The successful incorporation and sustained release of a hydrophilic antibiotic drug (Mefoxin, cefoxitin sodium) from electrospun poly(lactide-co-glycolide) (PLGA)-based nanofibrous scaffolds without the loss of structure and bioactivity was demonstrated. The morphology and density of the electrospun scaffold was found to be dependent on the drug concentration, which could be attributed to the effect of ionic salt on the electrospinning process. The drug release behavior from the electrospun scaffolds and its antimicrobial effects on Staphylococcus aureus cultures were also investigated. In all tested scaffolds, the maximum dosage of drug was released after 1 h of incubation in water at 37 degrees C. The usage of the amphiphilic block copolymer (PEG-b-PLA) reduced the cumulative amount of the released drug at earlier time points and prolonged the drug release rate at longer times (up to a 1-week period). The antibiotic drug released from these electrospun scaffolds was effective in their ability to inhibit Staphylococcus aureus growth (>90%). The combination of mechanical barriers based on non-woven nanofibrous biodegradable scaffolds and their capability for local delivery of antibiotics increases their desired utility in biomedical applications, particularly in the prevention of post-surgical adhesions and infections.

Emerging evidence points toward an intricate relationship between the pandemic of coronavirus disease 2019 (COVID-19) and diabetes. While preexisting diabetes is associated with severe COVID-19, it is unclear whether COVID-19 severity is a cause or consequence of diabetes. To mechanistically link COVID-19 to diabetes, we tested whether insulin-producing pancreatic β cells can be infected by SARS-CoV-2 and cause β cell depletion. We found that the SARS-CoV-2 receptor, ACE2, and related entry factors (TMPRSS2, NRP1, and TRFC) are expressed in β cells, with selectively high expression of NRP1. We discovered that SARS-CoV-2 infects human pancreatic β cells in patients who succumbed to COVID-19 and selectively infects human islet β cells in vitro. We demonstrated that SARS-CoV-2 infection attenuates pancreatic insulin levels and secretion and induces β cell apoptosis, each rescued by NRP1 inhibition. Phosphoproteomic pathway analysis of infected islets indicates apoptotic β cell signaling, similar to that observed in type 1 diabetes (T1D). In summary, our study shows SARS-CoV-2 can directly induce β cell killing.

ABSTRACT HNF1A haploinsufficiency underlies the most common form of human monogenic diabetes (HNF1A-MODY) and hypomorphic HNF1A variants confer type 2 diabetes risk, but a lack of experimental systems has limited our understanding of how the transcription factor HNF1α regulates adult human islet function. Here, we combined human islet genetics, RNA sequencing, Cleavage Under Targets & Release Using Nuclease (CUT&RUN) chromatin mapping, patch-clamp electrophysiology and transplantation-based assays to elucidate HNF1α-regulated mechanisms in mature pancreatic α and β cells. shRNA-mediated suppression of HNF1A in primary human pseudoislets led to blunted insulin output and dysregulated glucagon secretion both in vitro and after transplantation into immunocompromised mice, recapitulating phenotypes observed in HNF1A-MODY patients. These deficits corresponded with altered expression of genes encoding factors critical for hormone secretion, including calcium channel subunits, ATP-transporters and extracellular matrix constituents. Additionally, HNF1A loss led to upregulation of transcriptional repressors, providing evidence for a mechanism of transcriptional de-repression through HNF1α. CUT&RUN mapping of HNF1α DNA-binding sites in primary human islets verified that a subset of HNF1α-regulated genes were direct targets. These data provide unprecedented mechanistic links between HNF1A loss and diabetic phenotypes in mature human α and β cells.

Reliance on rodents for understanding pancreatic genetics, development and islet function could limit progress in developing interventions for human diseases like diabetes mellitus. Similarities of pancreas morphology and function suggest that porcine and human pancreas developmental biology may have useful homologies. However, little is known about pig pancreas development. To fill this knowledge gap, we investigated fetal and neonatal pig pancreas at multiple, crucial developmental stages using modern experimental approaches. Purification of islet β-, α- and δ-cells followed by transcriptome analysis (RNA-Seq) and immunohistology identified cell- and stage-specific regulation, and revealed that pig and human islet cells share characteristic features not observed in mice. Morphometric analysis also revealed endocrine cell allocation and architectural similarities between pig and human islets. Our analysis unveiled scores of signaling pathways linked to native islet β-cell functional maturation, including evidence of fetal α-cell GLP-1 production and signaling to β-cells. Thus, the findings and resources detailed here show how pig pancreatic islet studies complement other systems for understanding the developmental programs that generate functional islet cells, and that are relevant to human pancreatic diseases.Summary Statement This study reveals transcriptional, signaling and cellular programs governing pig pancreatic islet development, including striking similarities to human islet ontogeny, providing a novel resource for advancing human islet replacement strategies.

Summary Advances in organ transplantation benefit from development of genetically inbred animal strains with defined histocompatibility and cell-specific markers to distinguish donor and host cell subsets. For studies of pancreatic islet transplantation tolerance in diabetes, an invariant method to ablate host β cells and induce diabetes would provide an immense additional advantage. Here we detail development and use of B6 RIP-DTR mice, an immunocompetent line permitting diabetes induction with 100% penetrance. This inbred line is homozygous for the C57BL/6J major histocompatibility complex (MHC) haplotype and expresses the mutant CD45.1 allele in the hematopoietic lineage. β cell-specific expression of a high-affinity receptor for diphtheria toxin (DT) permits experimental β cell ablation and diabetes induction after DT administration. Diabetes reversal for over one year was achieved after transplantation with congenic C57BL/6J islets, but not with MHC-mismatched BALB/c islets, which were rapidly rejected. In summary, the generation of a C57BL/6J congenic line harboring the CD45.1 allele and Ins2-HBEGF transgene should advance studies of islet transplantation tolerance and mechanisms to improve islet engraftment and function, thereby optimizing development of cell replacement strategies for diabetes mellitus.