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Le traitement du Le traitement du diabète par diabète par transplantation d’îlots transplantation d’îlots de Langerhansde Langerhansde Langerhansde Langerhans

Axel Andres

Thierry Berney

Service de Transplantation

Hôpitaux Universitaires de Genève

Contrôle de la glycémie d’un patient Contrôle de la glycémie d’un patient diabétiquediabétique

DCCT. N Engl J Med 1993; 329: 977.

HbA1c -

Remplacement de la production d’insulineRemplacement de la production d’insuline

Transplantation de pancréas98% de fonction exocrine2% de fonction endocrine

Remplacement de la production d’insulineRemplacement de la production d’insuline

Transplantation de pancréas Transplantation d’îlots

NOTES ONDIABETES TREATED WITH EXTRACT AND BY GRAFTS OF SHEEP’S PANCREAS

By Patrick Watson-Williams

BRISTOL ROYAL INFIRMARY

« …my surgical colleague, Mr. Harsant, placed the patient underchloroform, while I extracted the pancreas with strict asepticprecautions from a freshlyslaughtered sheep, so that by the time the patient was anæsthetizedthe pancreas was at hand, and

Bristol, 1893

La première greffe d’îlots?La première greffe d’îlots?

BMJ, Dec 8, 1894, pp.1303-1304

« …the possibility of treatingpancreatic diabetes by means of graft of pancreas is likely to receive further attention in the immediate future… »

the pancreas was at hand, and three pieces each of the size of a Brazil nut had been grafted intothe subcutaneous tissue of the breast and abdomen… »

Saint Louis, 1972Première guérison d’un diabète chez un rongeur par injection intraportale d’îlots.

La première greffe d’îlots?La première greffe d’îlots?

d’îlots.Kemp CB, et al. Nature 1973; 244: 447.

Paul E. Lacy« Le père de la transplantation d’îlots »

Minneapolis, 1974Première (quoique de réussite modeste) transplantation d’îlots chez un être humain.Najarian JS, Sutherland DE, et al.

La première greffe d’îlots?La première greffe d’îlots?

David Sutherland

Najarian JS, Sutherland DE, et al.Transplant Proc 1977; 9: 233.

Les premiers résultatsLes premiers résultats

� Islet Transplant Alone (ITA),non-uremic patients with brittle type 1 diabetes

• 100% insulin independence• 4-14-month follow-up

Le grand tournantLe grand tournant

� Islet Transplant Alone (ITA),non-uremic patients with brittle type 1 diabetes (Severe hypoglycemia, unawareness)

� Sequential islet transplantation of at least 2 donors per recipient (>10’000 islets/kg)

� “Islet-sparing” immunosuppression :

Daclizumab - Sirolimus –low-dose Tacrolimus – No steroids

� Refined care in donor management and pancreas retrieval

� Isolation and purification process in cGMP conditions High-quality, high-purity islet preparations

L’isolement d’îlots: concept généralL’isolement d’îlots: concept général

Merani and Shapiro. Clin Sci 2006.

cGMP facility

Dissection du Pancreas

Perfusion Intraductale de collagenase

Circuit de digestion – Chambre de Ricordi

Pancreasdigest

Continuous Ficoll Islets

Centrifugation dans COBE 2991

Purification semiPurification semi--automatiqueautomatique

Continuous Ficolldensity gradient

Islets

Acinar tissue

La greffe d’îlotsLa greffe d’îlots

La veine porte est localiséepar échographie

La veine porte est cathéteriséesous controle radiologique

Infusion intraInfusion intra--portale percutanéeportale percutanée

par échographie sous controle radiologique

Cathéter dans la veine porte Infusion des îlots

Infusion intraInfusion intra--portale percutanéeportale percutanée

Insulin independence Graft function (C-peptide)

Résultats récents de la greffe d’îlotsRésultats récents de la greffe d’îlots

6th Annual ReportNovember 2009

Outcomes of 412 islet transplants reportedto CITR since 1999

25% at 4 yrs

HbA1c Besoins en insuline Hypoglycémies sévères

Résultats de la greffe d’îlots:Résultats de la greffe d’îlots:

Quelques éléments de GRAGILQuelques éléments de GRAGIL--HUGHUG

Badet et al. Transplantation 2007; 84: 89.

Bénéfices d’une greffe fonctionnelle (peptide C +)

Fiorina et al. Diabetes Care 2003; 26:1129.

Augmentation de la survie des patients!Milan, IAK

60

80

100

120%

Kidney graft survival

SI-K

Bénéfices d’une greffe fonctionnelle (peptide C +)

Fiorina et al. J Am Soc Nephrol 2003; 14: 2150.

