DE4321104B4 - Method and apparatus for isolating islets of Langerhans - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Isolieren von Langerhans-Inseln aus einem Pankreas, insbesondere
seinem kaudalen Teil, bei dem kontinuierlich eine Flüssigkeit
in das Innere des Pankreas eingeführt wird, der Pankreas einem Strom
einer Digestionsflüssigkeit
ausgesetzt wird und die aus dem Pankreas herausgelösten Inseln
anhand ihrer Abmessungen und/oder ihrer Dichte vom übrigen Gewebe
getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in das Innere des
Pankreas (15), eine gekühlte
Perfusionsflüssigkeit
eingeführt
wird,
dass gleichzeitig die Digestionsflüssligkeit von außen auf den
Pankreas (15) einwirkt und
dass der Digestionsprozess, der
auf die in der Digestionsflüssigkeit
mitgeführten
Inseln einwirkt, stromab des Pankreas (15) unterbunden wird, wobei
die Inseln kontinuierlich aus der Digestionsflüssigkeit isoliert und in eine
gekühlte Lagerflüssigkeit
eingeführt
werden.A method for isolating islets of Langerhans from a pancreas, in particular its caudal part, in which a liquid is continuously introduced into the interior of the pancreas, the pancreas is exposed to a flow of a digestive fluid and the islands detached from the pancreas are measured by their dimensions and / or their density separated from the rest of the tissue, characterized in that in the interior of the pancreas (15), a cooled perfusion liquid is introduced,
that at the same time the Digestionsflüssligkeit acts from the outside on the pancreas (15) and
that the digestion process, acting on the islands carried in the digestion liquid, is stopped downstream of the pancreas (15), the islets being continuously isolated from the digestion liquid and introduced into a cooled storage liquid.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Isolieren von Langerhans-Inseln aus einem Pankreas, insbesondere seinem kaudalen Teil, bei dem kontinuierlich eine Flüssigkeit in das Innere des Pankreas eingeführt wird, der Pankreas einem Strom einer Digestionsflüssigkeit ausgesetzt wird und die aus dem Pankreas herausgelösten Inseln anhand ihrer Abmessungen und/oder ihrer Dichte vom übrigen Gewebe getrennt werden.The This invention relates to a method for isolating islets of Langerhans from a pancreas, especially its caudal part, in which continuous a liquid is introduced into the interior of the pancreas, the pancreas one Stream of a digestion fluid is exposed and the islands detached from the pancreas based on their dimensions and / or their density from the rest of the tissue be separated.
Die Isolation der Langerhans-Inseln aus dem Gewebe eines Pankreas, also einer Bauchspeicheldrüse, ist eine unabdingbare Voraussetzung für eine Transplantation der Inseln, wobei insbesondere die Inseln aus dem kaudalen Teil der Bauchspeicheldrüse von Schweinen zum Einsetzen in menschliches Gewebe geeignet sind. Isolierte Langerhans-Inseln finden außerdem in Bioreaktoren zur Insulinproduktion und in der medizinischen und biologischen Forschung Verwendung.The Isolation of the islets of Langerhans from the tissue of a pancreas, ie a pancreas, is an indispensable prerequisite for a transplant of the Islands, in particular the islands from the caudal part of pancreas of pigs are suitable for insertion into human tissue. Isolated Langerhans islands are also found in bioreactors Insulin production and in medical and biological research Use.
