胰岛联合骨髓间充质干细胞种植于小肠粘膜下层构建人工生物胰岛

Islet transplantation and / or bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) transplantation is expected to become the ideal way to cure diabetes. While BMSCs faced the problem of low differentiation rate and autoimmune damage. The shortage of islet sources, nutrient deficiencies, immediate blood mediated inflammatory reaction (IBMIR) and immune rejection had limited islet transplantation. Focusing on these problems, this project intends to seed the BMSCs cocultured with pancreatic-islets (PIs) on the photooxidated small intestinal mucosa lower (SIS) to build artificial biological islet. We expect to achieve the following objectives: Facilitate BMSCs differentiate into IPCs by changing the microenvironment of the cells to provide signals that might activate metabolic pathways is to use co-cultures with the microenvironment of the PIs; SIS allow diffusion of cell nutrients and induce BMSCs proliferation and differentiation.In addition, SIS can provide an ECM and possible biotrophic and growth factors, which promote the recovery and subsequent function of islets after transplantation. It may also limit direct blood contact and thus reduce both IBMIR and alloimmune rejection.

胰岛移植和/或者骨髓间充质干细胞（MSCs）移植有望成为根治糖尿病的理想方法，但是MSCs面临着诱导分化率低和自身免疫损伤两大难题；胰岛移植存在胰岛来源短缺、营养不足、即刻血液介导炎症反应（IBMIR）和免疫排斥等影响胰岛移植效果的障碍。针对上述问题，本课题拟开展BMSCs与胰岛共培养种植于光氧化交联小肠粘膜下层（SIS）构建人工生物胰岛的研究，期望利用人工生物胰岛中胰岛细胞微环境促进骨髓间充质干细胞高效分化为胰岛样细胞；利用SIS作为BMSCs和胰岛的移植载体，为干细胞增殖和定向分化提供适合的生理微环境，同时利用SIS重构原有胰岛细胞外基质结构,重建胰岛赖以生存的微环境；通过SIS及MSCs作用促进胰岛内血管再生、解决胰岛移植后的缺氧状况和免疫损伤；利用人工生物胰岛中MSCs与SIS的屏障作用避免胰岛移植物与血液的直接接触，从而防止IBMIR和免疫损伤的发生，减少胰岛移植物丢失。

胰岛移植是治疗糖尿病的理想方法，在临床已经取得了巨大的成功，但是仍面临供体短缺、移植物丢失、免疫抑制剂毒性损伤等问题。小肠粘膜下层是一种安全的组织工程支架材料，已广泛应用于临床。研究表明，小肠粘膜下层可以促进移植后胰岛功能的恢复，但对移植物的血管再生无明显作用。据文献报道，骨髓间充质干细胞具有血管生成与免疫调节作用，与胰岛共培养可以明显提高移植物的存活。因此，我们利用骨髓间充质干细胞的血管生成作用，种植于小肠粘膜下层上，制备一种新型的免疫隔离材料，包被胰岛后植入糖尿病大鼠体内，以期达到提高移植物存活、促进胰岛素分泌的作用。本研究分别获取制备大鼠骨髓间充质干细胞（MSCs）、胰岛和猪小肠粘膜下层（SIS）后，分为以下三组：单纯胰岛组、 SIS与胰岛组、SIS-MSCs包被胰岛组。体外采用葡萄糖刺激胰岛素分泌实验检测胰岛功能，免疫荧光检测胰岛素和CD31表达情况，酶联免疫吸附法测定各组上清中细胞因子表达，并用实时荧光定量检测各组胰岛相关基因的表达情况。体内采用链脲佐菌素构建糖尿病大鼠模型后，分别植入上述各组胰岛，每日监测血糖水平变化评价移植物的存活情况，采用ELISA法检测胰岛素水平，免疫荧光检测胰岛素和CD31表达情况，蛋白芯片测定各组血清中细胞因子的表达。得出以下结果：1. 分离纯化出大鼠的骨髓间充质干细胞、胰岛细胞，经鉴定形态和纯度均符合下一步实验要求；制备出不含细胞的猪小肠粘膜下层，将MSCs种植其上，成功构建SIS-MSCs材料。2. SIS-MSCs与胰岛共培养组，可明显提高胰岛的存活率和分泌功能，CD31和胰岛素表达明显升高。其机制可能与Ins-1、Pdx-1、Vegfa基因上调、促进生长因子的分泌、降低肿瘤坏死因子有关。3.SIS-MSCs包被胰岛组血糖控制水平最佳，明显提高了移植物的存活时间和功能，且CD31和胰岛素表达明显升高，降低了血清中炎症因子的水平。由以上结果可知，MSCs可以促进SIS包被胰岛的血管生成，对胰岛起到保护作用。SIS-MSCs构建的新型包被材料，可以明显提高移植物的存活和功能，对胰岛移植提供了新的策略，具有重要的理论价值和应用前景。