In Vitro Evaluation of a Bioartificial Pancreas Under Various Hemodynamic Conditions

A bioartificial pancreas in which isolated islets of Langerhans are placed between two polyacrylonitrile membranes, blood circulating successively above the upper and below the lower membranes following a U-shaped circuit, has been developed. The two parts are connected by an outer loop consisting of a thin tubing. The length of this tubing determines the magnitude of the flow rate of blood through the device. The aim of this work was to determine experimentally the optimal configuration of the system containing isolated rat islets and a Krebs buffer circulating through the device. The amount of insulin released by the bioartificial pancreas was determined during a 20-mM square-wave glucose stimulation. First, the inlet pressure was set at 100 mm Hg, and the effect of the length of the tubing was investigated with two devices perfused simultaneously. For a short tubing (flow rate, 20 ml/min), a sharp increase in insulin release in response to glucose was observed; it increased within 4 min from 217 +/- 50 to 761 +/- 237 microU/500 islets/min (p less than 0.05), the peak value being reached at 11 +/- 2 min following the beginning of the stimulation. For a long tubing (flow rate, 3 ml/min), the increase in insulin release was more sluggish. It increased from 133 +/- 53 to 222 +/- 43 microU/500 islets/min at 4 min, the peak value being reached only at 20 +/- 3 min. These data are consistent with a more efficient diffusional transfer of insulin in the case of the high circulating flow.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)     

微囊化人胎胰岛功能的体外观察

目的 :观察微囊的通透性及对微囊化胰岛分泌功能的影响。方法 :将用胶原酶消化获得的胰岛细胞分为 2份 ,1份微囊包膜 ,1份未予包膜作为对照 ,培养 7天 ,比较两组培养液中胰岛素含量并分别用2 .7mmol·L-1、16 .6mmol·L-1浓度的葡萄糖及 16 .6mmol·L-1的葡萄糖加 10mmol·L-1茶碱刺激胰岛B细胞 ,观察其胰岛素分泌功能。结果 :两组在培养液中胰岛素含量及葡萄糖、茶碱刺激的胰岛B细胞胰岛素分泌方面无显著性差异 (P >0 .0 5 )。结论 :该微囊具有良好的通透性 ,微囊化胰岛的活性和分泌功能未受成囊过程的影响     

Glucose-Insulin Kinetics of a Bioartificial Pancreas Made of an AN69 Hydrogel Hollow Fiber Containing Porcine Islets and Implanted in Diabetic Mice

The goal of this study was to determine whether porcine islets encapsulated in hollow fibers made of AN69 copolymer can correct hyperglycemia in diabetic mice and provide normal tolerance to a glucose challenge. In vitro perifusion of hollow fibers demonstrated the rapid kinetics of insulin release in response to glucose. Two fibers containing islets were transplanted into the peritoneal cavity of each of 17 streptozotocin induced diabetic mice. In 11 mice, diabetes was reversed within 3 days with plasma glucose levels decreasing from 19.7 ± 0.9 (mean ± SEM) before implantation to 10.9 ± 0.8 mmol/L. Intraperitoneal glucose tolerance tests were performed in transplanted (n = 7), nondiabetic (n = 15), and diabetic mice (n = 6). A normal glucose pattern was observed in the transplanted diabetic mice. This was achieved in the presence of plasma insulin levels lower than those observed in control nondiabetic mice, suggesting the presence of a state of hypersensitivity to insulin, which was demonstrated in this model by exogenous insulin tolerance tests. In conclusion, encapsulation of islets suspended in ultraculture medium in biocompatible membranes of AN69 can provide xenograft survival, and complete normalization of glucose tolerance can be achieved.     

