Human islet xenotransplantation in rodents: A literature review of experimental model trends

Among the innovations for the treatment of type 1 diabetes, islet transplantation is a less invasive method of treatment, although it is still in development. One of the greatest barriers to this technique is the low number of pancreas donors and the low number of pancreases that are available for transplantation. Rodent models have been chosen in most studies of islet rejection and type 1 diabetes prevention to evaluate the quality and function of isolated human islets and to identify alternative solutions to the problem of islet scarcity. The purpose of this study is to conduct a review of islet xenotransplantation experiments from humans to rodents, to organize and analyze the parameters of these experiments, to describe trends in experimental modeling and to assess the viability of this procedure. In this study, we reviewed recently published research regarding islet xenotransplantation from humans to rodents, and we summarized the findings and organized the relevant data. The included studies were recent reports that involved xenotransplantation using human islets in a rodent model. We excluded the studies that related to isotransplantation, autotransplantation and allotransplantation. A total of 34 studies that related to xenotransplantation were selected for review based on their relevance and current data. Advances in the use of different graft sites may overcome autoimmunity and rejection after transplantation, which may solve the problem of the scarcity of islet donors in patients with type 1 diabetes.

Reversal of Hypoglycemia Unawareness with a Single-donor, Marginal Dose Allogeneic Islet Transplantation in Korea: A Case Report

Pancreatic islet transplantation is a physiologically advantageous and minimally invasive procedure for the treatment of type 1 diabetes mellitus. Here, we describe the first reported case of successful allogeneic islet transplantation alone, using single-donor, marginal-dose islets in a Korean patient. A 59-yr-old patient with type 1 diabetes mellitus, who suffered from recurrent severe hypoglycemia, received 4,163 islet equivalents/kg from a single brain-death donor. Isolated islets were infused intraportally without any complications. The immunosuppressive regimen was based on the Edmonton protocol, but the maintenance dosage was reduced because of mucositis and leukopenia. Although insulin independence was not achieved, the patient showed stabilized blood glucose concentration, reduced insulin dosage and reversal of hypoglycemic unawareness, even with marginal dose of islets and reduced immunosuppressant. Islet transplantation may successfully improve endogenous insulin production and glycemic stability in subjects with type 1 diabetes mellitus.

Mecanismos moleculares envolvidos em citoproteção e transformação maligna de células-beta pancreáticas / Molecular mechanisms involved in pancreatic beta-cells cytoprotection and malignant transformation

O transplante de ilhotas pancreáticas constitui uma alternativa atraente para o tratamento de diabetes tipo 1 (DM1), contudo, é limitado devido à escassez de doadores de órgãos. O papel da prolactina humana recombinante (rhPRL), que apresenta efeitos benéficos em células-beta, e seu mecanismo de ação foram investigados neste estudo. O número de células apoptóticas diminui significativamente na presença de rhPRL. Essa citoproteção envolveu diminuição da razão BCL2/BAX e inibição de caspase-8, -9 e -3. Este estudo revelou, pela primeira vez, evidência direta do efeito protetor de lactogênios contra apoptose de células-beta humanas. Levando em consideração a relação conhecida entre citocinas e DM1 e observações recentes sugerindo o papel da autofagia no desenvolvimento e prevenção do DM1, foi investigada a conexão entre citocinas (IL-1ß, TNFα e IFN-γ) e autofagia em células-beta. O co-tratamento com citocinas e rapamicina, um indutor de autofagia via inibição de mTOR, não aumentou os níveis de apoptose em células INS-1E. Contudo, exposição a citocinas levou ao aumento nos níveis de autofagossomos e na relação LC3-II/LC3-I, do mesmo modo que o tratamento com rapamicina. O tratamento com citocinas também levou à diminuição dos níveis de mTOR e 4E-BP1 fosforilados. Foi demonstrada aqui, pela primeira vez, uma relação direta entre o tratamento com citocinas e a indução de autofagia em células-beta. Recentemente, surgiram novas evidências mostrando ligação entre a morte de células-beta induzida por citocinas e indução de estresse de retículo endoplasmático. Em nosso modelo, foram observados níveis diminuídos de p-mTOR e aumento da formação de autofagossomos após o tratamento com indutores de estresse de retículo. Este estudo reforça também, resultados prévios sobre a hipótese da função de indutores de estresse de retículo em promover a autofagia. Além disso, o tratamento com rhPRL aumentou os níveis de p-mTOR e levou à diminuição na formação de autofagossomos após exposição a citocinas em células-beta. Estes resultados são relevantes para a caracterização mais aprofundada das funções dos lactogênios nessas células. Sabendo-se da necessidade de células-beta humanas para estudos detalhados em células-beta, nosso grupo gerou linhagens celulares derivadas de insulinomas humanos que secretam hormônios e expressam marcadores com o mesmo padrão de seu tecido original. Estas linhagens foram caracterizadas comparando-as com culturas primárias de células-beta através de eletroforese bidimensional acoplada a espectrometria de massa. Cerca de 1.800 spots foram detectados, sendo que menos de 1% apresentou expressão diferencial. As proteínas superexpressas em ilhotas, como Caldesmon, estão envolvidas em organização do citoesqueleto, influenciando a secreção hormonal. Contrariamente, quase todas as proteínas superexpressas nas células de insulinoma, como MAGE-A2, foram descritas aqui pela primeira vez, podendo estar relacionadas à sobrevivência celular e resistência à quimioterapia. Estes resultados mostram, pela primeira vez, mudanças na expressão de proteínas relacionadas ao fenótipo alterado dos insulinomas, direcionando a pesquisa ao estabelecimento de células-beta humanas bioengenheiradas e ao desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas para insulinomas. Coletivamente, os dados obtidos neste estudo estendem o conhecimento molecular envolvido na citoproteção induzida por rhPRL e transformação maligna de células-beta pancreáticas, contribuindo para futuras aplicações na compreensão e no tratamento do DM1