In der Zeitschrift "Diabetes", Band 35 (Juni 1986) beschreiben C. Ricordi et al. auf den Seiten 649-653 ein Verfahren zur Isolation von Langerhans-Inseln aus dem Pankreas von Schweinen, bei dem eine Digestions- (Verdauungs-) flüssigkeit in den Hauptkanal des Pankreas injiziert wird und über eine längere Zeit einwirkt. Anschließend werden die Inseln aus dem mechanisch zerkleinerten Pankreas isoliert, wobei die Inseln anschließend zunächst durch einen Filter und schließlich durch eine Zentrifuge von dem übrigen Gewebe und der Digestionsflüssigkeit getrennt werden.In the journal "Diabetes", Volume 35 (June 1986) describe C. Ricordi et al. on pages 649-653 a method for the isolation of Langerhans pancreas islands of pigs, in which a digestive (Digestive) fluid is injected into the main canal of the pancreas and over a longer period of time acts. Subsequently the islands are isolated from the mechanically minced pancreas, the islands subsequently first through a filter and finally through a centrifuge from the rest Tissue and the digestive fluid be separated.
R. Calafiore et al. beschreiben in der Zeitschrift "Metabolism", Band 39 Nr. 2 (Februar 1990) auf den Seiten 175-181 ein anderes Verfahren zur Isolation von Langerhans-Inseln aus Bauchspeicheldrüsen, bei dem die Digestionsflüssigkeit in einem Kreislauf zirkuliert und durch den Hauptkanal in den Pankreas eingeführt wird. Nach einem längeren Zeitintervall wird der Pankreas einer mechanischen Vibration ausgesetzt, wobei das – verdaute – Gewebe zerfällt und die Inseln aus der Digestionsflüssigkeit entnommen und durch Zentrifugieren isoliert werden.R. Calafiore et al. describe in the journal "Metabolism", Volume 39, No. 2 (February 1990) on the Pages 175-181 describes another method for isolation of islets of Langerhans from pancreas, in which the digestion liquid circulated in a circuit and through the main canal into the pancreas introduced becomes. After a longer Time interval, the pancreas is subjected to a mechanical vibration, wherein the - digested - tissue decays and the islands removed from the digestion liquid and isolated by centrifugation.
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Dokument
Als nachteilig ist bei den bekannten Verfahren zur Isolation von Langerhans-Inseln anzusehen, daß sich die nahe der Oberfläche des Pankreas positionierten Inseln, nachdem das sie umgebende Gewebe abgebaut ist, vom Pankreas ablösen und ihrerseits von der Digestionsflüssigkeit angegriffen werden, so daß häufig ihre Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird. Gleichzeitig werden die im Inneren des Pankreas angeordneten Inseln erst relativ spät von der Digestionsflüssigkeit erreicht, wobei das sie umgebende Gewebe nach Beendigung des Digestionsprozesses erst teilweise verdaut ist, weshalb nur ein Teil dieser Inseln beim anschließenden Separationsprozeß vom übrigen Gewebe abgetrennt wird. Außerdem beeinträchtigen individuelle Unterschiede in der Qualität und Struktur der Pankreata die Reproduzierbarkeit des Isolationsprozesses, wobei die Ausbeute der Langerhans-Inseln nach zu kurzer Digestionszeit stark reduziert ist und nach zu langer Digestionszeit deren Funktionalität beeinträchtigt wird.When A disadvantage of the known methods for the isolation of islets Langerhans to look at that the near the surface of the pancreas-positioned islands after surrounding tissue degraded, detach from the pancreas and in turn attacked by the digestive fluid, so often theirs operability impaired becomes. At the same time, they are placed inside the pancreas Islands only relatively late from the digestion fluid achieved, with the surrounding tissue after completion of the digestion process only partially digested, which is why only a part of these islands at subsequent Separation process from the remaining tissue is separated. Furthermore impair individual differences in the quality and structure of pancreata the reproducibility of the isolation process, the yield the Langerhans islands after a short digestion time greatly reduced is and after too long digestion time their functionality is impaired.
Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Isolation von Langerhans-Inseln und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Apparatur so zu gestalten, daß die Reproduzierbarkeit und die Ausbeute verbessert ist.outgoing The invention is based on the problem of the prior art a process for isolating islets of Langerhans and one for carrying out the Process suitable apparatus to be designed so that the reproducibility and the yield is improved.
