Pretransplant Tolerance Induction Reduces the Islet Mass Required to Reverse Diabetes in NOD Mice

Islet transplantation can restore normoglycemia in diabetic patients. However, its application is limited by the high number of islets required to reverse diabetes. As the mass and potency of most human islet preparations are marginal, a large impact on the applicability of islet transplantation is expected from the implementation of strategies that improve engraftment of these islet preparations. The roles of adaptive immunity and immunosuppression on islet engraftment are not well studied. Therefore, the effects of currently used immunosuppression with antilymphocyte serum, tacrolimus and sirolimus on islet engraftment were separated from their impact on immunity and diabetes reversal rates were compared after islet allotransplantation in immunosuppressed and chimeric, non-immunosuppressed NOD mice. Both strategies prevented rejection of islet allografts and reduced the frequency of donor-specific, IFN-gamma-secreting T cells. However, in order to achieve stable diabetes reversal with a probability of about 80% after islet allotransplantation in diabetic NOD mice, a fourfold higher islet mass (400 islets) was required in immunosuppressed recipients, compared with non-immunosuppressed recipients made tolerant pretransplant by induction of mixed hematopoietic chimerism (100 islets). The failure of immunosuppressed mice to become normoglycemic after low-dose islet transplantation primarily resulted from the inhibitory effects of tacrolimus combined with sirolimus on islet engraftment and not from the inhibitory effects of this combination on islet graft function. These data suggest that immunotherapeutic strategies that control adaptive immunity without interfering with islet neovascularization or other processes critical to islet engraftment are likely to improve the success rate of marginal mass human islet allografts.Inselzelltransplantation kann erfolgreich Normoglykämie in Patienten mit Diabetes mellitus herstellen, jedoch ist die Anwendung limitiert durch die hohe Anzahl an Inselzellen, die notwendig ist, um Insulinfreiheit zu erreichen. Die routinemäßige Anwendung der Inselzelltransplantation in der Klinik hängt davon ab, Strategien zu finden, das Ergebnis von Transplantationen mit marginaler Inselzellmasse zu verbessern. Dabei ist der Einfluss von adaptiver Immunantwort und Immunsuppression auf die Inselzelltransplantation, insbesondere auf die Einnistung der Inselzellen in ihre neue Umgebung, nicht genau untersucht. Die Effekte der zur Zeit gebräuchlichen Immunsuppression nach dem Edmonton Protokoll auf Inselzellen wurden daher getrennt untersucht von ihrem Einfluss auf das Immunsystem. Die erfolgreiche Diabetesbehandlung nach allogener Inselzelltransplantation wurde verglichen mit nicht-immunsupprimierten NOD Mäusen, die zuvor eine Knochenmarkstransplantation erhielten und als Knochenmarkchimäre tolerant gegenüber den allogenen Inselzellen waren. Beide Behandlungsmöglichkeiten verhinderten eine Abstoßung der Inselzellen, jedoch waren in immunsupprimierten Mäusen vierfach mehr Inselzellen nötig (400 Inseln) als in chimären NOD Mäusen (100 Inseln), um Diabetes mellitus erfolgreich zu behandeln. Das Misslingen in immunsupprimierten NOD Mäuse Normoglykämie zu erreichen lag vornehmlich an den hemmenden Effekten von Sirolimus und Tacrolimus an der Inselzelleinnistung, weniger an hemmenden Effekten dieser Immunsuppressiva auf die Inselzellfunktion. Diese Unterscheidung ist wichtig für das Design neuer Immunsuppressions-Protokolle in der Zukunft. Des Weiteren deuten die Ergebnisse an, dass immunotherapeutische Strategien, die die Immunität kontrollieren ohne die Neovascularisation der Inselzellen oder andere für die Einnistung kritische Prozesse zu hemmen, die Erfolgsrate der Inselzelltransplantation verbessern sollten