Криоконсервация островков поджелудочной железы путем витрификации обеспечивает высокую жизнеспособность, функцию, восстановление и клиническую масштабируемость для трансплантации. - Компания по производству гистологических материалов Наньтун, ООО

Nature Medicine, том 28, страницы 798–808 (2022 г.) Процитировать эту статью

12 тысяч доступов

22 цитаты

106 Альтметрика

Подробности о метриках

Трансплантация островков поджелудочной железы может вылечить диабет, но для этого необходимы доступные, высококачественные островки в достаточном количестве. Криоконсервация могла бы решить проблемы цепочки поставок островков, обеспечивая возможность банковского обслуживания с контролем качества и объединения донорских островков. К сожалению, криоконсервация не достигла этой цели, поскольку она должна одновременно обеспечивать высокую степень восстановления, жизнеспособность, функциональность и масштабируемость. Здесь мы достигаем этой цели на островках бета-клеток (SC-бета), полученных из стволовых клеток человека (СК) мыши, свиньи и человека, путем комплексной оптимизации состава криопротекторного агента (CPA), условий загрузки и выгрузки CPA, а также методов витрификации и согревание (VR). Жизнеспособность островков после VR по сравнению с контролем составляла 90,5% для мышей, 92,1% для SC-бета, 87,2% для свиных и 87,4% для островков человека и оставалась неизменной в течение как минимум 9 месяцев криогенного хранения. Островки VR имели нормальную макроскопическую, микроскопическую и ультраструктурную морфологию. Потенциал митохондриальной мембраны и уровни аденозинтрифосфата (АТФ) были слегка снижены, но все другие показатели клеточного дыхания, включая скорость потребления кислорода (OCR) для производства АТФ, не изменились. Островки VR имели нормальную функцию глюкозо-стимулированной секреции инсулина (GSIS) in vitro и in vivo. Свиные и SC-бета-островки вырабатывают инсулин в моделях ксенотрансплантации, а мышиные островки, протестированные в модели сингенной трансплантации маргинальной массы, излечивают диабет у 92% реципиентов в течение 24–48 часов после трансплантации. Отличный гликемический контроль наблюдался в течение 150 дней. Наконец, наш подход обработал 2500 островков с восстановлением> 95% островков при жизнеспособности после оттаивания> 89% и может быть легко масштабирован для более высокой производительности. Эти результаты позволяют предположить, что криоконсервация теперь может использоваться для поставки островков, необходимых для улучшения результатов трансплантации и лечения диабета.

Несмотря на 100 лет терапевтических разработок с момента открытия инсулина, современные методы лечения диабета, такие как непрерывные мониторы уровня глюкозы, инсулиновые помпы и системы с замкнутым контуром, остаются скорее лечением этого заболевания, чем лечением самого заболевания1. Хотя в последние десятилетия наблюдался значительный прогресс в разработке трансплантации островковых клеток как потенциального лекарства от диабета2, одним из основных ограничений этого подхода является то, что трансплантаций от одного донора часто недостаточно для достижения независимости от инсулина у реципиента3,4. Часто для «типичного» реципиента массой 70 кг требуются две, три или более инфузии донорских островков на общую сумму от 700 000 до >1 М островковых эквивалентов (IEQ)5,6, что увеличивает риски, связанные с повторными хирургическими вмешательствами и несколькими раундами индукции сильной иммуносупрессии.

Одной из стратегий преодоления проблемы с донорским обеспечением является объединение островков от нескольких доноров, достижение высокой дозы островков за одну инфузию7,8, повышение эффективности и снижение риска. Хотя несколько групп продемонстрировали возможность культивирования островков в течение длительных периодов времени (от недель до месяцев)9, большинство сообщили о замедлении восстановления островков и потере эндокринной функции с течением времени10,11. Таким образом, крупные клинические исследования часто ограничивают посев 48–72 часами до трансплантации12. Однако эта неспособность культивировать или хранить высококачественные островки в течение более нескольких дней после изоляции делает объединение островков логистически непрактичным. Вторая стратегия заключается в разработке альтернативного источника островков, такого как островки, полученные из SC, которые обещают неограниченное количество островков 13,14 и снижение зависимости от ограниченной доступности доноров. Островки, полученные из СК, производят инсулин в ответ на глюкозу, восстанавливают нормогликемию на некоторых моделях трансплантации животных и были протестированы в фазах 1 и 2 исследований на людях. Однако гетерогенность состава эндокринных клеток и вариабельность функций13 приводят к значительной вариабельности от партии к партии15, что требует обширной предтрансплантационной проверки каждой партии, в течение которой SC-островки разрушаются в культуре. Невозможность хранить островки перед использованием является общей проблемой обеих стратегий. Более длительное хранение необходимо для преодоления барьеров в цепочке поставок, ограничивающих доступность достаточного количества островков, и для обеспечения адекватной оценки качества перед трансплантацией.

4 M) can lower the required CCR and CWR to attainable levels but cause toxicity in cells and tissues, especially at higher temperatures (>4 °C). Thus, there is a critical balance point that avoids both injury from ice and from CPA toxicity while maintaining clinical scalability. Previous islet vitrification strategies were limited to small volumes with low islet quantities (<150 islets in microliter volumes of CPA solution; Supplementary Table 1) to ensure sufficient cooling and warming rates, and volumetric scale-up reduced the cooling and warming rates and led to ice formation, compromising viability. To our knowledge, no published technique has simultaneously achieved islet cryopreservation with high viability, function and recovery in a clinically scalable protocol (Supplementary Table 1)./p>95% of the volume on the cryomesh, whereas 20 islets in a 2-µl droplet occupy only 1.8% of the total volume. Supplementary Table 2 summarizes the performance of cryomesh, droplet and cryotop VR approaches, emphasizing both the improved cooling and warming rates and the ability to scale-up the cryomesh./p>300,000 islets per batch (typical yields for single-donor isolation are <300,000 IEQs5); and adaptation to clinical-grade processing (details in Supplementary Results and Discussion). We believe each of these limitations will be readily overcome in future development./p>

400 mg dl−1. Marginal mass islet transplants of 250 islets per recipient51 were performed under the recipient mouse's left kidney capsule. For all treatment groups, islets were randomly selected for transplantation, including islets of all sizes, both morphologically disrupted and intact islets. BG measurements were made daily. Transplant success was measured on the first day of two successive daily measurements of BG < 200 mg dl−1. Graft failure was defined as the first day of two consecutive measurements >250 mg dl−1./p>