Dieses Problem wird mit dem Verfahren des Anspruchs 1 bzw. mit dem Gegenstand des Anpruchs 3 gelöst.This Problem is solved with the method of claim 1 or with the object of Anpruchs 3 solved.
Dem gemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß in das Innere des Pankreas, vorzugsweise in den Hauptkanal eine gekühlte Perfusionsflüssigkeit eingeführt wird, daß gleichzeitig die Digestionsflüssigkeit von außen auf den Pankreas einwirkt und daß der Digestionsprozeß, der auf die in der Digestionsflüssigkeit mitgeführten Inseln einwirkt, stromab des Pankreas unterbunden wird, wobei die Inseln kontinuierlich aus der Digestionsflüssigkeit isoliert und in eine gekühlte Lagerflüssigkeit eingeführt werden.the according to that Problem solved by that in the interior of the pancreas, preferably in the main channel a cooled perfusion fluid introduced will that at the same time the digestive fluid from the outside on the pancreas, and that the digestive process, which is on in the digestive fluid entrained Islands is prevented, downstream of the pancreas is prevented, the Islets continuously isolated from the digestion fluid and into a chilled bearing liquid introduced become.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den Digestionsprozeß im Inneren des Pankreas durch eine gekühlte Perfusionsflüssigkeit zu unterbinden, wäh rend seine Oberfläche von der Digestionsflüssigkeit umspült wird und die darin mitgeführten Inseln stromab des Pankreas fortlaufend in eine nicht digestiv wirkende Lagerflüssigkeit eingebracht werden. Die vorzugsweise in den Hauptkanal des kaudalen Teils des Pankreas kontinuierlich eingeführte, gekühlte Perfusionsflüssigkeit dient dazu, durch Vergrößerung des Organvolumens das Gewebe zu dehnen, wobei gleichzeitig eine ernährende und reinigende Durchströmung erfolgt. Durch die niedrige Temperatur der Perfusionsflüssigkeit werden durch den fehlenden Blutkreislauf bedingte Schädigungen der Zellen unterbunden und der Digestionsprozeß auf das Äußere des Pankreas begrenzt. Die auf seine Oberfläche einwirkende, vorbeiströmende Digestionsflüssigkeit löst die Langerhans-Inseln in an sich bekannter Weise aus dem Gewebe des Pankreas heraus und führt sie, nachdem sie vom umgebenden Gewebe abgelöst sind, mit. Um die Funktionsfähigkeit der Inseln zu erhalten, wird der Verdauungsprozeß stromab des Pankreas unterbunden und die Inseln werden fortlaufend von den übrigen Gewebepartikeln und der Digestionsflüssigkeit isoliert, wobei bekannte mechanische, die Inseln anhand ihrer Abmessungen oder ihrer Dichte separierende Verfahren zum Einsatz kommen. Die abgetrennten Inseln werden schließlich in eine Lagerflüssigkeit eingeführt, deren Kühlung eine relativ lange Lagerzeit ermöglicht, ohne daß Beeinträchtigungen der Inseln zu befürchten sind.The essence of the invention is to suppress the digestion process inside the pancreas by a cooled perfusion, currency rend its surface is washed by the digestive liquid and the entrained islands are introduced downstream of the pancreas continuously in a non-digestive acting storage liquid. The cooled perfusion liquid, which is preferably introduced continuously into the main channel of the caudal part of the pancreas, serves to expand the tissue by increasing the volume of the organ while at the same time providing nourishing and purifying perfusion. Due to the low temperature of the perfusion fluid who prevented the damage caused by the lack of blood circulation of the cells and limited the digestive process on the exterior of the pancreas. The acting on its surface, flowing past digestion liquid dissolves the islets of Langerhans in a conventional manner out of the tissue of the pancreas and leads them, after they are detached from the surrounding tissue, with. In order to maintain the functionality of the islands, the digestive process downstream of the pancreas is stopped and the islands are continuously isolated from the remaining tissue particles and the digestion fluid, using known mechanical methods which separate the islands according to their dimensions or their density. The separated islands are finally introduced into a storage liquid, the cooling of which allows a relatively long storage time, without disturbing the islands are to be feared.
