Lothar Cossel

Intraportal Transplantation of Pancreatic Islets Into Livers of Diabetic Rats: Reinnervation of Islets and Regulation of Insulin Secretion by the Hepatic Sympathetic Nerves

Two weeks after intraportal transplantation of 2,000 neonatal pancreatic islets, recipient rats completely recovered from streptozotocin-induced diabetes. The reversal of diabetes could be documented by the normalization of blood glucose levels, by a restored weight gain, by normal glucagon and insulin levels in blood, and by a disappearance of polyuria and polydipsia. The reversal remained stable for at least 9 months. This study determined whether intraportally transplanted pancreatic islets were reinnervated after transplantation and whether the secretion of insulin and glucagon from pancreatic islets might be modulated by the vegetative innervation of recipient livers. Predominantly catecholaminergic but also cholinergic nerve fibers were detected not only within the portal tracts around hepatic arteries, portal veins, and bile ducts, but also at the borderline of hepatocytes and β-cells and in islet cell complexes between β-cells. Corresponding electron micrographs showed β-cells in close contact with axons of nonmyelinated nerve fibers. Isolated livers were single pass perfused via both the hepatic artery and the portal vein. An increase in glucose level from 5 to 14 mmoW enhanced hepatic glucose uptake and increased insulin secretion from transplanted islets with a biphasic secretion profile but had no effect on glucagon output. Stimulation of the nerve plexus around the hepatic artery and the portal vein (7.5 Hz, 2 min), which activates primarily the sympathetic system, not only reduced glucose uptake and perfusion flow but also completely reversed the glucose-stimulated increase in insulin secretion. Nerve stimulation did not influence glucagon secretion. The α1-aradrenergic antagonist prazosin and the β-blocker propranolol completely blocked the nerve stimulation-dependent alterations in glucose balance and in perfusion flow but did not affect the reversal of the glucose-stimulated increase in insulin release caused by nerve stimulation. This indicates indirectly that the inhibition by sympathetic liver nerves of insulin secretion was mediated via α2-receptors as in normal pancreatic islets. Experiments with the α2-adrenergic antagonist yohimbine were in line with this conclusion.

Über den submikroskopischen Zusammenhang der interzellulären Räume und Sinusoide in der Leber

Es werden elektronenmikroskopische Befunde uber den submikroskopischen Zusammenhang und die gegenseitigen Lagebeziehungen zwischen Zellen, interzellularen Raumen (Dissesche Raume, Gallenkanalchen) und Blutkapillaren (Sinusoide) in der normalen Leber zusammenfassend dargestellt. Ihre etwaige Bedeutung als morphologische Grundlage fur das Verstandnis physiologischer und pathologischer Vorgange in der Leber wird erortert.ZusammenfassungEs werden elektronenmikroskopische Befunde über den submikroskopischen Zusammenhang und die gegenseitigen Lagebeziehungen zwischen Zellen, interzellulären Räumen (Dissesche Räume, Gallenkanälchen) und Blutkapillaren (Sinusoide) in der normalen Leber zusammenfassend dargestellt. Ihre etwaige Bedeutung als morphologische Grundlage für das Verständnis physiologischer und pathologischer Vorgänge in der Leber wird erörtert.

Elektronenmikroskopische Befunde bei chronischer Virushepatitis und Lebercirrhose

Der Untergang von Leberepithelzellen erfolgt in Form einer schnell verlaufenden Auflösung, ohne daß die einzelnen Organellen und submikroskopischen Strukturelemente der Zelle gröbere Veränderungen aufweisen. Derartige Zelluntergänge sind lichtmikroskopisch nicht immer erfaßbar, dürften jedoch durch eine Erhöhung der Transaminasen im Serum angezeigt werden. Die meisten Leberepithelzellen weisen die elektronenmikroskopischen Befunde einer gesteigerten Stoffwechselaktivität auf (starke Ausbildung der unterschiedlich erweiterten Räume des endoplasmatischen Reticulums). Die Ablagerung von Gallepigment erfolgt in den Leberepithelien zunächst im endoplasmatischen Reticulum und weiter in den Disseschen und interparenchymatösen Räumen (Gallenkanälchen) sowie in den Endothelzellen. Wie bei der akuten ist auch bei der chronischen Virushepatitis stellenweise eine bandartige Verdichtung der cytoplasmatischen Grundsubstanz entlang den die Disseschen Räume begrenzenden Zellmembranen der Leberepithelzellen zu beobachten. In den Gallenkanälchen und im Anfangsteil der septalen Gallengänge (Cholangiolen) kommen „vergrößerte Mikrovilli“ vor. Virusartige Körper wurden nicht gefunden. The destruction of the liver epithelial cells occurs as a rapidly progressing dissolution, without the individual organelles and submicroscopic structures of the cell showing coarse changes. This type of cell death is not always evident light-micrcosopically; however, it may manifest itself by an increase in the serum transaminases. Most of the liver epithelial cells electron-microscopically show an increased metabolic activity (intense development of the polymorphic spaces of the endoplasmic reticulum). Bile pigment is initially deposited in the endoplasmic reticulum of the liver epithelial cells, then in the space of Dissé and in the interparenchymatous space (bile canaliculi), as well as in the endothelial cells. In both the acute and chronic viral hepatitis a band-like thickening of the cytoplasmic ground substance may be observed in places along the cell membranes of the liver epithelium bordering the space of Dissé. In the bile canaliculi and in the initial part of the septal bile ducts (cholangioles) “enlarged microcilli“ appear. Virus-like bodies are not found.