Transplantation of pancreatic islets constitutes an alternative for type 1 diabetes (DM1); however, it is limited by the shortage of organ donors. Here, we investigated the role of recombinant human prolactin (rhPRL), shown to have beneficial effects in beta-cells, and its mechanisms of action. Apoptotic beta-cells were decreased in the presence of rhPRL, with cytoprotection involving an increase of BCL2/BAX ratio and inhibition of caspase-8, -9 and -3. This study provides new direct evidence for a protective effect of lactogens in human beta-cell apoptosis. Taking into account the known relationship between cytokines and DM1 and recent observations suggesting a role for autophagy in the development and prevention of DM1, we investigated the connection between cytokines (IL-1ß, TNF-α and IFN-γ) and autophagy in beta-cells. Co-treatment with cytokines and rapamycin, an inducer of autophagy through inhibition of mTOR, did not increase the apoptosis levels in INS-1E cells. However, exposure to cytokines increased the levels of autophagosome formation and LC3-II/LC3-I ratio. Treatment with cytokines also led to decreased levels of phosphorylated mTOR and 4E-BP1. We demonstrated for the first time, a direct relationship between cytokines treatment and induction of autophagy in beta-cells. Lately, new evidence point to a connection between cytokine-induced beta-cell death and endoplasmic reticulum stress. In our model, we observed that decreased levels of p-mTOR and increased autophagosome formation also ensued after treatment with endoplasmic reticulum stressors. This study also supports the previous hypothesis on the function of ER stressors in inducing autophagy. Furthermore, rhPRL treatment increased the levels of p-mTOR and decreased autophagosome formation after exposure to cytokines in beta-cells. These findings are also relevant for further characterization of lactogens functions in these cells. Considering the demand for human cells for further beta-cells studies, our group generated cell lines derived from human insulinomas which secrete hormones and express markers with the same pattern displayed by their original tissue. We set out to further characterize these lineages by comparing them to primary beta-cells using two-dimensional gel electrophoresis coupled to mass spectrometry. An average of 1,800 spots was detected with less than 1% exhibiting differential expression. Proteins upregulated in islets, such as Caldesmon, are involved in cytoskeletal organization thus influencing hormone secretion. In contrast, almost all proteins upregulated in insulinoma cells, such as MAGE-A2, first described here, could be related to cell survival and resistance to chemotherapy. Our results provide, for the first time, a molecular snapshot of the changes in expression of proteins correlated with the altered phenotype of insulinomas, prompting research towards the establishment of bioengineered human beta-cells, and the development of new therapeutic strategies for insulinomas. Collectively, the data obtained in this study extend the molecular knowledge involved in rhPRL-induced cytoprotection and malignant transformation of pancreatic beta-cells, contributing to future applications for understanding and treatment of DM1

Imunoproteção de ilhotas pancreáticas microencapsuladas em biomateriais inovadores e seu potencial terapêutico no diabetes mellitus tipo 1 / Immunoprotection of pancreatic islets microencapsulated in inovative biomaterials and its therapeutic potential in type 1 Diabetes Mellitus

O transplante de ilhotas microencapsuladas constitui uma alternativa terapêutica interessante para o Diabetes Mellitus tipo 1, permitindo um melhor controle glicêmico e eliminando a necessidade de imunossupressão. Entretanto, a manutenção a longo prazo da viabilidade das células-β ainda é um desafio. No isolamento, a perda da matriz extracelular e as condições hipóxicas subsequentes afetam decisivamente a sobrevivência e funcionalidade das ilhotas. Objetivo Para diminuir o estresse sobre o enxerto, levando a um sucesso prolongado do transplante, propôs-se a adição de perfluorocarbono (PFC) ou laminina (LN), moléculas associadas respectivamente à oxigenação e interações célula-célula, ao biomaterial baseado em alginato, Biodritina, adequado ao encapsulamento celular. Metodologia Para testar a estabilidade das formulações PFC-Biodritina e LN-Biodritina, microcápsulas foram submetidas a diferentes estresses (rotacional, osmótico, temperatura e cultura) por 7 e 30 dias. A pureza do biomaterial foi avaliada pela coincubação com macrófagos murinos RAW264.7, por 3, 9 e 24h, quando a ativação dos macrófagos foi observada pela expressão gênica de IL- 1β e TNFα. Microcápsulas implantadas i.p. em camundongos foram recuperadas após 7 ou 30 dias, para análises de biocompatibilidade. A expressão de níveis de mRNA (bax, bad, bcl-2, bcl-XL, xiap, caspase 3, mcp1/ccl2, hsp70, ldh, insulina 1 e 2), proteínas (Bax, Bcl-XL e Xiap) e a atividade de Caspase3 foram avaliadas em ilhotas microencapsuladas com PFC- e LN-Biodritina, após cultura de 48h em condições de normóxia e hipóxia (<2% O2). Camundongos diabéticos foram transplantados com ilhotas encapsuladas nas diferentes formulações e os animais foram monitorados pelas variações de massa corporal, glicêmicas e pela funcionalidade do enxerto (TOTGs). As ilhotas foram recuperadas de animais normo ou hiperglicêmicos e uma análise de biocompatibilidade das cápsulas foi realizada, assim como a avaliação funcional das células-β...