Der Vorteil der Erfindung besteht vornehmlich darin, daß eine hohe Ausbeute an Langerhans-Inseln erreichbar ist. Da die Inseln nur jeweils während des zum Abbau des sie umgebenden Gewebes notwendigen Zeitintervalls mit der Digestionsflüssigkeit in Kontakt stehen, ist eine Schädigung nicht zu erwarten. Die im Inneren des Pankreas angeordneten Zellen werden durch die Perfusionsflüssigkeit gereinigt und gespült, wobei der Digestionsprozeß aufgrund der durch die Perfusion bewirkten Volumenvergrößerung des Gewebes beschleunigt abläuft und die Inseln keine Schädigungen durch die fehlende Blutzirkulation erfahren.Of the Advantage of the invention consists primarily in that a high Yield of Langerhans islands is achievable. Because the islands only each while the time interval required to break down the surrounding tissue with the digestion fluid are not in harm's way expected. The cells arranged inside the pancreas become through the perfusion fluid cleaned and rinsed, the digestion process due to accelerated by the perfusion volume increase of the tissue expires and the islands no damage experienced by the lack of blood circulation.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß das Innere, insbesondere der Hauptkanal des Pankreas mit einem Katheter versehen ist, der vorzugsweise über eine Pumpe mit einem Perfusionsflüssigkeitsbehälter verbunden ist, der Pankreas in einer von der Digestionsflüssigkeit durchströmten Reaktionskammer positioniert ist und die in der Digestionsflüssigkeit mitgeführten Inseln stromab der Reaktionskammer in einen gekühlten Lagerflüssigkeitsbehälter geleitet werden, wobei am Auslaß der Reaktionskammer ein Sieb angeordnet ist, dem vorzugsweise ein Dekanter und/oder ein Filter in Stromrichtung nachgeschaltet ist, und anschließend eine Zentrifuge die Inseln aus dem übrigen Gewebe und der Digestionsflüssigkeit abtrennt.The Apparatus for carrying out the method according to the invention is characterized by the fact that the Interior, especially the main canal of the pancreas with a catheter is provided, preferably over a pump connected to a perfusion fluid container is the pancreas in a reaction chamber through which the digestive fluid flows is positioned and the entrained in the digestion liquid islands passed downstream of the reaction chamber in a cooled storage liquid container be, wherein at the outlet of the reaction chamber a sieve is arranged, preferably a decanter and / or a filter is downstream in the flow direction, and then a centrifuge the islands from the rest Tissue and the digestive fluid separates.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung gerichtet.The under claims are in advantageous embodiments directed the invention.
