Isolated human islets require hyperoxia to maintain islet mass, metabolism, and function

分離的人胰島需要高氧來維持胰島質量、代謝和功能

來源 Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 470, 2016, Pages 534-538

《生物化學與生物物理研究通訊》，第470卷，2016年，第534-538頁

 

摘要

這篇論文研究了氧分壓對分離人胰島存活和功能的影響。胰島移植是治療1型糖尿病的有效方法，但移植后缺氧常導致移植失敗。研究通過體外培養人胰島在不同氧分壓（pO2）環境中，發現高氧條件（270或350 mmHg）比常氧（160 mmHg）和低氧（90 mmHg）更能減輕胰島體積損失，維持更高的胰島活力、代謝活性和胰島素分泌功能。這表明在移植前后維持高氧環境可能改善移植結果。

 

研究目的

本研究旨在確定分離人胰島的最佳氧分壓，為移植前后提供最佳氧環境，以提高胰島存活率和功能，最終改善移植效率。

 

研究思路

研究將人胰島在體外培養7天，暴露于不同氧分壓（低氧90 mmHg、常氧160 mmHg、高氧270或350 mmHg）。首先通過計算機模擬和實際測量（使用丹麥Unisense氧微電極）驗證培養基中的pO2。然后評估胰島體積變化、活力（FDA/PI染色）、代謝（氧消耗率OCR）和功能（葡萄糖刺激的胰島素分泌）。通過比較不同氧條件下的結果，確定最優氧分壓。

 

測量的數據及研究意義

1 pO2模擬和測量數據：來自圖1。模擬顯示pO2梯度，實際測量pO2在低氧、常氧和高氧下分別為90、160、270和350 mmHg。研究意義在于直接驗證培養條件對氧環境的影響，強調實際測量pO2的重要性，為優化培養條件提供準確數據基礎。

 

2 胰島體積變化數據：來自圖2C。高氧條件（270和350 mmHg）顯著減輕胰島體積損失。研究意義表明高氧能保護胰島結構完整性，減少培養過程中的降解，對移植前胰島保存有重要應用價值。

 

3 胰島活力數據：來自圖3A和B。高氧維持更高胰島活力，大胰島（250-500μm）活力低于小胰島（150-250μm）。研究意義顯示氧分壓對細胞存活有直接影響，高氧可降低中央壞死，提高移植胰島質量。

 

4 代謝數據（氧消耗率OCR）：來自圖3C。高氧條件下胰島OCR顯著高于低氧。研究意義在于OCR反映線粒體代謝活性，高氧維持代謝健康，是預測移植成功的關鍵指標。

5 功能數據（胰島素分泌）：來自圖4。高氧改善葡萄糖刺激的胰島素分泌，刺激指數更高。研究意義證明高氧能保持胰島內分泌功能，確保移植后血糖調控能力。

 

 

 

結論

1 高氧條件（240-350 mmHg）能有效維持胰島體積、活力、代謝和功能，優于常氧和低氧。

2 氧分壓是影響胰島移植成功的關鍵因素，建議在移植前后維持高氧環境。

3 實際監測pO2至關重要，因為培養條件（如培養基體積）會影響氧可用性。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

本研究使用丹麥Unisense公司生產的氧微電極測量培養基底部的絕對氧分壓（pO2），這一技術具有重要研究意義。具體而言，電極在培養24小時后直接測量每個孔底部的pO2，提供了高精度、實時的氧分壓數據。測量結果顯示，在10%、21%、35%和50%氧濃度下，實際pO2分別為90、160、270和350 mmHg，與模擬結果基本一致，但低氧條件下因胰島氧消耗率較低而略有偏差。這種直接測量意義重大：首先，它驗證了計算機模擬的pO2梯度模型，確認了培養系統中氧分布的不均勻性；其次，排除了基于理論計算的誤差，確保了實驗條件的可靠性和可重復性；最后，強調了在胰島培養中監測實際pO2的必要性，因為氧消耗和培養基體積等因素會動態影響氧環境。總之，Unisense電極的應用為優化胰島培養條件提供了準確的數據支持，對提高移植成功率有直接貢獻。