Transplantation of microencapsulated islets represents an attractive therapeutical approach to treat type 1 Diabetes Mellitus, accounting for an improved glycemic control and the abolishment of immunosuppressive therapies. However, maintenance of long-term β-cell viability remains a major problem. During islet isolation, the loss of extracellular matrix interactions and the hypoxic conditions thereafter dramatically affect β-cell survival and function. Objective To lessen the burden of islet stress and achieve a better outcome in islet transplantation we tested the addition of perfluorocarbon (PFC) or laminin (LN), molecules associated respectively with oxygenation and cell-cell interaction, to Biodritin, an alginate-based material suitable for cell microencapsulation. Methodology To test the stability of PFC-Biodritin and LN-Biodritin composites, microcapsules were subjected to different stresses (rotational, osmotic, temperature and culture) for 7 and 30 days. To assess biomaterial purity microcapsules were co-incubated with RAW264.7 murine macrophage cell line for 3, 9 and 24h and macrophage activation was detected through mRNA levels of IL-1β and TNFα. Microcapsules were implanted i.p. in mice and retrieved after 7 or 30 days, for biocompatibility analyses. Gene expression at mRNA (bax, bad, bcl-2, bcl-XL, xiap, caspase 3, mcp1/ccl2, hsp70, ldh, insulin 1 and 2) and protein (Bax, Bcl-XL and Xiap) levels, together with Caspase3 activity, were evaluated in islets microencapsulated in PFC- or LN-Biodritin, upon culturing for 48h in normoxic or hypoxic (<2% O2) conditions. Diabetic mice were transplanted with PFC- or LN-Biodritin microencapsulated islets, followed by assessments of body weight, glycemia and graft function by oral glucose tolerance tests (OGTTs). Microencapsulated islets were retrieved from normoglycemic or hyperglycemic mice and biocompatibility analyses of the beads together with a functional assessment of the graft followed. After graft...

Functional improvement of porcine neonatal pancreatic cell clusters via conformal encapsulation using an air-driven encapsulator

Transplantation of islet cells into diabetic patients is a promising therapy, provided that the islet cells are able to evade host immune rejection. With improved islet viability, this strategy may effectively reverse diabetes. We applied 2% calcium alginate to generate small and large capsules to encapsulate porcine neonatal pancreatic cell clusters (NPCCs) using an air-driven encapsulator. After encapsulation, the viability was assessed at 1, 4, 7, 14 and 28 days and secretion of functional insulin in response to glucose stimulation were tested at days 14 and 28. Selective permeability of the small alginate capsules was confirmed using various sizes of isothiocyanate-labeled dextran (FITC-dextran). Encapsulation of NPCCs was performed without islet protrusion in the small and large capsules. The viability of NPCCs in all experimental groups was greater than 90% at day 1 and then gradually decreased after day 7. The NPCCs encapsulated in large capsules showed significantly lower viability (79.50 +/- 2.88%) than that of naive NPCCs and NPCCs in small capsule (86.83 +/- 2.32%, 87.67 +/- 2.07%, respectively) at day 7. The viability of naive NPCCs decreased rapidly at day 14 (75.67 +/- 1.75%), whereas the NPCCs encapsulated in small capsules maintained (82.0 +/- 2.19%). After 14 and 28 days NPCCs' function in small capsules (2.67 +/- 0.09 and 2.13 +/- 0.09) was conserved better compared to that of naive NPCCs (2.04 +/- 0.25 and 1.53 +/- 0.32, respectively) and NPCCs in large capsules (2.04 +/- 0.34 and 1.13 +/- 0.10, respectively), as assessed by a stimulation index. The small capsules also demonstrated selective permeability. With this encapsulation technique, small capsules improved the viability and insulin secretion of NPCCs without islet protrusion.

Islet transplantation in rodents. Do encapsulated islets really work? / Transplante de ilhotas de Langerhans em modelos experimentais em roedores. Ilhotas encapsuladas realmente funcionam?

