Evaluierung verschiedener Techniken zur Präservierung von porzinen Pankreata für die nachfolgende Isolierung Langerhansscher Inselzellen

Abstract

Der vorliegende Mangel an Spenderorganen und der große Bedarf an humanen Pankreata erfordert die Suche nach alternativem Spendergewebe. Aufgrund der Körpergröße der phylogenetischen Beziehung hinsichtlich des Insulinmetabolismus sowie der relativ guten Verfügbarkeit erscheint das Hausschwein als eine realistische Gewebequelle für eine zukünftige klinische Xenotransplantation isolierter Inseln. Ein verbleibendes Risiko bei der Transplantation von tierischem Gewebe auf den Menschen ist allerdings die Übertragung von pathogenen Mikroorganismen und des porzinen endogenen Retrovirus. Die Wahrscheinlichkeit einer Xenobiose könnte durch Haltung der möglichen Spendertiere in einer zentralen Aufzuchtstelle mit kontinuierlicher Überwachung der möglichen Spendertiere in einer keimfreien Umgebung, sowie durch prophylaktische Impfung gegen bekannte Mikroorganismen, minimiert werden.Beim Transport der Organe zum Isolationslabor tritt die so genannte Two-Layer Methode zur Pankreaspräservierung in den Vordergrund. Dabei wird das Organ auf einem hoch effektiven Sauerstoffträger, dem Perfluorkarbon, gelagert und kontinuierlich mit O2 versorgt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Anwendung von Perfluorkarbon beim ischämischen Schweinepankreas zum Zweck der nachfolgenden Isolierung zu etablieren und optimieren. Weiterhin sollte geklärt werden, ob eine ischämisch bedingte Schädigung des Inselgewebes durch die Anwendung von Perfluorkarbon wenigstens partiell revidiert werden kann. Die Präservierung mittels Two-Layer Methode ist der einfachen Lagerung der Organe in UW-Lösung hinsichtlich der erzielten Ausbeute und Transplantatfunktion signifikant überlegen. Trotz der Eliminierung von Neutraler Protease zeigte sich ein negativer Einfluss der vor Präservierung durchgeführten Enzymapplikation auf die Inselfunktionalität. Mit Anwendung von Perfluorkarbon als One-Layer Methode wurden Inselausbeuten erzielt, die denjenigen frisch prozessierter Organe entsprachen.Eine Erhöhung der Präservierungstemperatur von 4°C auf 20°C hatte eine signifikante Reduktion der Inselausbeute zur Folge. Trotz eines erhöhten ATP-Gehaltes zeigten diese Inseln bei der Funktionskontrolle im Nacktmausbioassay eine verminderte Funktion. Der negative Einfluss der normothermen Ischämie auf die Inselausbeute konnte durch eine nachfolgende Oxygenierung ischämischer Pankreata nicht verhindert werden. Trotz einer verbesserten in-vitro Funktion ischämischer Inseln konnte die nachfolgende Lagerung auf Perfluorkarbon die Transplantatfunktion nur temporär verbessern. Zusammenfassend konnte die vorliegende Arbeit das enorme Potential einer Pankreasoxygenierung mittels Perfluorkarbon demonstrieren. Erstmals ist es gelungen, viable Inseln aus Schweinepankreata nach 7 stündiger Ischämie zu isolieren. Type I diabetes is the most common illness of the metabolism. It is characterized by reduction or no production of insulin by the islets of Langerhans in the pancreas of the patients. The continuous medication of the young patients can only solve the high bloodglucose level, but it can not prevent secondary complications. The allotransplantation has been established over the last years, but there are not enough organs for transplantation and the quality of these organs is sometimes less. These are the reasons to look for an other donor and for a method to resuscitate marginal organs. An other donor could be the pig, which produces similar insulin like the humans and the enormous availability could solve the hugh demand of tissue to transplant. A method to preserve the organs could be the two-layer method (TLM), which uses perfluorocarbon for oxygensupply and is established as a preservation method for canin pancreas for subsequent islet isolation. The aim of this study is to develop further methods for organ preservation, to evaluate at the pig model and to resuscitate marginal organs. The comparison of the different administration of the enzymes before and after the preservation of the organs for 7 hours in the solution of the University of Wisconsin or the TLM shows a reduction of isolated islets compared to fresh procured pancreas. The in vivo function of the isolated islets is tested by a transplantation of islets beneath the kidney capsule of diabetic nude mice. It demonstrates that only the organs injected enzymes after the preservation by the TLM cures diabetes like freshly isolated islets. The comparison of the organs preserved for 7 hours by the TLM and the one-layer method (OLM), which contains only perfluorocarbon, only the TLM organs showed a reduction of the amount of isolated islets compared to freshly processed organs. The in vivo function of the fresh and the preserved organs by the TLM and OLM showed all a normalization of the hyperglycemia of the diabetic mice. Enhancing the preservation temperature by the OLM from 4 °C to 20 °C showed a significant reduction of the amount and the function of the isolated islets.Marginal donors, who have a longer warm ischemia time in the pig model, showed a significant reduction of isolated islets and also a reduction of the function in diabetic nude mice. This reduced function could not be solved by preservation of the organs in perfluorocarbon. It is possible to preserve pig pancreas in perfluorocarbon (TLM or OLM) and to isolate viable islets after a long cold ischemia time. Marginal donors, which show a longer warm ischemia time, can not resuscitate and there is no possibility to isolate viable islets in the pig model.