Organo Isolato Vascolarizzato: un modello extracorporeo in evoluzione dall'applicazione in vitro all'in vivo nel trattamento del diabete

As of now, the available platforms for studying pancreatic endocrine (dys)function in vitro and validating their potential in vivo are based on isolated pancreatic islets removed from their natural environment. This method has limitations because the lack of a supportive ECM and proper vascular plexus negatively impacts both islet viability and endocrine functionality. There is an urgent need to develop a flexible platform with a dual potential (in vitro and in vivo) that integrates the endocrine cell mass, vasculature, and ECM as a single entity. We hypothesized that the microarchitecture of the whole decellularized rat lung would provide a strategic architecture to bioengineer the endocrine niche ex vivo. Specifically, we aimed to seed pancreatic islets in the alveolar space and re-vascularize the original vascular plexus. In this study, we built upon the established VIO platform and bioengineered an extracorporeal vascularized islet organ using human pancreatic islets and BOECs (namely hVIO) for in vitro platform evaluation and vascularized endocrine pancreas (namely VEP) using NPIs and BOEC for in vivo application. Different endocrine sources are utilized due to the reduced availability of human islets and to assess the plasticity of the engineered platform. For the in vitro study: we evaluated the predictive potential of this platform in pathophysiological studies. Our first milestone was verifying that the rat lung’s ECM preserved the viability and functionality of human islet and BOEC in long-term culture, restoring endocrine and vascular function. Secondly, considering the potential involvement of the IL-8- CXCR1/2 inflammatory pathway in T1D pathophysiology, we used the hVIO to dissect the effect of this pathway on the endocrine function. For the in vivo study: we used VEP to evaluate its potential in the preclinical model of islet transplantation as a potential platform for future clinical application. Additionally, as a link to the in vitro and in vivo project, we decided to preliminarily evaluate whether the VEP platform, in ex vivo fashion, may represent a good model to assess the xenogenic reaction by perifusion-activated leucocytes against the endocrine niche before moving the technology to an in vivo humanized mouse model.

Ad oggi, le piattaforme disponibili per studiare la (dis)funzione endocrina pancreatica in vitro e convalidarne il potenziale in vivo si basano su isole pancreatiche isolate rimosse dal loro ambiente naturale. Questo metodo presenta dei limiti perché la mancanza di una ECM di supporto e di un plesso vascolare adeguato influisce negativamente sia sulla vitalità delle isole che sulla loro funzionalità endocrina. È urgente sviluppare una piattaforma flessibile con un doppio potenziale (in vitro e in vivo) che integri la massa cellulare endocrina, la vascolarizzazione e la ECM come un'unica entità. Abbiamo ipotizzato che la microarchitettura dell'intero polmone di ratto decellularizzato fornisca un'architettura strategica per bioingegnerizzare la nicchia endocrina ex vivo. In particolare, abbiamo puntato a seminare le isole pancreatiche nello spazio alveolare e a rivascolarizzare il plesso vascolare originale. In questo studio, ci siamo basati sulla piattaforma VIO consolidata e abbiamo bioingegnerizzato un organo extracorporeo di isole vascolarizzato utilizzando isole pancreatiche umane e BOEC (chiamato hVIO) per la valutazione della piattaforma in vitro e un pancreas endocrino vascolarizzato (chiamato VEP) utilizzando NPI e BOEC per l'applicazione in vivo . Sono state utilizzate diverse fonti endocrine a causa della ridotta disponibilità di isole umane e per valutare la plasticità della piattaforma ingegnerizzata. Per lo studio in vitro : abbiamo valutato il potenziale predittivo di questa piattaforma in studi fisiopatologici. La nostra prima pietra miliare è stata la verifica che la ECM del polmone di ratto ha preservato la vitalità e la funzionalità di isole e BOEC umane in coltura a lungo termine, ripristinando la funzione endocrina e vascolare. In secondo luogo, considerando il potenziale coinvolgimento della via infiammatoria IL-8- CXCR1/2 nella fisiopatologia del T1D, abbiamo utilizzato l'hVIO per analizzare l'effetto di questa via sulla funzione endocrina. Per lo studio in vivo : abbiamo utilizzato la VEP per valutarne il potenziale nel modello preclinico di trapianto di isole come potenziale piattaforma per future applicazioni cliniche. Inoltre, come collegamento tra il progetto in vitro e quello in vivo , abbiamo deciso di valutare preliminarmente se la piattaforma VEP, in modalità ex vivo , possa rappresentare un buon modello per valutare la reazione xenogenica da parte dei leucociti attivati contro la nicchia endocrina, prima di trasferire la tecnologia a un modello murino umanizzato in vivo .