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编号:10240152
微囊化大鼠胰岛异种移植于糖尿病小鼠的实验观察*
http://www.100md.com 《军医进修学院学报》 1999年第2期
     作者:何立敏 薛毅珑 张莉 李新建 崔忻 刘成贵 潘长玉

    单位:何立敏 张莉:解放军北京医高专病理学教研室,北京 100071;李新建 崔忻 刘成贵 薛毅珑:解放军总医院基础所,北京 100853;潘长玉:解放军总医院内分泌科

    关键词:微囊;大鼠胰岛;异种移植;糖尿病

    军医进修学院学报990206 摘要 目的:观察海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠(APA)微胶囊对异种胰岛组织移植的免疫隔离作用。方法:采用SUN氏APA微胶囊技术包裹大鼠胰岛细胞团,移植于链脲霉素(STZ)诱发的糖尿病模型小鼠腹腔。结果:糖尿病组小鼠及植入空囊或注射生理盐水的对照组小鼠血糖无明显变化;用微胶囊包裹及未包裹的大鼠胰岛异种移植于糖尿病小鼠腹腔内,移植后血糖明显下降 9~12mmol/L,未包囊胰岛移植组受试鼠血糖降低仅维持 2~3d,微囊化胰岛移植组血糖下降可持续 110d。移植后 1 个月从腹腔回收的微囊胰岛呈圆型,表面光滑,无明显的纤维组织包绕,囊内胰岛DTZ染色呈桔黄色。结论:采用SUN氏静电APA微胶囊制作技术制作的胶囊,可明显延长大鼠胰岛作为异种移植物在小鼠体内的存活时间,表明这种微囊具有较好的免疫隔离作用和生物相容性。
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    中国图书资料分类法分类号 R 587.1

    Experimental studies on xenotransplantation ofmicroencapsulated rat islets intodiabeticmice

    He Limin,Xue Yilong,Zhang Li,Li Xinjian,Chui Xin,Liu Chenggui,Pan Changyu (Department of pathology Beijingmedical College of PLA,Beijing,100071)

    Abstract Objective:To test immunoisolated effectiveness ofmicroencapsulated rat islets as xenografts indiabeticmice.Methods:intraperitoneal xenotransplantation ofmicro-encapsulated rat islets into kuminmice with the STZ-induceddiabetes was conducted by Sun′s electrostaticmicroencapsulated instrument and improving APA encapsulatedmethod.Results:Thediabetic state was reversed and normoglycemia wasmaintained for up to 110days.Thediabeticmice receiving transplats of unecapsulated islets experienced normoglycemia with 2~3days.In contrast,thediabetic states weremaintained in controlgroups of receiving empty capsules or 0.9% NaCl solution anddiabetesgroup.The retrievedmicrocapsules in the 30thday posttransplantation were perfectly intact,spherical,smooth and poorly fibroblats on the capsules surface.The islets in the capsules were stained orange yellow withdTZ.Conclusion:These resultsdemonstrated that Sun′smicroencapsulated preparation technique could prolong survival of rat pancreatic islets as xenografts,therefore thismicroencapsulation providegood immunoisolated effectiveness and biological appropriation.
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    Key words microencapsulation; rat islet; xenotransplantation;diabetes

    许多研究已证明胰岛移植不仅可治疗糖尿病,亦可有效防止糖尿病并发症的发展。但由于胰岛组织来源稀少限制了其应用,异种胰岛移植成为当前研究的热点。在异种移植研究中,免疫排斥反应是最主要的难题之一。用微囊、大包囊及中空纤维管包裹组织细胞以建立免疫隔离屏障,为解决免疫排斥反应提供了一个新途径。研究表明加拿大SUN氏APA微胶囊有较好的免疫隔离效果〔1〕。本实验采用SUN氏APA微胶囊技术包裹大鼠胰岛细胞团,移植于糖尿病模型小鼠,以血糖水平等为指标,观察APA微囊对异种胰岛组织移植的免疫隔离作用。

    1 材料和方法

    1.1 材料 雌或雄性SD大鼠,体重 200~250g; 20~25g 昆明小鼠,雌、雄不拘,由本院实验动物中心提供。海藻酸钠、多聚赖氨酸、胶原酶Ⅴ型、链脲霉素、Dextran均为Sigma公司产品。静电微胶囊成型仪及配套装置由加拿大SUN实验室提供。
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    1.2 方法