成人胰岛大容量分离技术的改进及胰岛功能检测

目的 通过对人胰岛分离技术的改进以获得大量高活力胰岛并检测其功能,为利用同种异体胰岛移植治疗1型和部分2型糖尿病提供理论依据和技术基础。方法 采用改良的自动分离技术连续分离28例人胰岛,然后用连续性密度样度离心法纯化胰岛。胰岛收获量以国际标准的胰岛当量(islet equivalent,IEQ)表示。胰岛功能的测定分别为体外测定胰岛的胰岛素／DNA比率;静止葡萄糖刺激试验(SGS)及将胰岛移植至糖尿病裸小鼠的体内胰岛功能鉴定并随后进行腹腔糖耐量试验,连续测定移植鼠血糖水平及其体内C肽浓度。结果 28例成人胰腺分离的胰岛收获量为5000～1030000IEQ／胰腺,平均为291635IEQ／胰腺,前13例平均每个胰腺收获49123IEQ,平均每克组织收获846IEQ。平均纯度为87％,随着技术的改进后15例的分离结果则分别为：平均每个胰腺501813IEQ,平均每克组织7003IEQ,平均纯度89％。体外胰岛素刺激试验结果表明分离纯化后的人胰岛有正常功能,将12次分离得到的胰岛分别移植至34只糖尿病裸鼠肾包膜下,其中29只糖尿病裸鼠于12h内血糖恢复正常且糖耐量试验接近正常鼠,血中C肽水平亦接近正常鼠。结论 采用改进的人胰岛分离方法,可以获得大量高活力的具有正常功能的胰岛,为同种异体胰岛移植用于临床奠定了必要的实验基础。     

源于体外培养胰岛中表达Ngn3的细胞是胰腺内分泌前体细胞的新证据

目的 评估表达Ngn3的细胞对成体胰岛维护和更新的作用及其意义。方法 用6—8周龄的C57BL／6小鼠分离胰岛。胆总管内插管成功后,切除胰腺组织并用浓度为2．5mg／ml胶原蛋白酶V灌注消化。手工拣取胰岛后,置于60mm培养皿内,每个培养皿内含10—12个胰岛,用RPMI-1640(12．5mmol／L HEPES,5．2mmol／L葡萄糖和2％胎牛血清)培养液培养。用A6抗体,胰岛素抗体,胰高血糖素抗体,Nestin抗体,Ngn3抗体和5′—溴—2—脱氧尿嘧啶(5-bromo-2′-deoxy-uridine,Brdu)抗体进行胰岛细胞免疫荧光染色。结果 在增殖的胰岛细胞中,只有不到15％的细胞表达Ngn3,其中约有30％以上的细胞同时表达A6。在培养的胰岛细胞中存在表达Ngn3的细胞,这一结果与其他在胚胎发育和成体胰岛中的研究结果一致。本研究发现培养的胰岛细胞中存在同时表达A6和Ngn3的细胞。A6被认为是可分化为胆管上皮细胞的肝脏前体细胞的标记物。胰岛内表达A6的细胞可能来源于成体胰管,并迁移至胰岛内。细胞表达A6的同时表达Ngn3,表明这些细胞在胰岛内可分化为内分泌细胞。结论 培养的胰岛细胞中发现共同表达Ngn3和A6的细胞,表明胰岛内的4种内分泌细胞可能来源于成体胰岛中的同一内分泌细胞系。A6和Ngn3是对胰岛内成体干细胞研究很有帮助的标记物。这可以让我们进一步了解IPC的增殖和分化,并且有可能通过胰岛内成体干细胞来治疗糖尿病。     

经腹腔镜微囊化猪胰岛异种移植术

目的：探讨腹腔镜技术应用于海藻酸钠－聚赖氨酸－海藻酸钠（APA）微囊包裹猪胰岛小网膜腔内异种移植术的可行性。方法：采用腹腔镜技术对5例6人次I型糖尿病患者进行了APA微囊新生猪胰岛小网膜腔内异种移植治疗，观察患者移植前后空腹血糖、C肽和胰岛素用量变化。结果：全部病例均未出现手术并发症。术后受体C肽较术前升高3－23倍，胰岛素用量减少，基中1例完全停用胰岛素，成为胰岛素不依赖者达31个月。结论：腹腔镜技术用于临床微囊化新生猪胰岛小网膜腔移植术治疗I型糖尿病安全可行。     