Elektronenmikroskopische Befunde an ?Einschlusskrpern? in den Kernen Menschlicher Leberepithelzellen

ZusammenfassungEs wird über elektronenmikroskopische Befunde an Einschlußkörpern in den Kernen menschlicher Leberepithelzellen berichtet. Die bei 7 klinisch lebergesunden Patienten beobachteten Kerneinschlüsse sind Einstülpungen von Zytoplasma in unterschiedlich tiefe und verschieden geformte Einbuchtungen des Zellkerns. Diese Einstülpungen werden als Ausdruck einer physiologischen Stoffwechselsteigerung (Vergrößerung der Stoffaustauschfläche zwischen Kern und Zytoplasma) der Leberepithelzelle gedeutet.Bei der elektronenmikroskopischen Untersuchung von 56 menschlichen Leberpunktaten wurden außer diesen Kerneinschlüssen nur bei Patienten mit hämochromatotischer Leberzirrhose und Hämosiderose der Leber kernfremde Substanzen in Form von Ferritingranula (= Eisenhydroxydmizellen des Ferritins) in den Leberzellkernen gefunden.

Elektronenmikroskopische Befunde am Übergang der intralobulären Gallenkanälchen in die Gallengänge

Elektronenmikroskopische Befunde von der Übergangsstelle der intralobulären Gallenkanälchen in die Zwischenstücke der Gallengänge in der gesunden menschlichen und tierischen Leber bestätigen in eindrucksvoller Weise die durch lichtmikroskopische Untersuchungen gewonnenen Kenntnisse vom Bau dieser Übergangsregion. Electron-microscopic studies were made of the transition of the intralobular bile canalicules with the middle pieces of the bile ducts in healthy human and animal liver. The results confirm in an impressive way the knowledge of the structure of this region of transition already gained by means of the light microscope.

Die Leber der Fledermaus in Hibernation Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen

ZusammenfassungDie Leber von Fledermäusen in Hibernation wurde licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Im Elektronenmikroskop zeigt die Fledermausleber die typische Ultrastruktur der Säugetierleber. Sie besitzt jedoch Besonderheiten, die mit dem Stoffwechsel im Winterschlaf im Zusammenhang stehen. Die Leberzelle ist besonders reich an Glykogen, Eisen sowie Ribonukleoproteidgranula und besitzt auffallend viele große Mitochondrion mit zahlreichen Cristae und osmiophilen Körpern. Es wird versucht, histochemische und biochemische Befunde anderer Autoren mit den Ergebnissen unserer Untersuchungen zu korrelieren. Unsere Untersuchungsergebnisse sprechen nicht für das Vorliegen einer reinen Speicherleber, sondern für eine stärkere Stoffwechselaktivität der Leber im Winterschlaf.

Glucose transporter isoform (GLUT) 2 expression in beta-cells of long-term syngeneic islet grafts

Abstract Syngeneic islets were transplanted into the liver of streptozotocin (STZ)-induced diabetic LEW.1W rats, and the expression of the glucose transporter isoform GLUT 2, an essential component of the glucose-sensing mechanism of the pancreatic beta-cell, was determined in the grafted islet tissue. Graft-bearing liver was obtained 12, 36, and 60 weeks after transplantation, and tissue sections were immunoperoxidase stained for GLUT 2 and major islet peptides. Islet cell aggregates of different sizes were found in the portal tract and in juxtaposition to the hepatocytes. At all time points, beta-cells in the grafts displayed GLUT 2 expression comparable to that of islets in nondiabetic rats. Islet cells containing immunoreactive insulin and islet amyloid polypetide were plentiful, while those staining positive for glucagon and somatostatin were scarce in these grafts. The results show that beta-cells in islets engrafted in the liver, although initially exposed to chronic hyperglycemia, have the capability of stably expressing GLUT 2 over long-term periods.

