胆红素通过抗氧化抗炎作用提高低温保存下胰岛的质量和功能

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研究目的:
  胰岛移植是目前治疗1型糖尿病很有发展潜力的治疗方法,可以实现血糖实时精准的调控从而有效逆转糖尿病患者的高血糖,减少糖尿病并发症的发病机率。然而,目前分离保存胰岛技术的缺乏阻碍了胰岛移植治疗糖尿病的进展。胰岛在分离提取过程中遭遇微血管受损和形态受损,并且在保存过程受到氧化应激和炎症反应的攻击,导致胰岛产量、活性和功能方面的结果不尽人意,制约了胰岛移植的发展。活性氧过量是氧化应激的主要原因,引起胰岛损失和功能障碍。减少氧化应激和炎症的策略已经被证明可以延长同种异体移植的耐受性,提高胰岛移植的成功率。因此,在这篇文章中,我们假设一种内源性的抗氧化剂,胆红素,有效提高胰岛保存效率。胆红素作为一种内源性抗氧化剂,不仅能有效地清除细胞活性氧而且可以抑制炎症反应。此外有研究证明,胆红素预处理可以提高同种异体移植的存活率。但是从未有研究将胆红素运用于胰岛的保存中。因此,本文设计了胰岛低温(4℃)保存的条件,考察胆红素的添加是否能提高胰岛保存效率,旨在为胰岛保存提供一条新的思路。
  研究方法:
  在此,我们研究了胆红素对低温保存(4℃)胰岛的影响,并评估胰岛活力、胰岛素分泌功能、氧化应激水平和体内移植性能,综合评价胆红素用于胰岛保存的作用。
  1、为了筛选胆红素体外保存的最佳浓度,我们提取高纯度的胰岛并用含不同胆红素浓度(10ng/mL、500ng/mL、1μg/mL、10μg/mL、20μg/mL)的培养体系培养。体外培养72h后,利用FDA/PI染色评价胰岛存活率,MTT实验评价胰岛的活性,筛选最佳浓度进行后续实验;
  2、通过设计胆红素组,原花青素组,对照组的实验分组,体外低温保存不同时间点,利用FDA/PI染色考察胰岛存活率,MTT实验考察胰岛的活性,葡萄糖刺激实验检测胰岛的功能,从而评估胆红素的体外低温保存胰岛的效率;
  3、通过检测胰岛内部活性氧的产生,丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GSH-PX)等的水平综合评估胆红素对胰岛内部氧化应激水平的影响。
  4、建立体外过氧化氢诱导胰岛细胞损伤的模型,并评估胰岛活力、胰岛素分泌功能、氧化应激水平,综合评价胆红素通过缓解氧化应激保护胰岛的作用。
  5、建立了小鼠糖尿病模型。随机分为新鲜胰岛移植组、体外低温保存(不含胆红素)胰岛移植组、胆红素体外低温保存三组,考察胆红素体外低温保存胰岛的体内移植性能。各组分别移植400IEQ胰岛至糖尿病小鼠肾被膜下,记录移植后小鼠血糖、体重变化。第3天各组取一只小鼠,灌注后取其移植肾进行免疫组化染色,考察移植部位的炎症情况;第30天处死小鼠,灌注后取其移植肾进行免疫组化染色,考察胰岛血管重建等恢复情况,综合评价胆红素体外低温保存胰岛的体内移植性能。
  研究结果:
  胆红素可防止胰岛在短期低温保存过程中的损伤。72小时内,胆红素维持了共培养胰岛的活力和功能,甚至在长达7天的保存实验中,胆红素处理胰岛的活性显著高于对照组。胆红素的保护作用与其抗氧化能力有关,表现在其显著提高了抗氧化酶(SOD和GSH-Px)的活性,降低了胰岛内部ROS和MDA的水平。胆红素能保护胰岛免受氧自由基的攻击,用胆红素预处理的胰岛明显抵抗过氧化氢诱导的活性降低和功能受损。胆红素体外低温保存胰岛移植的糖尿病小鼠在30天内血糖正常,相比于移植新鲜胰岛的糖尿病小鼠,可以在最短的时间内稳定控制血糖。此外,接受胆红素保存胰岛的小鼠在移植早期表现出最小的炎症反应。
  研究结论:
  利用胆红素低温保存胰岛,我们获得了活性功能良好的胰岛,并且我们证明了胆红素通过减少活性氧的生成,提高抗氧化酶水平,维持胰岛的活性和功能,提高了胰岛体外保存的效率。体内移植实验证明,胆红素共培养的胰岛表现出更强的体内适应能力,特别是胆红素的处理减少了早期的炎症反应,最快的稳定并控制了血糖。本研究证明了胆红素可以作为细胞保护剂运用到胰岛体外低温保存中,并且还可以通过其抗氧化抗炎的作用改善胰岛体内移植。
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