CONTEXT: Diabetes mellitus type I affects around 240 million people in the world and only in the USA 7.8 percent of the population. It has been estimated that the costs of its complications account for 5 percent to 10 percent of the total healthcare spending around the world. According to World Health Organization, 300 million people are expected to develop diabetes mellitus by the year 2025. The pancreatic islet transplantation is expected to be less invasive than a pancreas transplant, which is currently the most commonly used approach. OBJECTIVES: To compare the encapsulated and free islet transplantation in rodents looking at sites of islet implantation, number of injected islets, viability and immunosuppression. METHODS: A literature search was conducted using MEDLINE/PUBMED and SCIELO with terms about islet transplantation in the rodent from 2000 to 2010. We found 2,636 articles but only 56 articles from 2000 to 2010 were selected. RESULTS: In these 56 articles used, 34 percent were encapsulated and 66 percent were nonencapsulated islets. Analyzing both types of islets transplantation, the majority of the encapsulated islets were implanted into the peritoneal cavity and the nonencapsulated islets into the liver, through the portal vein. In addition, the great advantage of the peritoneal cavity as the site of islet transplantation is its blood supply. Both vascular endothelial cells and vascular endothelial growth factor were used to stimulate angiogenesis of the islet grafts, increasing the vascularization rapidly after implantation. It also has been proven that there is influence of the capsules, since the larger the capsule more chances there are of central necrosis. In some articles, the use of immunosuppression demonstrated to increase the life expectancy of the graft. CONCLUSION: While significant progress has been made in the islets transplantation field, many obstacles remain to be overcome. Microencapsulation provides a means to transplant islets without immunosuppressive agents and may enable the performance of xenotransplantation. The use of alternative donor sources, fewer islets per capsule and the appropriate deployment location, such as the peritoneal cavity, may give a future perspective to the application of immunoprotective capsules and viability in clinical practice. A variety of strategies, such as genetic engineering, co-encapsulation, improvement in oxygen supply or the establishment of hypoxia resistance will also improve the islet transplantation performance. It remains to be determined which combination of strategies with encapsulation can fulfill the promise of establishing a simple and safe transplantation as a cure for diabetes.

CONTEXTO: Diabetes mellitus tipo I afeta cerca de 240 milhões de pessoas no mundo e 7,8 por cento só nos EUA. Foi estimado que o custo de suas complicações fosse de 5 por cento-10 por cento dos custos mundiais em saúde. De acordo com a OMS (Organização Mundial de Saúde), espera-se que cerca de 300 milhões de pessoas desenvolvam o diabetes mellitus até o ano de 2025. É esperado que o transplante de ilhotas pancreáticas seja menos invasivo que o transplante pancreático, opção atual de maior uso. OBJETIVOS: Comparar as ilhotas encapsuladas e as ilhotas livres em roedores nos seguintes aspectos: local de implantação das ilhotas, número de ilhotas, viabilidade e imunossupressão. MÉTODOS: A pesquisa bibliográfica foi conduzida com o uso de citações do MEDLINE/PUBMED e SCIELO que apresentassem termos sobre transplante de ilhotas em roedores no período de 2000 a 2010. Foram achados 2.636 artigos, mas somente 56 desse período foram selecionados. RESULTADOS: Nos 56 artigos utilizados, 34 por cento eram encapsulados e 66 por cento eram não-encapsulados. Analisando ambos os tipos de transplante de ilhotas, a maioria delas encapsuladas, foi implantada na cavidade peritonial e as não-encapsuladas, através da veia porta, no fígado. A grande vantagem da cavidade peritonial como local de transplante era a oferta sanguínea. As células endoteliais e o fator de crescimento endotelial foram usados para estimular a angiogênese nas ilhotas, aumentando a vascularização rapidamente após a implantação. Foi também provada a influência das cápsulas, dado que quanto maior a cápsula maior era a chance de necrose central. Em alguns artigos, o uso de imunossupressão demonstrou aumento da expectativa de vida do enxerto. CONCLUSÃO: Enquanto algum progresso significativo não tenha sido obtido no campo de transplante de ilhotas, restam ainda muitos obstáculos a serem vencidos. A microencapsulação viabiliza o transplante de ilhotas sem o uso de imunossupressores, o que pode permitir o xenotransplante. O uso de fontes doadoras alternativas, menor quantidade de ilhotas por cápsula e local de implantação adequado, como a cavidade peritonial, podem dar melhor perspectiva na aplicação de cápsulas imunoprotegidas, aumentando viabilidade na prática clínica. Uma série de estratégias, como engenharia genética, coencapsulamento, melhora da oferta de oxigênio ou o estabelecimento de resistência à hipóxia também podem aprimorar os resultados do transplante de ilhotas. Deve-se determinar ainda qual a combinação de estratégias com relação ao uso de ilhotas encapsuladas que possam cumprir com as promessas de um transplante simples e seguro para a cura do diabetes.