Syngeneic transplantation of rat pancreatic islets into the spleen. Light and electron microscopical findings

SummaryAn islet transplantation model was established with the two congeneic Lewis rat strains LEW.1W and LEW.1A, which were made diabetic by a single i.p. injection of 50 mg/kg b.w. streptozotocin. Isolated neonatal islets of the two strains served as a graft. Syngeneic transplantation into the spleen resulted in permanent graft survival and in normoglycemia of streptozotocin diabetic rats of the two strains. 200 days after transplantation functionally intact islets were demonstrable in the spleen by histological, histochemical and electron microscopical investigations. Histochemical findings indicate an activation of interdigitating reticular cells in the white pulp and of macrophages in the red pulp of the spleen as consequences of the islet transplantation. In addition a few electron microscopical findings concerning possible interactions between host plasma cells, lymphocytes and transplanted beta cells of islets are described and discussed.

Ducto-insular proliferation of beta-cells after syngeneic islet transplantation into the spleen of streptozotocin-diabetic lewis rats

SummarySyngeneic transplantation of cultured and functionally characterized neonatal islets into the spleen of streptozotocin diabetic Lewis rats resulted in long time survival up to 200 d and in plasma glucose levels lower than 9 mmol/L. The daily plasma glucose profile of transplanted rats had shown significantly above that of nondiabetic control rats. Two-hundred d after transplantation, morphologically intact, insulin containing beta-cells were demonstrable in the spleen, thus demonstrating the long-term survival of functioning islet cells. Proliferation of beta-cells was shown in the transplanted islets. In addition, beta-cell clusters were found that derived from pancreatic ductules transplanted together with the isolated islets into the spleen. Mitoses were visible within ductular epithelial cells. The proliferative response of islets after intrasplenic transplantation is probably the result of a long-term stimulation by slightly enhanced plasma glucose values of the transplant acceptors compared to control animals.

Biochemische, licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen der Leber eines Zugvogels (Fringilla montifringilla L.) unter dem Einfluß zunehmender Tageslänge

SummaryIn order to clarify the metabolic behaviour of the liver of migratory birds, the liver of the brambling (Fringilla montifringilla) has been investigated with the light- and electron microscope as well as with bio- and histochemical methods. The animals were kept under experimental conditions of various periods of daylight. The results of this investigation do not show clear differences in the livers of birds which had been exposed to different quantities of light. In particular we could not confirm the observation of photoperiodically induced fat deposition together with a reduction of the glycogen contents which has been found in a different species. Furthermore, our results are at variance with the prevailing interpretations of the diurnal rhythm of the avian liver glycogen contents. The cause for the increase of the so-called dark liver cells under conditions of short periods of daylight is discussed.ZusammenfassungEs wird über Untersuchungen an Bergfinken (Fringilla montifringilla L.) berichtet, die das Ziel haben, das Verhalten der Leber dieses Zugvogels bei experimenteller Verlängerung der täglichen Photoperiode licht- und elektronenmikroskopisch sowie histound biochemisch aufzuklären. — Die Untersuchungen ergeben keine eindeutigen Unterschiede der Leberbefunde bei Vögeln, die verschiedener Dauer der Tageshelligkeit ausgesetzt waren. Insbesonders konnte — entgegen Befunden an einer anderen Species — eine photoperiodisch induzierte Fettablagerung in der Leber auf Kosten ihres Glykogengehaltes nicht nachgewiesen werden. Die Befunde stimmen weiter mit den herrschenden Auffassungen über den Ablauf des diurnalen Rhythmus des Leberglykogengehaltes beim Vogel nicht überein. — Die Ursache des vermehrten Auftretens sog. dunkler Leberzellen unter Kurztagsbedingungen wird diskutiert.Es wird uber Untersuchungen an Bergfinken (Fringilla montifringilla L.) berichtet, die das Ziel haben, das Verhalten der Leber dieses Zugvogels bei experimenteller Verlangerung der taglichen Photoperiode licht- und elektronenmikroskopisch sowie histound biochemisch aufzuklaren. — Die Untersuchungen ergeben keine eindeutigen Unterschiede der Leberbefunde bei Vogeln, die verschiedener Dauer der Tageshelligkeit ausgesetzt waren. Insbesonders konnte — entgegen Befunden an einer anderen Species — eine photoperiodisch induzierte Fettablagerung in der Leber auf Kosten ihres Glykogengehaltes nicht nachgewiesen werden. Die Befunde stimmen weiter mit den herrschenden Auffassungen uber den Ablauf des diurnalen Rhythmus des Leberglykogengehaltes beim Vogel nicht uberein. — Die Ursache des vermehrten Auftretens sog. dunkler Leberzellen unter Kurztagsbedingungen wird diskutiert.