人工生物胰的体外分泌功能研究

目的 探讨海藻酸钠-氯化钡微囊对成人胰岛细胞体外分泌功能的影响.方法 对6例成人胰腺组织称重后采用V型胶原酶消化法分离,采用Ficoll间断密度梯度离心纯化法纯化,采用DTZ染色显微镜下评价胰岛细胞的数量、纯度.采用海藻酸钠氯化钡为材料包裹成人胰岛,体外培养及放射免疫法测定培养液中基础胰岛素浓度.结果 成人胰腺经胶原酶消化分离后,胰岛平均收获量(3600±447)个胰岛/g胰腺;Ficoll间断密度梯度离心纯化后,每克胰腺组织平均收获量(2140±207)个胰岛,纯度大于70％;成人胰岛细胞培养2、4、6d后,微囊化组第2、4、6天的基础胰岛素平均浓度(每100个胰岛单位mU/L)分别为3.302±1.63、3.504±1.10、2.921±1.13,未微囊化组的基础胰岛素平均浓度(每100个胰岛单位mU/L)分别为3.814±1.49、4.175±1.60、3.617±1.34,两组基础胰岛素浓度差异无统计学意义(P＞0.05).结论 人工生物胰具有良好的体外分泌功能,包裹成人胰岛的海藻酸钠-氯化钡微囊对胰岛体外分泌胰岛素的功能无影响.     

西罗莫司和FTY720对成人胰岛细胞毒性作用的体外研究

目的 探讨西罗莫司（SRL）和FTY720在体外培养试验中对成人胰岛细胞的毒性作用。方法 取成人尸体胰腺，用Liberase胶原酶消化，采用Ficoll密度梯度法纯化胰岛细胞。再将其分别与不同浓度的FTY 720（3、6、15μg／L）和SRL（3、6、15μg／L）共同培养，并设不用任何药物的对照组。各组用低糖和高糖刺激胰岛素分泌，以酶联免疫（ELISA）法检测各培养液中胰岛素的含量，并进行比较分析。结果 各组在高糖刺激下的胰岛素分泌量均大于低糖刺激下的胰岛素分泌量（P〈0．05）。在低糖和高糖刺激时，FTY720和SRL之间及同一免疫抑制剂不同浓度之间的胰岛素分泌量相比较，差异均无统计学意义（P〉0．05）；各组与对照组比较，差异亦无统计学意义（P〉0．05）。结论 FTY720和SRL对成人胰岛细胞无明显的毒性作用。FTY720和SRL可作为临床胰岛细胞移植后的主要免疫抑制剂。     

乌司他丁对犬胰岛的保护作用

目的判定在机械分离纯化犬胰岛过程中,胰腺原位灌洗时应用乌司他丁(UTI)的保护作用,观察胰岛的获取产量。方法将20只犬随机分为两组,每组10只。HC-A组:胰腺经腹主动脉原位灌洗时用冷HC-A液2500ml;HC-A UTI组:胰腺原位灌洗时,HC-A液中加用UTI10000U/kg。两组均经主胰管用4℃胶原酶V控压灌注,在RicordiChamber系统中消化,用Ficoll连续梯度离心纯化。记录消化时间、胰岛外分泌腺包裹率、胰岛纯度、纯化后胰岛在体外用低糖与高糖刺激下胰岛素分泌量、C-肽的释放量及收获的胰岛当量(IEQ),并对纯化后的胰岛进行光镜及电镜观察。结果HC-A UTI组与HC-A组在胰腺消化时间、胰岛外分泌腺包裹率、胰岛纯度、纯化后的胰岛在体外经低糖与高糖刺激下胰岛素分泌量、C-肽的释放量以及胰岛的形态和结构上比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。HC-A组收获胰岛[(3.42±1.47)×104]IEQ,HC-A UTI组收获胰岛[(6.17±2.86)×104]IEQ,两组差异有统计学意义(P<0.05)。结论在犬胰岛分离和纯化过程中,胰腺获取原位灌洗液中加用UTI能保护胰腺组织,增加胰岛产量。     