Die Zuführung der Perfusionsflüssigkeit aus einem geeigneten, gekühlten Vorratsbehälter in einen vor zugsweise in den Hauptkanal des Pankreas eingeschobenen Katheter kann in vorteilhafter Weise über eine selbsttätig arbeitende Pumpe erfolgen. Der Pankreas ist in einer Reaktionskammer angeordnet und wird von der Digestionsflüssigkeit umströmt, wobei stromab der Reaktionskammer zunächst ein Sieb, dann evtl. ein Dekanter und/oder ein Filter und des weiteren eine Zentrifuge zur Abtrennung der mitgeführten Inseln in der Digestionsflüssigkeit und anderen Gewebepartikeln vorhanden ist. In einem Dekanter bilden die mitgeführten schwereren Gewebeteile einen Niederschlag, während sich die freien Inseln aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichtes darüber anordnen. Ein in geeigneter Höhe positionierter Abfluß ermöglicht, einen hohen Anteil an Inseln enthaltende Verdauungsflüssigkeit abzulassen und in den Lagerflüssigkeitsbehälter zu übertragen. Es erfolgt – ähnlich wie bei einem Filter – eine Trennung der Flüssigkeit vom Gewebe. Eine Zentrifuge ermöglicht, die Inseln aufgrund ihres spezifischen Gewichtes von den übrigen Gewebeteilen und den flüssigen Bestandteilen zu separieren, so daß sie anschließend in den Lagerflüssigkeitsbehälter verbracht werden können. Durch eine kontinuierlich arbeitende, mit geeigneten Zu- und Abflüssen versehene Zentrifuge erfolgt die Separierung der Inseln vom übrigen Gewebe. Anstelle des Dekantes kann die Verwendung von Filtern geeigneter Maschenweite erfolgen. Die Aufgabe des Siebes besteht darin, aus der Reaktionskammer die Langerhans-Inseln sowie Gewebepartikel von entsprechender Größe zusammen mit der Digestionsflüssigkeit abzuseparieren und nach außen zu führen. Par tikel mit einem Querschnitt, der den der Inseln überschreitet, werden nicht aus der Reaktionskammer entlassen. Der Lagerflüssigkeitsbehälter ist mit einer nicht digestiv wirkenden Lagerflüssigkeit gefüllt, wobei seine niedrige Temperatur ebenfalls zur Unterbindung des Abbauprozesses beiträgt.The feed the perfusion fluid from a suitable, cooled reservoir in a preferably inserted into the main channel of the pancreas Catheter can advantageously have a self-acting Pump done. The pancreas is placed in a reaction chamber and is from the digestive fluid flows around, wherein downstream of the reaction chamber, first a sieve, then possibly a Decanter and / or a filter and further a centrifuge for Separation of entrained Islands in the digestion fluid and other tissue particles. Form in a decanter the carried heavier tissues precipitate while the free islands Arrange over it due to their lower specific gravity. A suitable height positioned drain allows a high proportion of islets containing digestive fluid drain and transfer to the storage liquid container. It done - similar to with a filter - a Separation of the liquid from the tissue. A centrifuge allows the islands due to their specific weight from the remaining tissue parts and the liquid To separate components so that they then in spent the storage liquid container can be. By a continuously working, with suitable inflows and outlets provided Centrifuge is the separation of the islands from the rest of the tissue. Instead of the decanter, the use of filters may be more appropriate Mesh size done. The job of the sieve is to get out of the Reaction chamber the Langerhans islands and tissue particles of corresponding Size together with the digestion fluid abzuseparieren and to the outside respectively. Particles with a cross-section exceeding that of the islands, are not released from the reaction chamber. The storage liquid container is filled with a non-digestive bearing fluid, wherein its low temperature also prevents the degradation process contributes.
Prinzipiell zwar wäre denkbar, die Digestionsflüssigkeit nach dem Separieren der Inseln in einem Behälter zu sammeln und der Entsorgung zuzuführen, wobei jedoch die finanziellen Nachteile und die entstehende Umweltbelastung als nachteilig anzusehen wären. Daher ist vorgeschlagen, zumindest einen Teil der Digestionsflüssigkeit zirkulieren zu lassen, also nach der Abtrennung der Inseln in die Reaktionskammer zurückzuführen.in principle although that would be conceivable, the digestion fluid after separating the islands in a container to collect and disposal supply, However, the financial disadvantages and the resulting environmental impact would be considered disadvantageous. It is therefore proposed to use at least part of the digestion fluid to circulate, ie after the separation of the islands in the Attributed reaction chamber.
Zur Bewegung der Digestionsflüssigkeit ist empfohlen, eine Umwälzpumpe in den Kreislauf zu integrieren.to Movement of the digestion fluid is recommended a circulation pump to integrate into the cycle.
