The endocrine function of heterotopic islets of Langerhans

Abstract

Islets of Langerhans may be removed from the pancreatic environment and transferred as autografts to a heterotopic site such as the spleen or liver. The success of such grafts has been equated with normoglycemia but success in dogs has been variable. We have developed a model of canine islet autografting that entails total pancreatectomy, preparation of a pancreatic suspension by perfusion of the pancreatic duct with collagenase, and delivery of the autograft to the spleen by reflux through tributaries of the splenic vein. In this study, fasting insulin response to intravenous glucose (0.5 g/kg), tolbutamide (0.5 g), glucagon (1.0 mg), and arginine (460 mg/kg) was measured before and 3 weeks after intrasplenic islet autografts. The 5 animals studied achieved fasting normoglycemia immediately; therefore, they were successful grafts. The response to glucose, however, was distinctly abnormal with statistically different peripheral insulin levels at 1, 3, 5, and 10 minutes. The insulin response was graphed, the area under the curve determined, and the integrated response was only 20% of preoperative controls. This diminished insulin response was reflected in impaired glucose clearance with a K value of 1.95 ± 0.24 in grafted animals compared to 3.12 ± 0.74 in preoperative controls. Peak insulin responses, however, to tolbutamide (70.4% of normal), glucagon (85.4%), and arginine (94.7%) were not statistically different in grafted animals compared to controls. The disparity of beta cell response to these various secretagogues suggests significant alteration of beta cell function either as a consequence of heterotopic placement, grafting injury, or accommodation to reduced islet number. Comparison of these data with those obtained in other systems supports some sort of accommodation to explain these beta cell changes.

Résumé

Les îlots de Langerhans peuvent être extraits de leur environnement pancréatique et transplantés comme autogreffe sur un site hétérotypique tel que la rate ou le foie. La normoglycémie est assimilable au succès de la greffe mais ces résultats varient chez le chien. Les auteurs ont développé un modèle d'autogreffe des îlots chez le chien comprenant une pancréatectomie totale, une préparation de suspension pancréatique obtenue par perfusion du canal pancréatique avec de la collagènase. La transplantation splénique est obtenue par reflux à travers les affluents de la veine splénique. La réponse insulinique rapide à l'injection de glucose intraveineux (0.5 mg/kg), tolbutamide (0.5 g), glucagon (1.0 mg), et arginine (460 mg/kg) est mesurée avant et 3 semaines après la greffe. Les 5 animaux étudiés montrent immédiatement une normalisation rapide de la glycémie; la greffe est donc un succès. Par contre, la réponse à l'injection de glucose est distinctement anormale avec des niveaux périphériques d'insuline statistiquements différents à 1, 3, 5, et 10 minutes après injection. La réponse insulinique est représentée sur un graphe. L'aire située sous la courbe obtenue et la réponse intégrée représente seulement 20% du témoin préopératoire. Cette diminution de la réponse insulinique reflète une altération de la clearance du glucose avec une valeur K de 1.95 ± 0.24 chez les animaux greffés comparée aux 3.12 ± 0.74 des témoins préopératoires. Par contre le pic de réponse insulinique au tolbutamide (70.4%), au glucagon (85.4%), et à l'arginine (94.7%) ne sont pas statistiquement différents entre les animaux greffés et les témoins. La disparité de réponse des cellules béta à ces stimulateurs de la sécrétion suggère une altération significative de la fonction de ces cellules. Cette altération pourrait être la conséquence de la situation hétérotypique, d'un traumatisme lors de la greffe ou de la mise en place d'un nombre réduit d'ilots. La comparaison de ces résultats avec ceux obtenus dans d'autres systèmes doit tenir compte d'une telle mise en place pour expliquer les modifications des cellules béta.

Resumen

Los islotes de Langerhans pueden ser removidos del ambiente pancreático y transferidos en forma de autoinjertos a un lugar heterotópico tal como el bazo o el hígado. El éxito de tales injertos o trasplantes ha sido determinado por la conversión a normoglicemia, pero el éxito ha sido variable en perros. Hemos desarrollado un modelo de autoinjerto canino de islotes, el cual comprende pancreatectomía total, preparación de una suspensión pancreática mediante perfusión del canal pancreático con colagenasa y ubicación del autoinjerto en el bazo por reflujo a través de la vena esplénica. En este estudio se hizo la medición de la respuesta insulínica a glucosa intravenosa (0.5 gm/kg), tolbutamida (0.5 g), glucagón (1.0 mg), y arginina (460 mg/kg) antes y 3 semanas después del trasplante intraesplénico de islotes. Los 5 animales estudiados lograron inmediatamente normoglicemia de ayuno, lo cual es indicativo de éxito. Sinembargo, la respuesta a la glucosa apareció claramente anormal con niveles estadísticamente diferentes de insulina periférica a los 1, 3, 5, y 10 minutos. La respuesta insulínica fue colocada en forma de gráfica para la determinación del área bajo la curva, lo cual mostró que la respuesta integrada fue de solo 20% de los controles preoperatorios. Esta disminuida respuesta insulínica se reflejó en una alterada depuración de glucosa con un valor K de 1.95 ±0.24 en los animales trasplantados contra 3.12 ±0.74 en los controles preoperatorios. Sinembargo, los valores pico de la respuesta insulínica a la tolbutamida (70.4% del normal), glucagón (85.4%), y arginina (94.7%) no fueron estadísticamente diferentes en los animales trasplantados en comparación con los controles. La disparidad de la respuesta de las células beta a estos diversos secretagogos sugiere una alteración de la función de las células beta, bien como consecuencia de la ubicación heterotópica, como lesion del injerto, o como acomodación a un reducido numéro de islotes. La comparación de estos datos con los que han sido obtenidos en otros sistemas da apoyo a la hipótesis de algún tipo de acomodación o adaptación que explique estos cambios en las células beta.