يصف المقال منهجية لإنتاج مصفوفة ديكي من الأمعاء الفئران. اشتقاق السقالات المعوية المهم للتطبيقات المستقبلية في هندسة الأنسجة، بيولوجيا الخلايا الجذعية واختبار المخدرات.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يصف المقال منهجية لإنتاج مصفوفة ديكي من الأمعاء الفئران. اشتقاق السقالات المعوية المهم للتطبيقات المستقبلية في هندسة الأنسجة، بيولوجيا الخلايا الجذعية واختبار المخدرات.
هندسة الأنسجة ناجحة ينطوي على مزيج من السقالات المناسبة مع الخلايا في المختبر أو في الجسم الحي. قد تكون السقالات الاصطناعية، وبطبيعة الحال المستمدة أو المشتقة من الأنسجة / الأعضاء. ويتم الحصول على هذه الأخيرة باستخدام تقنية تسمى decellularization. قد تنطوي على مزيج من Decellularization الفيزيائية والكيميائية، وأساليب الأنزيمية. الهدف من هذه التقنية هو لإزالة كل آثار الخلوية مع الحفاظ على الهندسة المعمارية الدقيقة الكلي والنسيج الأصلي.
هندسة الأنسجة المعوية وقد استخدمت حتى الآن السقالات بسيطة نسبيا والتي لا تكرار بنية معقدة من الجهاز الأصلي. محور هذه الورقة هو لوصف تقنية فعالة لdecellularization الفئران الأمعاء الدقيقة. يوصف العزلة من الأمعاء الدقيقة وذلك لضمان المحافظة على اتصال الأوعية الدموية. مزيج من المحاليل الكيميائية والأنزيمية لإزالة الخلايا حين إلىتم تعيين الحادي الحفاظ على محور زغابة سرداب في الجانب اللمعية من السقالة أيضا. أخيرا، وتناقش تقييم السقالات المنتجة للخصائص المناسبة.
هندسة الأنسجة (TE) توفر بديلا العلاجية لزرع الأعضاء، وتجاوز القضايا من نقص المناعة والجهاز. تمت زيارتها مؤخرا TE التطبيقات الناجحة في العيادة، مع استبدال الأجهزة مثل المثانة 1، 2 مجرى البول والقصبة الهوائية، سواء في البالغين والأطفال 3،4 5.
بناء الجهاز الأنسجة المهندسة يتطلب مزيجا من السقالة مع الخلايا المناسبة. يمكن إعداد السقالة باستخدام المشتقة طبيعيا (مثل الكولاجين) والاصطناعية (مثل بولي-L-حمض الجليكوليك؛ PLGA) مواد، أو أن يحصل عليها decellularization الأعضاء والأنسجة الأصلية. وكانت السقالات التي استخدمت حتى الآن لTE المعوية أساسا إما decellularized (تحت مخاطية الأمعاء الصغيرة) أو الاصطناعية (بولي-L-حمض الجليكوليك وحمض اللبنيك بولي) 6-13. هذه الحيوية هي بسيطة جدا في كل من العمارة الكلي والجزئي، والذيقد لا يكون مثاليا إذا الأمعاء الأنسجة المهندسة هو أن تترجم سريريا. ينبغي أن يكون مادة بيولوجية الأمثل لالأمعاء شجرة الأوعية الدموية الفطرية التي يمكن توصيلها إلى إمدادات الدم المضيف، جدار أنبوبي المستويات مع خصائص مختلفة لتعكس طبقات من جدار الأمعاء ومحور زغابة سرداب على الجانب اللمعية للمساعدة في إعادة تعمير بواسطة الخلايا الجذعية الظهارية.
Decellularization هي منهجية الرواية التي تنتج عن طريق إزالة السقالات الخلايا من الأجهزة كلها مع الحفاظ على العمارة الأصلية 14. هذا هو أفضل من السقالات الموجودة بالفعل لأنها لا تكرار، ليس فقط هيكل الجهاز ولكن أيضا تحتوي على منبهات الكيميائية جزءا لا يتجزأ من داخل المصفوفة خارج الخلية (ECM) أن المساعدات انتشار الخلوي والتمايز. في عام 2008 تم decellularized والقصبة الهوائية جثي 14، المصنف مع خلايا المريض نفسه، وزرعها لاستبدال القصبة اليسرى الرئيسي في شاب 3. منذ ذلك الحين، وأفاد عدد من المجموعات إنتاج السقالات decellularized للقلب 15، 16،17 الكبد، والرئة 18-20 في الحيوانات الصغيرة والكبيرة.