Die Temperatur der auf die Oberfläche des Pankreas einwirkenden Digestionflüssigkeit wird vorteilhafterweise durch einen stromauf der Reaktionskammer angeordneten, mit einem Thermostaten verbundenen Wärmetauscher bestimmt, wobei die für die Herstellung reproduzierbarer Ergebnisse unabdingbare Temperaturkonstanz gewährleistet ist. Die bevorzugte Temperatur der in die Reaktionskammer einfließenden Digestionsflüssigkeit beträgt etwa 37°C bis 38°C, da der Digestionsprozeß bei einer normalen Körpertemperatur mit optimaler Geschwindigkeit abläuft, während eine temperaturbedingte Schädigung der Inseln nicht zu befürchten ist.The temperature of the digestion liquid acting on the surface of the pancreas is advantageously determined by a heat exchanger arranged upstream of the reaction chamber and connected to a thermostat, the temperature stability which is indispensable for the production of reproducible results being ensured. The preferred temperature of the inflowing into the reaction chamber digestion liquid is about 37 ° C to 38 ° C, since the digestion process in a normal body temperature at optimal speed, while a temperature-induced damage to the islands is not to be feared.
Die Digestionsflüssigkeit durchläuft, nachdem sie die Reaktionskammer verlassen hat, zweckmäßigerweise einen Wärmetauscher, in dem ihre Temperatur vorzugsweise auf 4°C reduziert wird. Der entscheidende Vorteil besteht darin, daß der Digestionsprozeß aufgrund der Temperaturerniedrigung unverzüglich abgebrochen wird, so daß das in der Digestionsflüssigkeit mitgeführte Gewebe, insbesondere die Langerhans-Inseln nicht mehr von der Digestionsflüssigkeit angegriffen werden können.The Digestion liquid goes through after leaving the reaction chamber, suitably a heat exchanger, in which its temperature is preferably reduced to 4 ° C. The decisive one Advantage is that the Digestion process due the temperature reduction is stopped immediately, so that this in the digestion fluid entrained Tissue, especially the islets of Langerhans no longer of the digestive fluid can be attacked.
Weiterhin ist empfohlen, daß auch die Temperatur der Perfusionsflüssigkeit und/oder der Lagerflüssigkeit etwa 4°C beträgt, da diese Temperatur zum einen den Digestionsprozeß im von der Perfusionsflüssigkeit durchströmten Inneren des Pankreas unterbindet und zum anderen erlaubt, die Inseln über einen längeren Zeitraum zu lagern.Farther it is recommended that too the temperature of the perfusion fluid and / or the storage liquid about 4 ° C is, because this temperature on the one hand the digestion process in the perfusion fluid perfused Inside of the pancreas prevents and on the other hand allows the islands over one longer Store period.
Zur Unterbindung des Digestionsprozesses in der Lagerflüssigkeit bietet sich an, sie mit einem Anteil Serum und/oder Enzyminhibitoren zu versehen; im speziellen beträgt der Anteil des Serums etwa 10%.to Inhibition of the digestion process in the storage fluid lends itself, with a proportion of serum and / or enzyme inhibitors to provide; in particular the proportion of serum is about 10%.
Schließlich ist vorgeschlagen, als Perfusionsflüssigkeit ein Gemisch aus Kollagenase und einer Salzlösung einzusetzen.Finally is proposed as a perfusion fluid to use a mixture of collagenase and a saline solution.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiel der Erfindung am Hand der Zeichnung näher erläutest.in the Following are embodiments of Invention on the hand of the drawing explains in more detail.
Sie zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Isolation von Langerhans-Inseln aus einem Pankreas.she shows a schematic representation of a device for insulation of islets of Langerhans from a pancreas.
Ein
Pankreas (
Im Ergebnis erhält man ein Verfahren zur Isolation Langerhans'scher Inseln aus einem Pankreas, das sich durch eine gegenüber bekannten Verfahren stark verbesserte Ausbeute, Reproduzierbarkeit und eine Verbesserung der Funktionalität auszeichnet.in the Result receives A method for isolating Langerhans islands from a pancreas, the through one opposite Known methods greatly improved yield, reproducibility and an improvement in functionality.
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