大鼠的不同纯度胰岛中干细胞标志物CK-19及PDX-1 mRNA的表达

目的探讨大鼠的不同纯度胰岛中干细胞标志物细胞角质蛋白19(CK-19)和胰十二指肠同源盒基因1(PDX-1)mRNA的表达。方法将30只雄性SD大鼠随机平均分成3组,均采用胶原酶Ⅴ型通过胰管对胰腺进行灌注,切取胰腺,剪碎、吹打、消化、离心获得胰岛细胞沉淀物。A组胰岛沉淀物不进行纯化;B组胰岛沉淀物中加入体积分数为25%的Ficoll-400液纯化;C组胰岛沉淀物依次加入25%及11%的Ficoll-400纯化。分别将上述3组纯化后的胰岛抽提RNA行逆转录聚合酶链反应(RT-PCR),分析胰岛干细胞标志物CK-19及PDX-1mRNA的表达。结果采用不同的纯化方法后,A、B、C三组获得胰岛的纯度分别为(43.6±6.29)%、(65.3±4.40)%和(77.6±6.36)%,三组间比较,差异有统计学意义(P<0.05)。A组胰岛中CK-19和PDX-1mRNA的表达明显高于B组和C组,而C组表达最弱。结论不同纯度的胰岛中均有CK-19及PDX-1mRNA的表达,表明在纯化胰岛中均有干细胞存在。     

采用改良的胰腺三管插管法分离成人胰岛的实验研究

目的 探讨胰腺插管方式对成人胰岛分离及纯化的影响.方法 共对17例成人胰腺进行了胰岛的分离和纯化.采用改进的腹部器官联合快速切取技术获取胰腺,分别采用标准法(3例)、单管法(11例)和三管法(3例)对胰腺进行灌注.标准法是将胰腺从胰颈处完全切断,沿主胰管分别向胰头和胰尾插管,主胰管人十二指肠处予以结扎.单管法为采用加长插管自主胰管插入,直至胰尾.三管法是在胰颈背侧切开胰腺至主胰管,经主胰管分别向胰头和胰尾方向插管,在主胰管进入十二指肠处插第3根插管.采用胶原酶LibarseHI消化,Ficoll连续密度梯度离心法纯化.双硫腙染色,鉴定胰岛的纯度,并计算胰岛当量(IEQ).丫啶橙/溴乙啶荧光染色,计数活细胞百分率.体外葡萄糖刺激试验鉴定胰岛功能.结果 标准法的灌注量平均为0.71 ml/g胰腺,单管法的灌注量平均为0.96 ml/g胰腺,三管法的灌注量平均为1.24 ml/g胰腺,明显多于前两种方法(P＜0.05).标准法的胰岛收获量平均为1914 IEQ/g胰腺,单管法为2270 IEQ/g胰腺,三管法为2514 IEQ/g胰腺,单管法和三管法明显高于标准法(P＜0.05);其胰岛纯度/活性分别为74 ％/79.3％、75.6 ％/79.4％和78.3 ％/84.0％,三者间的差异无统计学意义.标准法所获得的胰岛胰岛素释放指数平均为3.46,单管法为4.74,三管法为5.27,单管法和三管法明显高于标准法(P＜0.05).结论不同的插管灌注方式对成人的胰岛分离有一定影响,三管法有利于提高胰腺灌注量,增加胰岛的收获量.     

胰岛FasL基因转染对大鼠胰岛移植的影响

目的 探究胰岛细胞FasL基因转染对同种大鼠胰岛移植的影响。方法 通过磷酸钙沉淀法构建含目的基因FasL的重组腺病毒AdV-FasL,感染胰岛细胞后移植于糖尿病受者大鼠,通过RT-PCR和免疫组织化学检测移植物FasL表达,观察移植物存活情况及基因转染胰岛细胞凋亡情况。结果 单纯移植胰岛组平均存活期为（6.3±0.56）d,FasL基因转染组并未出现排斥延迟,反而排斥加速,存活期缩短至（3.4±0.24）d。FasL转染的胰岛细胞在移植后24h见FasL表达,在 48 h表达增强,AdV-5感染组及未转染组未见FasL表达。TUNEL标记见移植后FasL转染胰岛细胞凋亡。结论 尽管表达FasL的睾丸细胞与胰岛共移植可诱导活化的淋巴细胞凋亡,使胰岛移植物获得免疫豁免、存活期延长,但通过FasL基因转染使胰岛细胞直接表达FasL,引起胰岛细胞凋亡和粒细胞浸润,导致排斥加速。     