    1.2.1 大鼠胰岛分离与纯化 SD大鼠,无菌条件下摘取胰腺,MHBSS缓冲液洗净,剔除血管及结缔组织,将胰腺组织剪成1mm3 大小的碎块。加入 0.1% 胶原酶溶液,置于 38 ℃ 水浴中震摇(90 次/min) 10~15min,稍静置,吸取上层悬液于另一离心管内,加 4 ℃mHBSS缓冲液终止消化。沉淀组织继续加入酶液消化,上述处理重复 2~3 遍。过不锈钢滤网 60 目,离心 800g 4 ℃ 8min,取沉淀物,逐层加入Dextran溶液,浓度为 22%、 16%、 14%、 9%,离心 800g 4 ℃ 11min,于第 16/14、 14/9 界面收集胰岛细胞团,清洗 2 遍。用DTZ染色法分辨胰岛。

    1.2.2 APA微胶囊包裹胰岛细胞的制备 依照SUN氏微囊制作法〔1〕,将胰岛组织悬浮于 2% 海藻酸钠溶液中,在注射器推进泵的推进下,用SUN氏静电微囊仪将悬液喷入 100mM 氯化钙液中,形成包裹胰岛的微胶囊,再依次与多聚赖氨酸、海藻酸钠反应,形成APA微胶囊。
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    1.2.3 小鼠糖尿病模型的复制 随机选取昆明小鼠,禁食过夜,测空腹血糖。用 1% 链脲霉素,腹腔注射 (160mg/kg)。尾静脉取血,用京都Ⅱ型血糖仪及试纸条测定血糖,血糖浓度每 3d 测定 1 次,连续 2 次高于 16.8mmol/L 者定为糖尿病鼠。

    1.2.4 大鼠胰岛细胞腹腔移植 将糖尿病小鼠随机分为 5 组,每组 5 只动物。①微囊化胰岛移植组(简称微囊组):将微囊化的大鼠胰岛细胞团悬浮于 4ml 生理盐水中,注入糖尿病小鼠腹腔内。②未包囊胰岛移植组(简称未包囊组):将纯化后的胰岛细胞团悬浮于 4ml 生理盐水中,注入糖尿病小鼠腹腔内。③空囊移植对照组(简称空囊组):将与微囊组数量相同的空微囊悬浮于 4ml 生理盐水中,注入糖尿病小鼠腹腔内。④生理盐水对照组(简称生理盐水组):将等量的生理盐水注入糖尿病小鼠腹腔内。⑤糖尿病组:对糖尿病小鼠不行移植操作。各组小鼠分别于移植后 2h、 4h 测量血糖,以后每天测定血糖 1 次, 1 周后改为每 10d 测血糖 1 次。同时称量体重,观察饮水量及尿量,直至空腹血糖高于 16.8mmol/L,定为胰岛移植物排斥。
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    1.2.5 统计学处理:所有数据均以±s表示,F检验法统计学处理。

    2 结果

    2.1 大鼠胰岛的获得 采用 0.1% 胶原酶 Ⅴ 分次消化大鼠胰腺 30min,DTZ染色,镜下可见圆形和椭圆形胰岛细胞团。用 22%-16%-14%-9%dextran梯度离心纯化胰岛,在 16/14、14/9 界面中可收获纯度>90% 的胰岛,其中 16/14 界面的胰岛体积较大,直径约 50~70μm。AO/PI荧光染色显示,细胞存活率为 80%~90%。

    2.2 微囊化胰岛细胞异种移植对糖尿病小鼠血糖水平的影响 链脲霉素诱发的糖尿病小鼠移植前血糖浓度为 20.3~26.7mmol/L。糖尿病组小鼠血糖在所观察的 60d 内持续为 22~24mmol/L。空囊移植组和生理盐水对照组的糖尿病小鼠血糖在腹腔植入空囊或注射生理盐水后无明显变化;微囊化胰岛移植组和未包囊胰岛移植组的糖尿病小鼠在胰岛移植后 2h 血糖均明显下降,下降幅度为 9~12mmol/L(P<0.01)。未包囊移植组受试鼠血糖降低仅维持 2~3d,而微囊移植组血糖水平降低持续 55~110d (5 只动物分别为 55d、 62d、 70d、 90d 和 110d),两组血糖下降持续天数比较差别非常显著(P<0.01,图 1),在血糖降低阶段,微囊组 5 只小鼠体重分别增长3.3%、 7.7%、 12.0%、 14.5%、 25.2%,同时饮水量、尿量减少。
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    图1 微囊化胰岛细胞异种移植对糖尿病小鼠血糖水平的影响