Augmentation de la fonction du greffon rénal

0

20

40

0 2 4 6 8

%

Years after islet Tx

SI-K

UI-K

Milan, IAK

Bénéfices d’une greffe fonctionnelle (peptide C +)

Thompson et al. Transplantation 2011; 91: 373.

Vancouver, ITA

Amélioration de la rétinopathie

27%

37%

44%

N=659

Les résultats sont en améliorationLes résultats sont en amélioration

N=659p=0.02

Barton et al. Diabetes Care 2012; 35:1436.

Taux d’insuline-indépendance après transplantation d’îlots (ITA and IAK), annuellement après dernière injection par période

Graft survival (C-peptide>0.5 ng/ml)

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

p=0.04

Les résultats sont en améliorationLes résultats sont en amélioration

Era 1: 1992-1996, N=6 (ATG - CsA - Aza - Steroids) Era 2: 1997-2000, N=12 (anti-IL2R - FK -MMF -Steroids)Era 3: 2001-2007, N=25 (anti-IL2R - Rapa - FK - Steroid-free)Era 4: 2008-2012, N=11 (ATG - anti-TNF - FK - MMF - Steroid-free)

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180

Months post Tx

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Insulin independence

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

p=0.001

Graft survival (C-peptide>0.5 ng/ml)

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

p=0.04

Les résultats sont en améliorationLes résultats sont en amélioration

Era 1: 1992-1996, N=6 (ATG - CsA - Aza - Steroids) Era 2: 1997-2000, N=12 (anti-IL2R - FK -MMF -Steroids)Era 3: 2001-2007, N=25 (anti-IL2R - Rapa - FK - Steroid-free)Era 4: 2008-2012, N=11 (ATG - anti-TNF - FK - MMF - Steroid-free)

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180

Months post Tx

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180

Months post Tx

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Facteurs limitant la fonction des ilots greffés et leur survieFacteurs limitant la fonction des ilots greffés et leur survie

Harlan et al. Diabetes 2009; 58: 2175.

Fonction primaire du greffonFonction primaire du greffon

Geneva/GRAGILIAK

Borot et al. Transplantation 2011; 92:1031.

Coagulation / GlucotoxicitéCoagulation / Glucotoxicité

Koh et al. Transplantation 2010; 89: 865.

% In

sulin

Ind

epen

den

t

ImmunosuppressionImmunosuppression%

Insu

lin In

dep

end

ent

Bellin et al. Am J Transplant 2012; 12:1576.

Transplantation d’îlots allogéniques:Transplantation d’îlots allogéniques:

Comment utiliser le plein potentiel des Comment utiliser le plein potentiel des

cellules bêtacellules bêta

(ou vers la guérison du diabète de type 1)(ou vers la guérison du diabète de type 1)

� Implantation et survie optimales des ilots

� Source infinie de cellules productrices d’insuline

� Tolérance immunitaire (absence d’immunosuppression)

� Manipulation des ilots avant la greffe(cytoprotection, encapsulation, immunomodulation, thérapie génique,…)