تكيفنا أيضا نفس المنهجية لإنتاج سقالة decellularized الأمعاء الصغيرة 21. الهدف من الطريقة الموصوفة هنا هو إنتاج مصفوفات المعوية decellularized التي تحافظ على الخصائص العيانية من النسيج الأصلي مثل تدفق الدم، فضلا عن الهندسة المعمارية مجهرية من المحور زغابة سرداب في لمعة الأمعاء. نعتقد يمكن اعتماد هذه المنهجية في نهاية المطاف عن الأجهزة الأخرى لتحسين كفاءة decellularization.
1. عزل الجرذ الأمعاء
2. منهجية Decellularization
على decellularization الناجحة (الشكل 1)، وينبغي أن يكون السقالة مظهر العيانية مماثلة لتلك التي من الأمعاء الأم، ولكن مع جدران شفافة (الشكل 2A). وينبغي أيضا أن يكون الحفاظ على العمارة الكلي واضح من جانب المباح من شجرة الأوعية الدموية. عندما يتم حقن صبغة من خلال قنية SMA، فإنه ينبغي أن توزع بالتساوي في جميع أنحاء السقالة والوصول إلى شجرة الشعرية (الشكل 2B). وينبغي أن يكون السقالة خالية من المواد النووية وحشوية، وهو الأمر الذي يمكن تقييم استخدام عدة الكمي الحمض النووي والتحليل النسيجي بسيطة. الهيماتوكسيلين وتلطيخ يوزين (H & E) وينبغي أن يبين عدم وجود مواد نووية وحشوية مع المحافظة على طبقات الأمعاء الصغيرة (الشكل 3A). على وجه الخصوص، ينبغي أن يكون الحفاظ على الزغب والخبايا على الجانب اللمعية واضحا بعد المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (الشكل 4). Aوينبغي أيضا أن يتوقع المحافظة على مكونات المصفوفة خارج الخلية مثل الكولاجين، والإيلاستين والجليكوزامينوجليكان. على سبيل المثال، يعرض ثلاثي الألوان ماسون في تلطيخ سليمة النسيج الضام في السقالة (الشكل 3B).

الشكل 1. . خطة تجريبية الجدول الزمني الداخلي decellularization؛ PBS / AA: الفوسفات مخزنة المالحة مع NaDeoxy للمضادات الحيوية مضاد فطري،: deoxycholate الصوديوم، RT: درجة حرارة الغرفة، الدناز-I: ديوكسي ريبونيوكلياز-I. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

الشكل 2. سقالة macroscopiج الخصائص. مظهر عياني من الأمعاء الدقيقة الفئران التالية decellularization الناجحة (A). حقن روسو الشقائقية صبغ خلال SMA يدل على شبكة الأوعية الدموية سليمة (B)؛ SMA: الشريان المساريقي العلوي اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

الرقم 3. . الأنسجة H & E (A) وMT (B) تلطيخ تشير إلى عدم وجود مواد الخلوية مع الحفاظ على بنية النسيج الضام؛ H & E: الهيماتوكسيلين ويوزين، MT: ثلاثي الألوان ماسون في. شريط مقياس: 100 ميكرون اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر . ع>

الشكل 4. . الإلكترون المجهري الضوئي المجهر الإلكتروني يشير إلى الحفاظ على العمارة زغابة-سرداب في التجويف سقالة؛ شريط مقياس: 100 ميكرون اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الخطوات الأكثر صعوبة في إقامة هذه التجربة تنطوي على القسطرة من SMA وإنشاء وصيانة العقم. يمكن Cannulating المتوسط الحسابي في القوارض دون تمزق الجدار سيكون من الصعب جدا نظرا لحجم وموقع السفينة. بدلا من ذلك، قد يتم وضع خياطة حول الأبهر الداني قبل SMA الأصل، ثم عن طريق القسطرة من الشريان الأورطي نفسه بشكل أقصى، وتوجيه قنية البلاستيك في SMA. خلال decellularization مزيج من سوء وضع قنية ومعدلات تدفق عالية قد يؤدي إلى فقدان الوصول الى الاوعية الدموية. العقم هو مشكلة كبيرة نظرا لكمية من النباتات البكتيرية الموجودة في الأمعاء الدقيقة. غسل مع PBS / AA التالية الحصاد مهم جدا، ويجب إزالة أي علامة على البراز أو الحطام من التجويف. يجب وضع جزء من السقالة في أنبوب الصقر مع DMEM في الحاضنة بعد التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية يكون مؤشرا إذا كان قد تم تحقيق العقم. في حالةالاستعمار الجرثومي، فإن وسائل الإعلام تغيير درجة الحموضة مع لونه تحول من الأحمر إلى الأصفر. للتعامل مع هذا، وينصح كذلك دورات للأشعة فوق البنفسجية وكذلك الغسيل مع برنامج تلفزيوني يحتوي على نسبة عالية من المضادات الحيوية / مضاد فطري.