    2.3 移植前、后微囊化胰岛的形态学观察 在倒置显微镜下观察,可见移植前的APA微胶囊呈球形,表面光滑,大小均匀,直径约 250~400 μm;每个囊内包裹有 1~2 个胰岛细胞团。移植后 1 个月,将受试鼠腹腔打开,用生理盐水冲洗腹腔,收集沉淀物。镜下可见表面光滑的球形微囊,囊内包裹的胰岛细胞团经DTZ染色呈桔黄色,囊外未见明显的纤维组织包绕(图2)。

    图2 移植1个月从小鼠腹腔回收的APA微囊包裹的大鼠胰岛

    (DTZ染色 ×100)

    2.4 移植后糖尿病小鼠胰腺的组织学检查 将微囊组移植后 1 个月的小鼠处死,取胰腺组织,HE染色,镜下见胰岛变性坏死,未见完整的胰岛细胞团存在。
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    3 讨论

    胰岛移植物的质量与数量是决定胰岛移植成功的关键因素。本实验用 0.1% 胶原酶,以短时、多次反复的消化方式,用 22%-16%-14%-9%dextran密度梯度纯化胰岛的方法,所获胰岛细胞团纯度>90%,存活率在 80%~90%。将其植入糖尿病小鼠腹腔内,可使血糖迅速下降 9~12mmol/L,而空囊和生理盐水对照组,受试鼠血糖无明显变化。表明用此法可获得较高纯度和活力的大鼠胰岛。

    自 80 年代初,Lim和Sun报告用APA微胶囊包裹胰岛用于移植以来,这种方法被不少研究者采用并被认为是目前最具潜力的免疫隔离技术之一〔1.2〕。这种微胶囊是以聚赖氨酸为主要材料,裹以海藻酸盐形成的生物相容性半透膜,它可允许水、葡萄糖、胰岛素等小分子物质自由出入,而限制大分子物质如免疫球蛋白和免疫活性细胞通过,故具有免疫隔离作用〔3〕。本实验微囊组受试鼠血糖下降持续时间明显高于未包囊组,显示了该免疫隔离膜具有良好的排异作用。
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    微胶囊制作技术的关键是控制胶囊的大小和膜的强度及表面光滑度。胶囊过大可因囊内“死腔”增大,导致移植物营养障碍而坏死。包囊的强度不够,移植后容易变形、破碎。胶囊表面粗糙,可使纤维组织包绕,丧失功能。因此制作方法的不同,可使微胶囊的质量及移植效果相差很大〔4.5〕。SUN实验室采用自制的静电微胶囊制作仪,可较好地控制胶囊的大小,制作出表面光滑、具有一定强度的较高质量的微胶囊,在异种组织细胞移植的实验研究中取得了可喜的结果。本实验采用SUN氏静电微胶囊制作仪和改进的APA微胶囊制作法,根据胰岛细胞团的大小制作出相应体积的微胶囊,减少了囊内“死腔”,移植后 1 个月,回收的微囊镜下观察显示,胰岛细胞存活,微囊表面光滑,无纤维组织包绕。表明我们制作的微囊质量较高,可有效保护囊内胰岛免遭排异,并未引起明显的组织反应。

    本实验采用SUN氏静电微胶囊制作技术制作的微胶囊,可明显延长大鼠胰岛作为异种移植物在小鼠体内的存活时间,表明这种微囊具有较好的免疫隔离作用和生物相容性,为克服异种组织细胞移植中的排异反应提供了一条有希望的途径。
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    (感谢加拿大多伦多生理系SUN A教授在微囊制作方面给予的帮助)

    *国家自然科学基金资助项目,批准号 39580725

    参考文献

    [1]Lim F,Sun AN.microencapsulated islets as bioartificial endocrine pancreas.Science,1980,210:908

    [2]Robet RP,Chick WL.Encapsulated cell transplantation.Transplantation Reviews,1995,19(4):217

    [3]Sun YL,ma X,Zhoud.Porcine pancreatic islets:isolation,microencapsulation,and xenotransplantation.Artif Organs,1993,17(8):727
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    [4]Halle JP,Bourassa S,Leblond FA.Protection of islets of Langerhans from antibodies bymicroencapsulation with alginate-poly-L-lysinemembranes.Transplantation,1993,55(2):350

    [5]Soon-Shiong P,Feldman E,Nelson R et al.Successful reversal of Spontaneousdiabetes indog by intraperitonealmicroencapsulated islets.Trasplantation,1992,54:769

    [6]马小军,解玉冰,周 丽等.APA生物微胶囊的制备条件与膜强度的关系.中华器官移植杂志,1995,16:156

    (1998—10—18收稿,1998—11—29修回), http://www.100md.com