糖尿病小鼠胰岛移植部位的实验研究

目的探讨小鼠肝内、肾包膜下等不同部位胰岛移植物生存时间及免疫学功能的差异。方法采用滤网法分离纯化胰岛,供体胰岛植入受体肝内及肾包膜下。用酶联免疫吸附试验 (ELISA)测定INF-γ的含量。3H-胸腺嘧啶脱氧核苷(3H-TdR)掺入法测定单向混合淋巴细胞反应。结果肾包膜下移植组胰岛生存时间(12．18±1．25)d明显长于肝内移植组[(7．09±0．70)d,P< 0．01]。单项混合淋巴细胞反应显示,肝内移植组淋巴细胞较肾包膜下移植组增殖明显(P<0．01)。上清液测IFN-γ含量,肝内移植组明显升高,差别有统计学意义(P<0．05)。结论不同移植部位, 胰岛的生存时间及免疫功能差异存在统计学意义,肾包膜下是胰岛移植的理想部位。     

小鼠自体肝脏星状细胞联合同种异体胰岛细胞移植延长移植物存活时间的研究

目的 研究小鼠自体肝脏星状细胞联合同种异体胰岛细胞移植的新方法对胰岛移植物存活时间的作用.方法 选择雄性BALB/c小鼠为胰岛移植模型的供者,雄性C57BL/6糖尿病小鼠为受者.随机将受者分为A、B两组.A组:仅采用供者的胰岛细胞移植;B组:采用受者的肝脏星状细胞(HSCs)与供者胰岛细胞混合后共同移植.术后定期测定受者尾静脉血的血糖含量.结果 B组受者胰岛移植物的存活时间明显延长,血糖含量维持正常的中位时间为66 d(30～180 d),而A组血糖含量维持正常的中位时间为11 d(9～15 d),两组比较,差异有统计学意义(P＜0.001).结论 受者肝脏星状细胞能延长共同移植的同种异体胰岛移植物存活时间.     

霉酚酸、雷帕霉素及FTY720在体外对成人胰岛功能的影响

目的探讨霉酚酸、雷帕霉素及FTY720对体外培养的成人胰岛功能的影响。方法将分离、纯化后获得的成人胰岛细胞分别与不同浓度的霉酚酸、雷帕霉素和FTY720混合培养24h,然后测定经各药物作用后的胰岛细胞在低糖(2.8mmol/L)和高糖(16.7mmol/L)刺激下胰岛素的释放量,并计算刺激指数。结果对照组(未添加药物)的胰岛细胞在低糖和高糖刺激下胰岛素的释放量分别为(7.37±1.74)ng/ml和(15.15±5.39)ng/ml,刺激指数为2.06±0.46。与对照组相比,添加霉酚酸的胰岛细胞在低糖和高糖刺激下胰岛素的释放量均明显下降(P<0.01),刺激指数亦明显下降(P<0.05);添加雷帕霉素组,低糖和高糖刺激时胰岛素的释放量均有下降(P<0.05),但刺激指数仅在雷帕霉素浓度为1.0ng/ml时明显下降(P<0.05);添加FTY720组,低糖刺激时胰岛素的释放量明显低于对照组(P<0.05),高糖刺激时,胰岛素释放量仅在FTY720高浓度组有明显下降(P<0.05),刺激指数也有明显下降。结论相对来说,在体外雷帕霉素和FTY720对成人胰岛细胞的毒性作用较小;胰岛移植后,选择免疫抑制方案应遵循低剂量原则。     

