Type I diabetes (T1D) is an autoimmune disorder affecting the insulin-producing beta cells of the islets of Langerhans, disrupting the glucose homeostasis regulatory system. Nowadays, islet transplantation is one of the anticipated treatments to revive the endocrinal function by injecting isolated pancreatic islets from a deceased donor into the patient’s liver’s portal vein. Regardless of the promising aspect, the main issue prior to transplantation is the inconsistent quality and low percentage of functioning islets post-transplantation. Therefore, a rapid islet functionality test with minimal complicated operation becomes necessary to tackle the pre-transplantation issue. This project revolves around the end-to-end development of an electrophysiology recording platform to monitor extracellular activities in murine pancreatic islets. A microfluidic perfusion system with hydrodynamic trapping is integrated with planar gold microelectrode arrays (MEA) as the preliminary device directly interfacing the islets. The design and fabrication of both the microfluidics and electrode devices, as well as in-house front-end electronics with analog filters and amplifiers tailored to capture the microvolt-scale signals, covered most of the project. Offline digital processing was performed in Python to analyse the recorded signals further. As a result, the complete platform and recording setup have been fully integrated, with successful islet trapping on top of electrodes and front-end electronics with 220x voltage gain and 0.1-3000 Hz bandwidth to record extracellular electrophysiology signals from intact pancreatic islets. While the current preliminary electrophysiology recordings are still quite inconclusive and require further validation, the project serves as a starting point in developing devices for extracellular electrophysiology measurement, which has not commonly been investigated specifically in pancreatic islets, and enables further exploration in the field. / Typ I-diabetes (T1D) är en autoimmun sjukdom som påverkar de insulinproducerande betacellerna på de Langerhanska öarna och stör det reglerande systemet för glukoshomeostas. Nuförtiden är ötransplantation en av de förväntade behandlingarna för att återuppliva den endokrina funktionen genom att injicera isolerade pankreasöar från en avliden donator i patientens levers portven. Oavsett den lovande aspekten är huvudfrågan före transplantation den inkonsekventa kvaliteten och låga andelen fungerande öar efter transplantationen. Därför blir ett snabbt funktionstest av öar med minimalt komplicerad operation nödvändigt för att ta itu med problemet före transplantation. Detta projekt kretsar kring end-to-end utveckling av en elektrofysiologisk inspelningsplattform för att övervaka extracellulära aktiviteter i murina pankreatiska öar. Ett mikrofluidiskt perfusionssystem med hydrodynamisk infångning är integrerat med plana guldmikroelektrodarrayer (MEA) som den preliminära enheten som direkt gränsar till öarna. Designen och tillverkningen av både mikrofluidik och elektrodenheter, såväl som intern front-end-elektronik med analoga filter och förstärkare skräddarsydda för att fånga signalerna i mikrovoltskala, täckte större delen av projektet. Offline digital bearbetning utfördes i Python för att analysera de inspelade signalerna ytterligare. Som ett resultat har den kompletta plattformen och inspelningsuppsättningen integrerats helt, med lyckad ö-infångning ovanpå elektroder och front-end-elektronik med 220x spänningsförstärkning och 0,1-3000 Hz för att registrera extracellulära elektrofysiologiska signaler från intakta pankreatiska öar. Medan de nuvarande preliminära elektrofysiologiska inspelningarna fortfarande är ganska ofullständiga och kräver ytterligare validering, fungerar projektet som en utgångspunkt för att utveckla enheter för extracellulär elektrofysiologisk mätning, som inte vanligtvis har undersökts specifikt i pankreasöar, och möjliggör ytterligare utforskning inom området.

Pancreatic islets are composed of endocrine cells that secrete hormones essential for blood-glucose homeostasis. Prior research has revealed that the gene expression and functionality of human islet cells is heterogenous. However, it is not currently understood how the heterogeneity correlates to normal islet cell function and dysfunction in diabetes pathogenesis. Subsequently, an international collaborative project has been initiated to elucidate what constitutes islet cell heterogeneity from a transcriptional, proteomic, and functional perspective in both health and disease. In this study, a highly multiplex tissue image assay was developed to allow for the study of the localization and distribution of proteins previously identified to correlate with functional activity and heterogeneity in islet cells using the CO-Detection by indEXing (CODEX) platform. In total, 22 proteins were studied simultaneously of which 10 were specifically expressed in islet cells. These included generic pancreatic markers such as C-peptide (C-pep) marking insulin-secreting β-cells, glucagon (GCG) and somatostatin (SST), but also less well-characterized proteins such as Shisa like 2B (FAM159B) and Neural proliferation, differentiation and control 1 (NPDC1). The multiplex tissue imaging allowed for single-cell analysis of protein expression in human islet cells showing that most islet specific proteins were heterogeneously expressed. The observations made in this study serves as a validation to that the human islet microenvironment is highly complex due to islet cell heterogeneity. Additionally, the study demonstrated that multiplex tissue imaging has the potential to reveal novel cell types and interactions. / Langerhanska öar består av endokrina celler som utsöndrar hormoner nödvändiga för reglering av blodsockernivåerna. Tidigare forskning har visat att genuttrycket och funktionaliteten är heterogen i de celler som utgör mänskliga Langerhanska öar. Dock är förståelsen för hur heterogeniteten korrelerar till normal cellfunktion och dysfunktion i diabetespatogenes fortfarande ofullständig. Följaktligen har ett internationellt samarbete inletts i syfte att  undersöka  vad som utgör heterogenitet  i  Langerhanska öar ur ett transkriptionellt, proteomiskt och funktionellt perspektiv i såväl friska som sjuka individer. I denna studie utvecklades en metod för multiplex mikroskopisk avbildning av vävnad för att möjliggöra undersökningen av hur proteiner som tidigare korrelerats med endokrin cellspecifik aktivitet och heterogenitet i Langerhanska öar var lokaliserade med hjälp av plattformen för Co-Detection by indEXing (CODEX). Totalt undersöktes 22 proteiner samtidigt varav 10 var specifikt uttryckta i celler som utgör Langerhanska öar. Bland dessa proteiner fanns generella markörer för vanligt förekommande celltyper i Langerhanska öar såsom C-peptid (C-pep) som markör för insulinsekreterande β-celler, glukagon (GCG) och somatostatin (SST) såväl som proteiner med färre kända funktioner såsom Shisa like B (FAM159B) och Neural proliferation, differentiation and control 1 (NPDC1). Med hjälp av multiplex mikroskopisk avbildning av vävnad kunde uttrycket av proteiner specifikt uttryckta i celler som utgör Langerhanska öar analyseras för enskilda celler i vävnaden. Denna analys visade att de flesta proteiner specifikt uttryckta i celler som Langerhanska öar består av var heterogent uttrycka. Resultaten från denna studie validerar att mikromiljön i Langerhanska öar är mycket komplex på grund av cellernas heterogenitet. Vidare visade denna studie att multiplex mikroskopisk avbildning av vävnad har potentialen att identifiera nya celltyper och interaktioner.