� Prolifération, expension cellulaire

Comment utiliser le plein potentiel des Comment utiliser le plein potentiel des

cellules bêtacellules bêta

� Tissus dérivés de cellules souches, incl. autologue

� Xénotransplantation

� Bioengineered cell lines

� Prolifération, expension cellulaire

Successful

Pancreas Tx

Immune

tolerance In vitro expansion

bêta-cell lines

Xenogeneic islets

Cytoprotection

IBMIR

Inflammation

GLP-1

…

In situ

bêta-cell

regeneration

Le plein potentiel des cellules bêtaLe plein potentiel des cellules bêta

Fully

successful

single-donor

allogeneic

islet Tx

Stem cells

......Edmonton

protocol

for islet Tx

Insulin ?Unlimited

Insulin-producing

tissue source

� Fellows

Benoît Bédat, MD

Charlotte Barbieux, MSc

Estelle Brioudes, PhD

Vanessa Lavallard, PhD

Raphaël Meier, MD, PhD

Jeremy Meyer, MD

� Head

Thierry Berney, MD

� Faculty

Domenico Bosco, PhD

Christian Toso, MD, PhD

Géraldine Parnaud, PhD

Islet Lab at the University of Geneva

Jeremy Meyer, MD

Mohamed Alibashe Ahmed, MD

Stéphanie Lacotte, PhD

� Research Nurses/Coordinators

Sandrine Demuylder, RN

Hélène Ara, RN

Sabine Leray, RN

Eric Masson, RN

Géraldine Parnaud, PhD

Ekaterine Berishvili, MD, PhD

Philippe Morel, MD

� Technical staff

Nadine Pernin, BSc

Corinne Sinigaglia

David Mathey-Doret

Caroline Raveraud

Lisa Perez

Islet Tx at the University of Geneva

� Transplantation/Visceral Surgery

� Radiology

� Diabetology

Nephrology

� The GRAGIL teams

� Grenoble

� Lyon

� Strasbourg

� Besançon� Nephrology

� Immunology

� Psychiatry

� Cardiology

� Anesthesiology/Critical care

� Besançon

� Montpellier

� Clermont-Ferrand

� Nantes

� Nancy

Thank you

MerciMerci

Islet TxPancreas Tx

Simultaneous

with kidney

Types of procedure

Pancreas Tx Islet Tx

73% 85%

IPTR/UNOS

After kidney

Alone

Facteurs associés à une longue survieFacteurs associés à une longue survieFoie

Muller et al. Am J Transplant 2013; 13:1093.Muller et al. Transplantation 2015; 99:e31.

Pancreas

Insulin

Glucagon

Somatostatin

Islets in the liver

Optical projection tomography

InsulinGlucagon

En théorie, et de façon simpliste…

• HLA match protège du rejet

• HLA match favorise la récidive de l’autoimmunité

Match ou Match ou mismatchmismatch HLA?HLA?

l’autoimmunité

HLA-A HLA-B HLA-DR mismatches

Receveur 2 19 12 18 3 4 -

Doneur 1 2 11 60 62 10 14 5

Doneur 2 2 19 12 12 4 12 1

A B

• Microdissection des ilots implantés (N=23)

• HLA-DR generic amplification followed by a second PCR step with allele-specific primers:

� HLA DR10 (donor 1)� HLA DR12 (donor 2)� HLA DR3 (recipient) Muller et al. Am J Transplant 2013; 13:1093.

.

.

.

.

donor 1 donor 2

....

10: donor 1, poorly matched: 1/23 islets12: donor 2, well matched: 23/23 islets3: recipient

Negative

control

Muller et al. Am J Transplant 2013; 13:1093.

Where do we go ?Where do we go ?Where do we go ?Where do we go ?

Factors limiting islet graft function and survival

Harlan et al. Diabetes 2009; 58: 2175.

Where do we go ?Where do we go ?New approaches/new targets/new goals� Monitoring beta-cell mass

� Increase beta-cell engraftment� Increase beta-cell function� Increase beta-cell long-term survival

� Eliminate side effects of current IS approaches (kidney toxicity, malignancies, infections)

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRIEx vivo labeling with iron nanoparticles

Ris et al. Cell Transplant 2010; 19:1573.Crowe et al. Am J Transplant 2011; 11:1158

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRIEx vivo labeling with iron nanoparticles

isletsislets

Ris et al. Cell Transplant 2010; 19:1573.Crowe et al. Am J Transplant 2011; 11:1158

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRIEx vivo labeling with iron nanoparticles

ironiron

Ris et al. Cell Transplant 2010; 19:1573.Crowe et al. Am J Transplant 2011; 11:1158

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRIEx vivo labeling with iron nanoparticles

liver

Ris et al. Cell Transplant 2010; 19:1573.Crowe et al. Am J Transplant 2011; 11:1158

Monitoring islet grafts by MRI

Ris et al. Cell Transplant 2010; 19:1573.Crowe et al. Am J Transplant 2011; 11:1158

Syngeneic

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRI

Borot et al. Transplantation 2013; 96:438.

Xenogeneic

day 1 day 4 1 week 3 weeks

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRIQuantification Rescue

708090

100110120

MR

I sig

nal

(%

initia

l)

MRI signal after islet transplantation

Crowe et al. Am J Transplant 2011; 11:1158.Borot et al. Transplantation 2013; 96:438.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 600

10203040506070

Allogeneic (Brown Norway in Lewis)Xenogeneic (Human in Lewis)

Syngeneic (Lewis in Lewis)

Days post-transplantation

MR

I sig

nal

(%

initia

l)

Patient 2

Monitoring islet grafts by MRIMonitoring islet grafts by MRI

Pilot study in 5 islet transplant recipients

Pre-transplant

6 weeks

Patient 2

Toso et al. Am J Transplant 2008; 8: 701.

Tackling inflammation and Tackling inflammation and rejection: TLR4 blockade rejection: TLR4 blockade

La Rosa, Turka. J Immunol 2007; 178: 7503.

Tackling inflammation and Tackling inflammation and rejection: TLR4 blockade rejection: TLR4 blockade

TLR4

Giovannoni et al. Transplantation 2015; 99: 29.

Transplantation of a marginal mass (100 ) of syngeneic islets to diabeticmice

� Faster reversal of diabetes

Tackling inflammation and Tackling inflammation and rejection: TLR4 blockade rejection: TLR4 blockade

Giovannoni et al. Transplantation 2015; 99: 29.