: state of the art and future challenges. J DiabSci Technol. 2014; 8 (1): 159–169. doi: 10.1177/1932296813519558.

25. Mirmalek-Sani S-H, Orlando G, McQuilling J, Pareta R, Mack D, Salvatori M et al. Porcine pancreas extracellular matrix as a platform endocrine pancreas bioengineering. Biomaterials. 2013; 34 (22): 5488–5495. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.03.054.