Pancreatic islet allograft in spleen with immunossuppression with cyclosporine. Experimental model in dogs / Alotransplante de ilhotas pancreáticas no baço com imunossupressão com ciclosporina. Modelo experimental em cães

PURPOSE: To study the functional behavior of the allograft with immunosuppression of pancreatic islets in the spleen. METHODS: Five groups of 10 Mongrel dogs were used: Group A (control) underwent biochemical tests; Group B underwent total pancreatectomy; Group C underwent total pancreatectomy and pancreatic islet autotransplant in the spleen; Group D underwent pancreatic islet allograft in the spleen without immunosuppressive therapy; Group E underwent pancreatic islet allograft in the spleen and immunosuppression with cyclosporine. All of the animals with grafts received pancreatic islets prepared by the mechanical-enzymatic method - stationary collagenase digestion and purification with dextran discontinuous density gradient, implanted in the spleen. RESULTS: The animals with autotransplant and those with allografts with immunosuppression that became normoglycemic showed altered results of intravenous tolerance glucose (p < 0.001) and peripheral and splenic vein plasmatic insulin levels were significantly lower (p < 0.001) in animals that had allografts with immunosuppression than in those with just autotransplants. CONCLUSIONS: In the animals with immunosupression with cyclosporine subjected to allograft of pancreatic islets prepared with the mechanical-enzymatic preparation method (stationary collagenase digestion and purification with dextran discontinuous density gradient), the production of insulin is decreased and the response to intravenous glucose is altered.

OBJETIVO: Avaliar o comportamento funcional do alotransplante com imunossupressão de ilhotas pancreáticas no baço. MÉTODOS: Foram utilizados cinco grupos de 10 cães mestiços: grupo A (controle) submetido aos exames bioquímicos; grupo B, submetido à pancreatectomia total; grupo C (autotransplante) submetido à pancreatectomia total e autotransplantação de ilhotas pancreáticas no baço; grupo D, submetido à alotransplantação de ilhotas pancreáticas no baço sem terapia imunossupressiva; grupo E, submetido à alotransplantação de ilhotas no baço e imunossupressão com ciclosporina. Todos os animais transplantados receberam ilhotas pancreáticas isoladas pelo método mecânico-enzimático, digestão estacionária com colagenase e purificação com gradiente de densidade descontínua de dextran e foram implantadas no baço. RESULTADOS: Animais autotransplantados e alotransplantados com imunossupressão que se tornaram normoglicêmicos apresentaram testes de tolerância à glicose intravenosa alterados (p<0,001) e o nível de insulina plasmática periférica e na veia esplênica foram significantemente menores (p<0,001) nos animais alotransplantados com imunossupressão em relação aos autotransplantados. CONCLUSÃO: Nos animais submetidos ao alotransplante de ilhotas pancreáticas com imunossupressão com ciclosporina e preparadas pelo método mecânico-enzimático, digestão estacionária com colagenase e purificação com gradiente de densidade descontínua de dextran, a produção de insulina está diminuída e a resposta à sobrecarga de glicose intravenosa alterada.

Transplante de ilhotas pancreáticas humanas: revisão da literatura e implantação de um laboratório de isolamento de ilhotas pancreáticas / Human pancreatic islet transplantation: literature review and establishment of a pancreatic islet isolation laboratory

O diabetes melito tipo 1 (DM1) está associado ao desenvolvimento de complicações crônicas de elevada morbi-mortalidade em indivíduos jovens em idade produtiva. A terapia intensiva com insulina comprovadamente diminui o aparecimento das complicações crônicas da doença. Entretanto, essa terapia ainda está associada ao aumento da incidência de hipoglicemia. Em pacientes com “DM1 lábil”, os quais apresentam hipoglicemias graves sem sintomas de alerta, o transplante de ilhotas pancreáticas humanas é uma das melhores alternativas para restaurar a secreção de insulina e a percepção da hipoglicemia. Cerca de 80% dos pacientes que receberam transplante de ilhotas de mais de um doador, submetidos ao tratamento imunossupressor do protocolo de Edmonton, adquiriram independência de insulina após 1 ano do transplante. Porém, apenas 10% destes pacientes permaneceram livres de insulina após 5 anos. Entretanto, mesmo aqueles pacientes que necessitaram utilizar novamente insulina tiveram a normalização da homeostase glicêmica e da percepção da hipoglicemia, com prevenção da hipoglicemia grave. Sendo assim, o transplante de ilhotas é capaz de diminuir os níveis de glicose plasmática e HbA1c, reduzir a ocorrência de hipoglicemias graves e melhorar a qualidade de vida dos pacientes. O objetivo deste artigo foi fazer uma breve revisão da literatura sobre o isolamento e transplante de ilhotas pancreáticas humanas e relatar a implantação de um laboratório de isolamento de ilhotas humanas no Serviço de Endocrinologia do Hospital de Clínicas de Porto Alegre.

Type 1 diabetes mellitus (DM1) is associated with chronic complications of high morbidity and mortality in young adults in a productive age. Insulin therapy has proved to reduce the chronic complications of diabetes. However, this therapy is still associated to an increased incidence of hypoglycemia. In patients with “brittle DM1”, who have severe hypoglycemia without any symptoms (hypoglycemia unawareness), the pancreatic islet transplantation is one of the best alternatives for restoring insulin secretion and hypoglycemia perception. About 80% of the patients who received islet transplantation from more than one donor, on immunosuppressive treatment with the Edmonton’s protocol, maintained insulin independence 1 year after transplantation. Nevertheless, only 10% of these patients remained free of insulin after 5 years post-transplantation. However, even those patients who returned to insulin treatment had a normalization of the glucose homeostasis and hypoglycemia perception. Therefore, islet transplantation is able to diminish plasmatic glucose and HbA1c levels, to reduce the occurrence of severe hypoglycemia, and to improve the quality of life of the patients. The purpose of this paper is to briefly review islet isolation and transplantation process, and report the establishing of a human islet isolation laboratory in the Endocrine Service at Hospital de Clínicas de Porto Alegre.

