Влияние имплантации клеточно-инженерной конструкции поджелудочной железы на островковый аппарат крыс-реципиентов с сахарным диабетом I типа

Современные исследования направлены на изучение методов стимулирования регенераторной способ- ности β-клеток поджелудочной железы (ПЖ) как возможного терапевтического средства при сахарном диабете.

Цель: провести сравнительный анализ гистологической картины островкового аппарата у крыс со стрептозотоциновым сахарным диабетом после введения клеточно-инженерной конструкции поджелу- дочной железы (КИК ПЖ) на основе изолированных аллогенных островков Лангерганса и скаффолда из децеллюляризованных фрагментов ПЖ человека.

Материалы и методы. ПЖ крыс контрольной группы (n = 4; СД I без лечения), опытной группы 1 (n = 4; внутрибрюшинное введение островков Лангерганса) и опытной группы 2 (n = 4; внутрибрюшинное введение КИК ПЖ) подвергали гистологическому исследова- нию. Выполняли иммуногистохимическое окрашивание на инсулин и глюкагон с использованием антител и системы визуализации.

Результаты. В островках ПЖ крыс контрольной группы иммунопозитивные клетки к инсулину не выявлялись или обнаруживались одиночными, при этом α-клетки становились пре- валирующим клеточным типом. В ПЖ крыс опытной группы 1 в большинстве островков и окружающей экзокринной паренхиме β-клетки наблюдались в количестве 1–2 в поле зрения; α-клетки продолжали оставаться основной клеточной популяцией. В ПЖ крыс опытной группы 2 определялось значительное увеличение инсулинпозитивных клеток, при этом отмечалось снижение количества глюкагонпозитивных клеток.

Заключение. Морфологическое исследование островкового аппарата ПЖ экспериментальных животных показало, что имплантация КИК ПЖ положительно влияла на восстановление пула активно функционирующих β-клеток реципиента, выполняя роль триггера регенеративного процесса.

1. Wang KL, Tao M, Wei TJ, Wei R. Pancreatic β cell regeneration induced by clinical and preclinical agents. World J Stem Cells. 2021 Jan 26; 13 (1): 64–77. doi: 10.4252/wjsc.v13.i1.64.

2. Zhong F, Jiang Y. Endogenous Pancreatic β Cell Regeneration: A Potential Strategy for the Recovery of β Cell Deficiency in Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2019 Feb 20; 10: 101. doi: 10.3389/fendo.2019.00101.

3. Hogrebe NJ, Maxwell KG, Augsornworawat P, Millman JR. Generation of insulin-producing pancreatic β cells from multiple human stem cell lines. Nat Protoc. 2021 Sep; 16 (9): 4109–4143. doi: 10.1038/s41596-021-00560-y.

4. Spears E, Serafimidis I, Powers AC, Gavalas A. Debates in Pancreatic Beta Cell Biology: Proliferation Versus Progenitor Differentiation and Transdifferentiation in Restoring β Cell Mass. Front Endocrinol (Lausanne). 2021 Aug 6; 12: 722250. doi: 10.3389/fendo.2021.722250.

5. Пылаев ТЕ, Смышляева ИВ, Попыхова ЭБ. Регенерация β-клеток островкового аппарата поджелудочной железы. Обзор литературы. Сахарный диабет. 2022; 25 (4): 395–404. doi: 10.14341/DM12872.

6. Lu J, Jaafer R, Bonnavion R, Bertolino P, Zhang CX. Transdifferentiation of pancreatic α-cells into insulinsecreting cells: From experimental models to underlying mechanisms. World J Diabetes. 2014 Dec 15; 5 (6): 847–853. doi: 10.4239/wjd.v5.i6.847.

7. Aguayo-Mazzucato C, Bonner-Weir S. Pancreatic β Cell Regeneration as a Possible Therapy for Diabetes. Cell Metab. 2018 Jan 9; 27 (1): 57–67. doi: 10.1016/j.cmet.2017.08.007.

8. Courtney M, Gjernes E, Druelle N, Ravaud C, Vieira A, Ben-Othman N et al. The inactivation of Arx in pancreatic alpha-cells triggers their neogenesis and conversion into functional beta-like cells. PLoS Genet. 2013 Oct; 9 (10): e1003934. doi: 10.1371/journal.pgen.1003934.

9. Furuyama K, Chera S, van Gurp L, Oropeza D, Ghila L, Damond N et al. Diabetes Relief in Mice by GlucoseSensing Insulin-Secreting Human α-Cells. Nature. 2019 Mar; 567 (7746): 43–48. doi: 10.1038/s41586-019-0942-8.

10. Thorel F, Népote V, Avril I, Kohno K, Desgraz R, Chera S, Herrera PL. Conversion of adult pancreatic alphacells to beta-cells after extreme beta-cell loss. Nature. 2010 Apr 22; 464 (7292): 1149–1154. doi: 10.1038/nature08894.

11. Remedi MS, Emfinger C. Pancreatic β-cell identity in diabetes. Diabetes Obes Metab. 2016 Sep; 18 Suppl 1 (Suppl 1): 110–116. doi: 10.1111/dom.12727.

12. Bonner-Weir S, Toschi E, Inada A, Reitz P, Fonseca SY, Aye T, Sharma A. The pancreatic ductal epithelium serves as a potential pool of progenitor cells. Pediatr Diabetes. 2004; 5 (Suppl 2): 16–22. doi: 10.1111/j.1399-543X.2004.00075.x.

