Untersuchungen zu der Revaskularisation transplantierter avaskulärer Organe an dem Beispiel der Langerhans´schen Insel

Abstract

Die Transplantation pankreatischer Inseln ist neben der Pankreastransplantation dereinzige kurative Ansatz bei dem Diabetes mellitus Typ 1. Der Erfolg der Inselzelltransplantation wird durch die sehr hohe Anzahl an pankreatischen Inseln begrenzt, die für die Heilung des Diabetes transplantiert werden müssen, da nur 30% der transplantierten Inseln dauerhaft in dem Implantationsorgan anwachsen. Die rasche Revaskularisierung der Inseltransplantate ist ein entscheidender Faktor für ein adäquates Anwachsen, dieser Prozess erfolgt innerhalb der ersten 10-14 Tage post transplantationem. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die Durchblutung und die Sauerstoffspannung innerhalb der Inseltransplantate erheblich unter der nativer Inseln liegt. Der vaskuläre Wachstumsfaktor VEGF spielt eine entscheidende Rolle in der Förderung der Revaskularisierung transplantierter pankreatischer Inseln, er verbessert die Funktion und das Überleben der Transplantate. Ziel dieser Arbeit war es zu zeigen, dass eine topische Applikation von VEGF am Transplantationsort die Revaskularisation der transplantierten Inseln steigert, dadurch deren Funktion und Überleben verbessert und die Zahl der für eine erfolgreiche Transplantation benötigter Inseln erheblich reduziert. Als Ansatz für eine topische VEGF-Applikation transplantierten wir murine pankreatische Inseln, die unter der Kontrolle des Ratten-Insulinpromoters (RIP) glukoseabhängig VEGF-A synthetisieren können, unter die Nierenkapsel von STZinduzierten, diabetischen Empfängermäusen. Der Nüchtern-Glukosespiegel wurde als Indikator für Überleben und Funktion der Transplantate gemessen. Am Tag 12 post transplantationem wurde die Durchblutung der Transplantate mithilfe eines Laser-Dopplers gemessen. Der VEGF- und Insulingehalt der Transplantate wurde anschließend im ELISA-Verfahren quantifiziert. Mehr als 80% der Empfänger von RIP-VEGF-A Inseln und nur ca. 20% der Empfänger von Wildtyp-Inseln erreichten post transplantationem eine dauerhafte Euglykämie. RIP-VEGF Transplantate wiesen einen signifikant höheren Insulingehalt und eine höhere Gefäßdichte auf als Wildtyp-Inseltransplantate. Die höhere Gefäßdichte korrelierte mit einer signifikant höheren Durchblutung der RIP-VEGF Transplantate. In einem nach unserem Wissen neuen Ansatz einer glukoseabhängigen topischen VEGF-Sekretion gelang es uns zu zeigen, dass die exogene Applikation von VEGF am Transplantationsort über eine verbesserte funktionelle und morphologische Revaskularisierung die Funktion und das Überleben der Transplantate wesentlich verbessert und die Anzahl der für eine erfolgreiche Transplantation benötigter Inseln erheblich reduziert Voraussetzung für die Etablierung der Inselzelltransplantation als Therapieverfahren bei dem Diabetes mellitus Typ 1. The transplantation of pancreatic islets and the pancreas whole organ transplantation are the only curative therapeutic approaches for Insulin Dependant Diabetes Mellitus. The success of pancreatic islets transplantation depends on the implantation of a large quantity of islets, because only around 30% become stably engrafted. Rapid revascularisation of the islet grafts is a crucial factor for adequate engraftment, and is known to be finalised within 10-14 days after transplantation. Recent studies have shown that the islet graft blood perfusion and oxygen tension remain decreased in compare with native pancreatic islets. Growth factors like VEGF play an important role in promoting the revascularization of transplanted islets and improving their survival and function, the exact mechanisms for this being largely not understood until now. The aim of this study was to prove that the topical application of VEGF at the transplantation site improves islet revascularisation and is linked to functionally increased graft perfusion, thus improving the function and the survival rate of transplanted islets. As a model for elevated VEGF-A expression we used the RIP-VEGF-A transgenic mice in which VEGF-A expression, driven by the Rat Insulin Promoter (RIP), is targeted to pancreatic beta-cells. Grafts, consisting of a marginal islet number of 150 C57Bl/6 or C57Bl/6-RIP-VEGF-A islets, were implanted syngeneically under the left kidney capsule of streptozotocine-induced diabetic recipients. Fasting blood glucose served as indicator for graft survival and function. At posttransplantational day 12 graft-bearing kidneys were exposed and graft blood perfusion was measured by means of a laser Doppler. Graft VEGF and insulin content were quantified by ELISA, graft vascularization by immunohistochemistry. More than 80% of the RIP-VEGF-A-islets recipients became euglycemic after transplantation whereas only around 20% of the control islets recipients were cured. RIPVEGF-A grafts showed, in contrast to controls, significantly increased graft insulin content and a greater degree of microvasculature. The higher degree of vasculature correlated with a significantly increased graft blood perfusion. Through a novel approach of glucose-controlled VEGF release at the transplantation site, we have shown that VEGF improves the revascularisation of islets grafts from morphological and functional point of view thus improving their engraftment and reducing considerably the number of islet needed to cure diabetes.