Transplante de ilhotas na prática clínica: estado atual e perspectivas / Islet transplantation as a clinical tool: present state and future perspectives

O transplante de ilhotas é um procedimento em desenvolvimento, como alternativa para o tratamento do diabetes tipo 1 que está na fronteira entre o experimental e o clínico. É uma terapia celular na qual as células são implantadas em território diferente do fisiológico em que apenas determinado número incerto conseguirá se adaptar. Aperfeiçoar este processo para obter os mesmos resultados que no transplante de pâncreas, representa um desafio para o qual convergem contribuições da biologia celular, da imunologia e das técnicas de laboratório que se entrelaçam de maneira extremamente complexa. Este trabalho revisa a literatura expondo a evolução do procedimento, a sua metodologia atual e os resultados clínicos obtidos. As perspectivas futuras do transplante diante dos recentes avanços também são discutidas.

Islet transplant is an innovative treatment for type 1 diabetic patients, which still lies between experimental and approved transplant therapy. Islet cells are seeded in a non-physiological territory where an uncertain fraction will be able to adapt and survive. Thus, the challenge lies in improving the whole procedure, employing the tools of cell biology, immunology and laboratory techniques, in order to reach the results obtained with whole organ transplant. This review describes the procedure, its progress to the present methodology and clinical results obtained. Future perspectives of islet transplantation in the light of recent biotechnological advances are also focused.

Transplante de pâncreas e ilhotas em portadores de diabetes melito: [revisão] / Pancreas and islet transplantation in patients with diabetes mellitus: [review]

O transplante simultâneo de pâncreas/rim tem indicações específicas, riscos e benefícios. O procedimento, cada vez mais realizado, traz vantagens se comparado ao paciente em diálise, em relação à qualidade de vida, anos de vida ganhos e evolução das complicações crônicas. Se o paciente tiver a opção de realizar o transplante de rim com doador vivo, que apresenta sobrevida semelhante do enxerto e do paciente aos dez anos, o procedimento deverá ser considerado. O transplante de pâncreas após rim, quando efetivo, pode melhorar a evolução das complicações cardiovasculares, mas em contrapartida provoca maior mortalidade nos primeiros meses após a cirurgia. O transplante isolado de pâncreas também ocasiona a maior mortalidade pós-operatória, resultado da complexidade do procedimento e da imunossupressão. O transplante de ilhotas tem sua indicação para um seleto grupo de diabéticos com instabilidade glicêmica.

Pancreas and kidney transplants have specific indications, benefits and risks. The procedure has become more common and more often as long-term success has improved and risks have decreased. Compared with a patient being on dialysis, simultaneous pancreas-kidney transplant offers a distinct advantage when it comes to mortality, quality of life and diabetic complications. Since there can be a living-donor kidney transplant,, a possibly similar patient and graft survival by 10 years follow-up, this procedure should be considered. Pancreas after kidney transplants, when successful, can improve microvascular complications compared with kidney transplant alone, but immediate mortality may be higher. Solitary pancreas transplantation can improve the quality of life in selected patients, but it may also increase the immediate risk of mortality due to the complexity of the surgery and the risks of immunosupression. The results of Islet transplantation differ from the higher metabolic performance achieved by whole pancreas allotransplantation and its applicability is limited to selected adult diabetic patients.

Alotransplante de ilhotas de Langerhans no fígado de ratos submetidos a manipulação tímica com células não-parenquimatosas / Allogenic islet transplantation on the rat liver after allogenic nonparenchymal cells injection in the thymus

RACIONAL: A maior indicação do transplante de pâncreas ou de ilhotas de Langerhans é o diabetes mellitus do tipo I. O processo deve suprir as necessidades de insulina, mantendo os níveis glicêmicos dentro da normalidade OBJETIVOS: Estudar o alotransplante de ilhotas de Langerhans no fígado de ratos Lewis (RT1¹), tendo como doadores de ilhotas ratos Wistar (RT1u). No grupo controle (n = 8) injetava-se, no timo, solução de Hanks e no grupo de estudo(n = 8), células não-parenquimatosas hepáticas MATERIAL E MÉTODOS: No grupo controle com o método de separação e purificação das ilhotas de Langerhans obteve-se 3.637 ± 783,3 ilhotas com pureza de 85 ± 3,52 por cento. No grupo de estudo obteve-se 3.270 ± 770 ilhotas de Langerhans com pureza de 84,25 ± 2,76 por cento e com o método de isolamento e purificação das células não-parenquimatosas hepáticas obteve-se 2 x 10(6) células RESULTADOS: No grupo controle, o transplante de 3.637 ± 783,3 ilhotas de Langerhans no fígado, quase normalizou a glicemia que chegou a 17,95 ± 5,33 mmol/L no 2° dia do pós-operatório (diferença significante com relação ao pré-operatório). Do pós-operatório imediato até o 8° dia do pós-operatório a glicemia não se elevou significativamente, porém a partir do 10° dia do pós-operatório houve aumento significativo deste parâmetro, o que pode ser compatível com rejeição aguda do enxerto. No grupo de estudo, o transplante de 3.270 ± 770 ilhotas de Langerhans no fígado, quase normalizou a glicemia que chegou a 17,95 ± 5,33 mmol/L no 2° dias do pós-operatório (diferença significante com relação ao pré-operatório). Do 4° ao 10° pós-operatório a glicemia elevou-se significativamente, o que pode ser compatível com quadro de rejeição aguda do enxerto e certamente precoce CONCLUSÃO: A inoculação de células alogênicas apresentadoras de antígenos (células não-parenquimatosas hepáticas) no timo de ratos imunossuprimidos e diabéticos, antes...