13. Bonner-Weir S, Inada A, Yatoh S, Li WC, Aye T, Toschi E, Sharma A. Transdifferentiation of pancreatic ductal cells to endocrine beta-cells. Biochem Soc Trans. 2008 Jun; 36 (Pt 3): 353–356. doi: 10.1042/BST0360353.

14. Li W-C, Rukstalis JM, Nishimura W, Tchipashvili V, Habener JF, Sharma A, Bonner-Weir S. Activation of pancreatic-duct-derived progenitor cells during pancreas regeneration in adult rats. J Cell Sci. 2010 Aug 15; 123 (Pt 16): 2792–2802. doi: 10.1242/jcs.065268.

15. Bouwens L. Transdifferentiation versus stem cell hypothesis for the regeneration of islet beta-cells in the pancreas. Microsc Res Tech. 1998 Nov 15; 43 (4): 332–336. doi: 10.1002/(SICI)1097-0029(19981115)43:43.0.CO;2-1.

16. Kim HS, Lee MK. β-Cell regeneration through the transdifferentiation of pancreatic cells: Pancreatic progenitor cells in the pancreas. J Diabetes Investig. 2016 May; 7 (3): 286–296. doi: 10.1111/jdi.12475.

17. Baeyens L, Lemper M, Leuckx G, De Groef S, Bonfanti P, Stange G et al. Transient cytokine treatment induces acinar cell reprogramming and regenerates functional beta cell mass in diabetic mice. Nat Biotechnol. 2014 Jan; 32 (1): 76–83. doi: 10.1038/nbt.2747.

18. Miyazaki S, Tashiro F, Miyazaki J. Transgenic Expression of a Single Transcription Factor Pdx1 Induces Transdifferentiation of Pancreatic Acinar Cells to Endocrine Cells in Adult Mice. PLoS One. 2016 Aug 15; 11 (8): e0161190. doi: 10.1371/journal.pone.0161190.

19. Baeyens L, De Breuck S, Lardon J, Mfopou JK, Rooman I, Bouwens L. In vitro generation of insulin-producing beta cells from adult exocrine pancreatic cells. Diabetologia. 2005 Jan; 48 (1): 49–57. doi: 10.1007/s00125-004-1606-1.

20. Zhou Q, Brown J, Kanarek A, Rajagopal J, Melton DA. In vivo reprogramming of adult pancreatic exocrine cells to beta-cells. Nature. 2008 Oct 2; 455 (7213): 627–632. doi: 10.1038/nature07314.

21. Docherty FM, Sussel L. Islet Regeneration: Endogenous and Exogenous Approaches. Int J Mol Sci. 2021 Mar 24; 22 (7): 3306. doi: 10.3390/ijms22073306.

22. Jörns A, Klempnauer J, Tiedge M, Lenzen S. Recovery of pancreatic beta cells in response to long-term normoglycemia after pancreas or islet transplantation in severely streptozotocin diabetic adult rats. Pancreas. 2001 Aug; 23 (2): 186–196. doi: 10.1097/00006676-200108000-00009.

23. Михайличенко ВЮ, Столяров СС. Эффект трансплантации культуры клеток поджелудочной железы при аллоксановом сахарном диабете у крыс в эксперименте. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015; 9 (4): 670– 672.

24. Jung HS, Ahn YR, Oh SH, Kim YS, No H, Lee MK, Kim KW. Enhancement of beta-cell regeneration by islet transplantation after partial pancreatectomy in mice. Transplantation. 2009 Aug 15; 88 (3): 354–359. doi: 10.1097/TP.0b013e3181b07a02.

25. Баранова НВ, Пономарева АС, Кирсанова ЛА, Никольская АО, Бубенцова ГН, Басок ЮБ, Севастьянов ВИ. Функциональная эффективность клеточно-инженерной конструкции поджелудочной железы в экспериментальной модели сахарного диабета I типа. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2024; 26 (2): 94–104. doi: 10.15825/1995-1191-2024-2-94-104.

26. 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. doi: 10.15825/1995-1191-2020-1-123-133.

27. Sevastianov VI, Basok YB. Biomimetics of Extracellular Matrices for Cell and Tissue Engineered Medical Products. Newcastle upon Tyne, UK: Cambridge Scholars Publishing, 2023; 339.

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 Dec 21; 24 (1): 119. doi: 10.3390/ijms24010119.

29. Sevastianov VI, Ponomareva AS, Baranova NV, Belova AD, Kirsanova LA, Nikolskaya AO et al. A Tissue-Engineered Construct Based on a Decellularized Scaffold and the Islets of Langerhans: A Streptozotocin-Induced Diabetic Model. Life (Basel). 2024 Nov 19; 14 (11): 1505. doi: 10.3390/life14111505.

30. Sanchez A, Lawzewitsch J. Histological study of endocrine pancreas: cell differentiation process in Langerhans islets of bovine fetus and adult bovines. Commun Biol. 1985; 5 (3): 345–365.

31. Riadinskaia NI, Siraziev RZ. [Histological and histochemical characteristics of pancreas of deer at the Altay]. Tsitologiia. 2008; 50 (8): 719–724. [In Russ]. PMID: 18822792.

32. Kirsanova LA, Bliumkin VN. [Some characteristics of the histological structure of the fetal bovine pancreas]. Biull Eksp Biol Med. 1990 Sep; 110 (9): 330–332. [In Russ]. PMID: 2268733.

33. 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.