당뇨병을 유발시킨 흰쥐 소화기관으로 이자 Langerhans Islet 이식에 관한 연구

• 영문명: Transplantation of Langerhans Islet Into Digestive Organs of the Diabetic Rat
• 발행기관: 대한해부학회
• 저자명: 김병무(Byeong-Moo Kim) 민본홍(Bon-Hong Min) 박인선(In-Sun Park)
• 간행물 정보: 『대한해부학회지』제32권 제6호, 869~881쪽, 전체 13쪽
• 주제분류: 의약학 > 의학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 1999.12.30

국문 초록

본 연구에서는 흰쥐를 실험동물로 사용하여 이자섬을 분리하고 배양과정에서 이식에 적합한 이자섬을 선별한 후, 침샘을 비롯한 소화기관에 이식하여 이들의 생존과 기능을 관찰함으로써 이자섬 이식방법을 개선하고 새로운 이식장소를 개발하고자 하였다. 포도당이 첨가되지 않은 배지에서 배양한 이자섬의 베타세포들은 72시간이 지나면서 인슐린에 대한 면역반응이 현격히 감소하였으나, 5.6mM과 16.7mM의 포도당을 포함한 배지에서 배양된 것에서는 72시간 이후에도 면역반응성이 증가되는 양상을 보였다. 베타세포의 인슐린 mRNA 발현양상은 포도당이 없는 배지에서 현저한 감소를 나타내었지만, 5.6 mM 포도당이 포함된 배지에서는 48 시간 후부터 발현이 약간 감소하거나 정상에 가까운 양상을 보였다. 포도당 16.7mM의 배양에서는 48시간과 72간 배양군 모두 상당히 증가된 인슐린 mRNA의 발현을 나타냈으나, 일부 이자섬의 중심부에서 국소적인 세포사멸이 관찰되었다. 이는 베타세포들의 인슐린 합성과 분비가 포도당에 의해 자극되지만, 정상보다 높은 포도당 농도에서는 베타세포가 과도하게 자극되어 세포의 생활성을 낮추게 되는 결과를 초래하게 됨을 나타내는 것이다. 이러한 결과들은 포도당 5.6mM 농도로 72시간 배양된 이자섬의 베타세포들에서 인슐린 분비기능이 정상적으로 유지되면서 비교적 안정된 생활성을 유지하는 것을 시사하는 것으로 판단된다. 본 실험에서는 이와 같이 선별된 이자섬을 streptozotocin으로 당뇨병이 유발된 흰쥐의 침샘 및 위장관에 이식하여 이자섬의 새로운 이식장소를 탐색하고자 하였다. 이식결과 위장의 유문부 및 십이지장벽에 이식된 이자섬들은 이식 2~3일 후부터 소멸되기 시작하였으며 이식된 동물들은 지속적인 고혈당을 나타내었다. 이에 비하여 턱밑샘으로 이식된 것들은 비교적 높은 생활성을 오랫동안 유지하였다. 턱밑샘에 이식된 이자섬의 베타세포의 수와 면역반응성은 정상 이자에서와 같은 정도였으며, 점차 새로 형성된 모세혈관들에 의해 주변조직과 연결되고 있었다. 그러나 이 경우에도 이식 10~14일경부터는 주변에 림프세포들의 침윤과 베타세포의 손상이 나타났다. 이들 실험동물의 혈당농도는 이식시키기 전의 혈당농도 보다 뚜렷하게 낮아지지만 (185±23 mg/dl) 정상혈당 농도로 회복되지는 않았다.

영문 초록

Although replacement therapy with insulin can prevent acute metabolic disorder in patients with IDDM (insulin dependent diabetes mellitus), it does not permanently restore glucose homeostasis. Recently it has been reported that islet transplantation could completely correct the glucose metabolic abnormalities and prevent further progression of the secondary complications of IDDM. For successful transplantation, the isolated islets should be prepared without loss of viability, while their immunogenicity being suppressed to reduce graft rejection. The present study was aimed to determine the optimal condition of islet culture, and to transplant them into the digestive organs including gastrointestinal wall and salivary gland. For islet culture, pancreatic islets were isolated by a modified collagenase digestion technique from rats and cultured for 24, 48 and 72 hours in RPMI-1640 containing 0, 5.6 and 16.7 mM glucose. The viability of islets was evaluated by detection of insulin mRNA expressed in islet β-cells using the in-situ hybridization and northern blot analysis, while their insulin content was examined by immunocytochemistry. Insulin mRNA was significantly reduced after 48 hours of culture in the islets incubated with absence of glucose, while distinct immunoreaction for insulin remained in the same islet. On the other hand, the islets cultured with normoglycemic (5.6 mM glucose) and hyperglycemic (16.7 mM glucose) conditions showed a normal or excessive transcription of insulin gene after 72 hours, respectively. These results indicate that biosynthetic activity of islets could be maintained longer than 72 hours without alteration of viability when they were cultured in normoglycemic condition. Therefore, we used islets cultured for 72 hours with 5.6 mM glucose for transplantation. The islets were implanted into the submucosal wall of the stomach and duodenum as well as into the parenchyme of the submandibular gland of the streptozotocin-induced diabetic rats. The transplanted islets in the gastrointestinal wall were abolished in 72 hours, while the islets injected into the submandibular gland retained normal cellular structure with viability for longer period. The β-cell in the submandibular gland showed similar immunoreactivity for insulin compared to that of normal islets. However, they showed gradual infiltration of lymphocytes and β-cell destruction at 10~14 days after transplantation. We suggested that the submandibular gland could be recommended as an alternative site for islet transplantation, because it is very easy to access for transplantation and provides the structural and functional similarities to pancreas in which the islets spontaneously grow.

키워드

이자섬 이식 인슐린 생활성 침샘 Langerhans Islet Transplantation Insulin Viability Salivary gland