BACKGROUD: The major indication for pancreas or islet transplantation is diabetes mellitus type I. This process has to supply the insulin necessity keeping glucose under control AIM: We studied allogenic islet transplantation on the rat liver, Wistar (RT1u) to Lewis (RT1¹) as a recipient. Control group (n = 8) and nonparenchymal cell group (n = 8) respectively with injection of Hanks solution and nonparenchymal cells in the thymus before islet transplantation. MATERIAL AND METHODS: With the method of isolation and purification of the islets we obtained both in the control group 3.637 ± 783,3 islets with purity of 85 ± 3,52 percent and nonparenchymal cell group 3.270 ± 770 islets with purity of 84,25 ± 2,76 percent. The nonparenchymal cells were retrieved from the liver and we obtained 2 x 106 cells. Diabetes was induced by i.v. streptozotocin RESULTS: Control group the transplantation of 3.637 ± 783,3 islets in the rat liver normalized glucose test, 7,21 ± 0,57 mmol/L in the 2nd postoperative day. Acute rejection came in the 6th postoperative day with significantly increase of glucose test in nonparenchymal cell group, the transplantation of 3.270 ± 770 islets in the rat liver, almost normalized the glucose test was 17,95 ± 5,33 mmol/L in the 2nd postoperative day. From the 4th postoperative day to 10th postoperative day. The glucose test increase significantly showing an early acute rejection CONCLUSION: The injection of nonparenchymal cells in the thymus before allogenic islet transplantation in the rat liver lead to an early acute rejection.

Alotransplante de ilhotas de Langerhans no fígado de ratos submetidos a manipulação tímica com células dendríticas / Alogenic islet transplantation on the rat liver after alogenic dendritic cells injection in the thymus

RACIONAL: A maior indicação do transplante de pâncreas ou de ilhotas de Langerhans é o diabetes mellitus do tipo I. O processo deve suprir as necessidades de insulina, mantendo os níveis glicêmicos dentro da normalidade. OBJETIVOS: Estudou-se o alotransplante de ilhotas de Langerhans no fígado de ratos Lewis, tendo como doadores de ilhotas ratos Wistar. No grupo controle (n = 8) injetava-se, no timo, solução de Hanks e no grupo de estudo (n = 9), células dendríticas. MATERIAL E MÉTODOS: No grupo controle com o método de separação e purificação das ilhotas de Langerhans obteve-se 3637 ± 783,3 ilhotas com pureza de 85 por cento ± 3,52 por cento. No grupo de estudo obteve-se 3268 ± 378 ilhotas de Langerhans com pureza de 87 por cento ± 4,47 por cento e com o método de isolamento e purificação das células dendríticas do baço obteve-se 3,34 x 105 ± 1,16 células. RESULTADOS: No grupo controle, o transplante de 3637 ± 783,3 ilhotas de Langerhans no fígado, normalizou a glicemia que chegou a 7,21 ± 0,57 mmol/L no segundo pós-operatório (diferença significativa com relação ao pré-operatório). Do pós-operatório imediato até o 8° pós-operatório a glicemia não se elevou significativamente, porém a partir do 10° pós-operatório houve aumento significativo deste parâmetro, o que pode ser compatível com rejeição aguda do enxerto. No grupo de estudo, o transplante de 3258 ± 378 ilhotas de Langerhans no fígado, normalizou a glicemia, que chegou a 9,3 ± 2,85 mmol/L no segundo pós-operatório (diferença significativa com relação ao pré-operatório). Do 4° ao 10° pós-operatório, a glicemia elevou-se significativamente, o que pode ser compatível com quadro de rejeição aguda do enxerto e certamente precoce. CONCLUSÃO: A inoculação de células alogênicas apresentadoras de antígenos (células dendríticas) no timo de ratos imunossuprimidos e diabéticos, antes do alotransplante de ilhotas de Langerhans no fígado, ao contrário de inibir a reação do receptor contra o enxerto, prolongando a sobrevida média das ilhotas e, possivelmente, levando ao estado de tolerância imunológica, induziu ao processo de rejeição aguda precoce.