扩大标准的供者胰腺在胰岛移植中应用的动物实验

目的 通过系列的动物实验,从供者胰腺(简称:供胰)的热缺血时间、脂肪浸润程度和灌注损伤程度三个方面初步探讨扩大标准的供胰在胰岛移植中的应用. 方法 实验动物采用雄性Wistar大鼠.根据不同的干预冈素,将供胰分为3组,热缺血组、灌注水肿组和脂肪浸润组;另选正常胰腺作为正常对照组.胰岛提取采用原位灌注、胶原酶消化和Ficoll梯度密度离心法.获取的胰岛用双硫腙染色来计算分离的胰岛数目并判断所获取的胰岛纯度;丫啶橙/溴乙啶荧光染色法检测胰岛细胞的活率;体外葡萄糖刺激下胰岛素释放试验检测胰岛功能. 结果 胰腺热缺血15 min内对胰岛的提取量和活率无明显影响,纯度略有下降;热缺血30 min内胰岛的提取量、活率及纯度均明显下降,但胰岛体外功能良好;热缺血45 min时,胰岛体外功能不良.胰腺轻度和中度脂肪浸润时,胰岛提取量及胰岛素释放指数(SI)明显高于正常对照组,而重度脂肪浸润时,胰岛提取量较正常对照组明显降低,且体外功能不良,SI显著下降.胰腺轻度和中度水肿对胰岛提取量、活率、纯度及功能均无明显影响;胰腺重度水肿(含水量＞80%)时,胰岛的提取量、活率及纯度下降,体外功能不良,SI显著低于正常对照组. 结论 供胰质量是影响胰岛提取及功能的重要因素,重度脂肪浸润、严重灌注水肿、热缺血时间超过30 min均影响胰岛提取的数量、纯度及活率,对胰岛功能也有较大影响.     

降低成人胰岛免疫原性的研究

目的 探讨体外预处理对成人胰岛移植物免疫原性的影响。方法 实验分三组进行，分离并纯化成人胰岛，对照组胰岛在37℃下培养2d；24℃组胰岛在24℃下培养2d；抗体组胰岛在37℃下培养1d后，加抗人主要组织相容性复合物Ⅱ类单克隆抗体（抗MHCⅡ类单抗）和补体再培养1d。采用胰岛-淋巴细胞混合培养（MILC）、抗HLA-DR单克隆抗体和抗人白细胞共同抗原（LCA）单克隆抗体比较胰岛的免疫原性，经氚（^3H）-亮氨酸掺人、胰岛素释放试验和胰岛细胞凋亡检测观察胰岛的功能和活力。结果 抗体组MILC刺激指数较对照组明显降低（P〈0．05），而24℃组虽低于对照组，但差异无统计学意义（P〉0．05）。抗体组和24℃组HLA—DR阳性细胞、LCA阳性细胞较对照组明显降低（P〈0．01）。抗体组和24℃组低糖刺激下胰岛素分泌量、高糖刺激下胰岛素分泌量、胰岛素释放指数、^3H-亮氨酸掺人率（闪烁计数值）及细胞凋亡率与对照组相比，差异均无统计学意义。结论 成人胰岛经抗MHCⅡ类单抗预处理或短期24℃培养，能明显降低其免疫原性，同时对胰岛的功能无明显影响。     

他克莫司与来氟米特对异种胰岛移植术后T细胞亚群的影响

目的 研究他克莫司(FK506)和来氟米特(Lef)对异种胰岛移植后急性排斥反应的抑制作用。方法 将大鼠胰岛移植于糖尿病小鼠肾被膜下。观察移植后不用药对照组、单独应用FK506组、单独应用Lef组以及联合应用FK506和Lef组的胰岛存活情况；并于移植后第5d检测外周血T细胞亚群分布和血清IL-2含量。结果 单独用药组与不用药对照组比较，胰岛存活时间明显延长；联合用药组又明显长于单独用药组。各用药组外周血CD4 T淋巴细胞明显低于未用药组。结论 FK506与Lef通过抑制CD4 T淋巴细胞的增殖而阻止或延缓异种胰岛移植的急性排斥反应。