Функциональная эффективность клеточно‑инженерной конструкции поджелудочной железы в экспериментальной модели сахарного диабета I типа

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. 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. 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. 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.

1. Shapiro AM, Pokrywczynska AM, Ricordi C. Clinical pancreatic islet transplantation. Nat Rev Endocrinol. 2017; 13 (5): 268–277. doi: 10.1038/nrendo.2016.178.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.