Metodologia do Transplante de Ilhotas de Langrhans em camundongos / Methods of islets of Langerhans transplantation in mice

Racional - O primeiro transplante de ilhotas de langerhans com bons resultados a longo prazo, em estudo realizado em ratos, ocorreu na década de 70, e marcou o in;icio da era moderna no que diz respeito a seu uso para funcionamento através da monitorização dos níveis glicêmicos. Material e Métodos - Foram realizados 10 isoenxertos com camundongos BLB-c como doadores e receptores. Diabetes química que foi induzida no pré-operatório com estreptozotocina...

Microencapsulation and tissue engineering as an alternative treatment of diabetes

In the 70's, pancreatic islet transplantation arose as an attractive alternative to restore normoglycemia; however, the scarcity of donors and difficulties with allotransplants, even under immunosuppressive treatment, greatly hampered the use of this alternative. Several materials and devices have been developed to circumvent the problem of islet rejection by the recipient, but, so far, none has proved to be totally effective. A major barrier to transpose is the highly organized islet architecture and its physical and chemical setting in the pancreatic parenchyma. In order to tackle this problem, we assembled a multidisciplinary team that has been working towards setting up the Human Pancreatic Islets Unit at the Chemistry Institute of the University of São Paulo, to collect and process pancreas from human donors, upon consent, in order to produce purified, viable and functional islets to be used in transplants. Collaboration with the private enterprise has allowed access to the latest developed biomaterials for islet encapsulation and immunoisolation. Reasoning that the natural islet microenvironment should be mimicked for optimum viability and function, we set out to isolate extracellular matrix components from human pancreas, not only for analytical purposes, but also to be used as supplementary components of encapsulating materials. A protocol was designed to routinely culture different pancreatic tissues (islets, parenchyma and ducts) in the presence of several pancreatic extracellular matrix components and peptide growth factors to enrich the beta cell population in vitro before transplantation into patients. In addition to representing a therapeutic promise, this initiative is an example of productive partnership between the medical and scientific sectors of the university and private enterprises.

Transplante de ilhotas de Langerhans: estudo comparativo entre dois métodos diferentes de isolamento de ilhotas do pâncreas do rato / Islet of Langerhans transplantation: a comparative study between two different methods for isolation of islet cells from the rat pancreas

Dois métodos diferentes de isolamento de ilhotas de Langerhans foram testados no controle das alteraçöes metabólicas do rato diabético aloxânico. Sessenta ratos Lewis foram divididos em quatro grupos experimentais: G1 com 10 animais näo-diabéticos controles; GII com 10 animais diabéticos controles, sem qualquer tratamento: GIII com 20 animais diabéticos (10 isogênicos e 10 alogênicos), submetidos ao transplante de ilhotas de Langerhans com células obtidas pelo método enzimático, utilizando colagenase, e GIV com 20 animais diabéticos (10 isogênicos e 10 alogênicos), submetidos ao transplante de ilhotas de Langerhans com células isoladas pelo método mecânico (nao-enzimático). Parâmetros clínicos e laboratoriais foram avaliados no início e no quarto, sétimo, décimo quarto, vigésimo primeiro e trigésimo dia de seguimento. Animais alogênicos foram imunossuprimidos com ciclosporina A, o diabetes induzido pela administraçäo endovenosa de aloxana e as ilhotas obtidas de ratos Lewis doadores sadios e injetadas por via intra-portal. O transplante de ilhotas de Langerhans realizado por ambos os métodos normalizou o ganho de peso, a polidipsia, a polifagia e os níveis elevados de glicose sangüínea e urinária em 73,7 por cento dos ratos tratados pelo método enzimático, contra 64,7 por cento dos ratos tratados pelo método mecânico. Porém, näo houve diferença estatisticamente significativa entre os dois métodos estudados (P >0,50). Também näo se observaram diferenças significativas entre os dois métodos quando o transplante de ilhotas de Langerhans foi realizado em animais de linhagens genéticas diferentes. Concluímos que o transplante de ilhotas de Langerhans realizado pelo método mecânico, pode ser um tratamento alternativo de diabetes, pelo baixo custo e possíveis vantagens no processo de isolamento.

Pancreatic islet transplantation: utility of ductular obstruction and exocrine atrophy model?

Introduction of 'silent' exocrine atrophy (and endocrine 'enrichment') in pancreatic grafts following ductular blockade may have a role in human diabetes by circumventing currently elusive islet isolation/purification protocols. To explore this potential, pancreatic isografts were performed in 12 pairs of inbred Wistar NIN rats. Donor pancreatectomy was performed after distal clamping and canulation of common bile duct and injection of 0.5 ml. polyacrylamide gel (blocked n = 7) or normal saline (un-blocked n = 5) respectively. One to 2 m.m. fragments of the resulting mildly distended pancreases were transplanted in to 2 sites (renal capsule and iliac fossa subcutaneously) of cach recipient. Post-operative biopsies of the transplanted grafts (unilateral nephrectomy and iliac fossa biopsies) revealed macroscopic and microscopic evidence of necrotizing pancreatitis in both the groups at both the sites (histiocytic and giant cell infiltration, fat necrosis and focal calcification with destruction of exocrine and endocrine cells) as early as 1 and 3 weeks. Possible detrimental factors include: volume and pressure of ductal injection, graft sites (confined spaces), post-operative wound infection and bio-compatibility of the material used for ductular blockade.