Abstract For studying stem cell-derived islet organoids (SC-islets) in an organ-on-chip platform, we have developed a reversed phase liquid chromatography tandem mass spectrometry (RPLC-MS/MS) method allowing for simultaneous determination of insulin, somatostatin-14, and glucagon, with improved matrix robustness compared to earlier methodology. Combining phenyl/hexyl-C18 separations using 2.1 mm inner diameter LC columns and triple quadrupole mass spectrometry, identification and quantification were secured with negligible variance in retention time and quantifier/qualifier ratios, negligible levels of carry-over (< 2%), and sufficient precision (± 10% RSD) and accuracy (± 15% relative error) with and without use of internal standard. The here developed RPLC-MS/MS method showed that the SC-islets have an insulin response dependent on glucose concentration, and the SC-islets produce and release somatostatin-14 and glucagon. The RPLC-MS/MS method for these peptide hormones was compatible with an unfiltered off-line sample collection from SC-islets cultivated on a pump-less, recirculating organ-on-chip (rOoC) platform. The SC-islets background secretion of insulin was not significantly different on the rOoC device compared to a standard cell culture well-plate. Taken together, RPLC-MS/MS is well suited for multi-hormone measurements of SC-islets on an organ-on-chip platform.

Abstract Organoids are laboratory-grown 3D organ models, mimicking human organs for e.g. drug development and personalized therapy. Islet organoids (typically 100-200 μm), which can be grown from the patient’s own cells, are emerging as prototypes for transplantation-based therapy of diabetes. Selective methods for quantifying insulin production from islet organoids are needed, but sensitivity and carry-over have been major bottlenecks in previous efforts. We have developed a reverse phase liquid chromatography-tandem mass spectrometry (RPLC-MS/MS) method for studying the insulin secretion of islet organoids. In contrast to our previous attempts using nano-scale LC columns, conventional 2.1 mm inner diameter LC column (combined with triple quadrupole mass spectrometry) was well suited for sensitive and selective measurements of insulin secreted from islet organoids with low microliter-scale samples. Insulin is highly prone to carry-over, so standard tubings and injector parts were replaced with shielded fused silica nanoViper™ connectors. As samples were expected to be very limited, an extended Box-Behnken experimental design for the MS settings was conducted to maximize performance. The finale method has excellent sensitivity, accuracy and precision (limit of detection: ≤ 0.2 pg/μL, relative error: ≤ ±10%, relative standard deviation: < 10%), and was well suited for measuring 20 μL amounts of Krebs buffer containing insulin secreted from islet organoids.