Hexanoyl- and acetyl-glycol chitosan derivatives for functional pancreatic islet cell spheroid

Abstract

췌장 소도 이식은 1형 당뇨 치료방법 중 근본적이고 이상적인 치료 방법으로 다양하게 연구되고 있다. 췌장 소도는 그 크기가 크기 때문에 이식된 이후 저산소증이 발생하기 쉽다. 기존의 췌장 소도보다 크기가 작은 췌장 소도 세포 스페로이드를 이용하면 이러한 문제를 해결할 수 있다. 세포 스페로이드를 만드는데 여러 방법이 존재하나 기존의 방법들은 대량 생산의 어려움, 낮은 수득률 등의 단점을 가지고 있다. 키토산은 칼슘 킬레이팅을 할 수 있으므로 세포 표면의 칼슘 이온의 양을 늘려주어 세포 응집을 촉진할 수 있음이 밝혀져 있다. 이 점을 이용하여 키토산을 이용하여 세포 스페로이드를 만들 수 있고 기존의 세포 스페로이드 제조법이 가진 단점을 해결할 수 있을 것이라 예상할 수 있다. 하지만 키토산은 물에 대한 용해도가 낮고 온도의 변화에 따른 점도의 변화가 거의 없기 때문에 세포 스페로이드를 만듦에 있어 부족한 점이 존재한다. 이를 해결하기 위해 온도 감응성을 지닌 글리콜 키토산 유도체에 해당하는 AGC, HGC를 사용하여 세포 스페로이드를 제조한다. AGC와 HGC는 온도가 상승하면 점도가 높아져 세포의 응집이 과하게 일어나지 않게 조절해주는 역할을 하고 세포 스페로이드 생성 이후 온도를 낮춰주면 점도가 낮아져 생성된 세포 스페로이드의 회수가 용이하다는 장점이 있다. 아실기로 치환된 비율이 높을수록 점도가 높아진다는 특징이 있고 이를 이용하여 세포 스페로이드의 수득률이 가장 높은 조건을 찾아내었다. AGC는 5% (w/v)의 농도로 증류수에 녹여 20웰 플레이트에 코팅을 해주고 HGC는 치환율 20%를 사용하고 0.5% (w/v)의 농도로 배지에 녹여 AGC가 코팅된 웰 플레이트에 넣어주었다. 생성된 스페로이드는 기존의 췌장 소도와 비교하였을 때 인슐린 분비 기능이 떨어지지 않았으며 크기는 더 작아 더 성공적인 이식을 할 수 있을 것이라 예상할 수 있다.; Pancreatic islet transplantation has considered as a tremendous strategy for the treatment of type 1 diabetes mellitus, providing insulin independence to patients. However, clinical success of islet transplantation is limited due to donor insufficient, immune response, and hypoxic stress after implantation procedure. Particularly, the oxidative stress is a major obstacle to long-term islet survival. About 70% of transplanted islets undergoes oxidative stress one day after transplantation because transplanted islets lose their own vasculature and revascularization requires more than two weeks. This hypoxia induces the apoptosis in the centers of islets due to their relative large size (80~300 μm). Therefore, generating small size of islets is important to prevent nutrient- and oxygen-deprived states. To do that, in this study, we present a novel, potent method to generate islet spheroid using hexanoyl glycol chitosan (HGC) and acetyl glycol chitosan (AGC). In brief, 24 well-plate was coated by AGC (5%) and trypsinized islet single cell was cultured in AGC-coated dish with a HGC (0.5%) supplementation. Results demonstrated that small size (31 μm) of islet cluster was generated in AGC-coated dish with a HGC supplementation while relative large size (96 μm) of islet cluster was formed in untreated control dish. In addition, this small size of islets shows good insulin secretion ability, however, islets totally lost their function in the control group. Taken together, we newly developed the technology that can generate functional, small islets. This technique would enable successful islet transplantation by suppressing the hypoxia-induced rejection of islet grafts.