ومن شأن التعديل الممكن الحصول على السقالة مع وصول كل من الأوعية الدموية الوريدية وتكون ليقني؛ يدخل القنية في الوريد الأجوف السفلي (IVC) فضلا عن SMA. ينبغي محاولة Decellularization من الجانبين وريدي والأوعية الدموية بشكل متقطع لجميع الحلول الثلاثة. decellularization المستمر قد تنفجر الشعيرات الدموية من خلال وجود ضغط إيجابي على كلا الجانبين.
على مر السنين كان هناك عدد من الجهود في الأمعاء TE باستخدام تركيبات مختلفة الخلايا سقالة في المختبر والمجراة 6،9،12. وقد تم تنفيذ معظم أعمال باستخدام أنبوبي محبوكة 95٪ PGA-5٪ السقالات PLGA المغلفة مع نوع الكولاجين أنا 6،7،13،22. بعد غرس البذور مع المعويةوحدات الظهارية عضوي (الأوس) وفترة الزرع في الثرب من الفئران، فإنها تشكل كيسات مع العضلات على الخارج وظهارة في الداخل ومن ثم يمكن tubularized. ومع ذلك، فإن المسامية والبساطة في تصميم هذه السقالات لا يسمح لجيل من القطع الكبيرة من الأمعاء في بيئة اصطناعية في المختبر مثل تلك التي من مفاعل حيوي. بالإضافة إلى ذلك، فإن عدم وجود شبكة الأوعية الدموية الفطرية التي يمكن توصيلها إلى المتلقي مزيد يحد من استخدام هذه السقالة للترجمة السريرية. إلى جانب التجارب مع السقالات PGA-PLGA، استخدمت جماعات أخرى الكولاجين أو SIS السقالات، وكلاهما لا تكرار المعضلة من الأمعاء. SIS على وجه الخصوص هي المنهجية الوحيدة السابقة التي نشرت في هندسة الأنسجة المعوية واستخدمت في أكثر من 150 الإعدادات الطبية، مما يدل على قدرة السقالات decellularized لتوفير الاستقرار الميكانيكية وتشجيع نمو الخلايا في حين الرصاصجي إلى أي استجابة المناعية. ومع ذلك، فإن عدم وجود البنية الكلي والجزئي المناسبة، أدى إلى سوء النتائج في 'استخدام لأغراض المعوية TE 9-11،23.
وتشمل فوائد منهجية decellularization وصفناها الحفاظ على الخصائص المجهرية مثل اللمعية العمارة سرداب-زغابة التي تمثل بيئة مناسبة لإعادة تعمير من قبل الأمعاء المتخصصة الخلايا الجذعية. في الجانب العيانية، فإن وجود شبكة الأوعية الدموية الهرمي تمكين المرفق إلى المستلم، مما يتيح توفير المواد المغذية والأكسجين إلى كل طبقة من الأمعاء TE-21. ما هو أكثر من ذلك، الحفاظ على مكونات ECM مثل الكولاجين، والإيلاستين وglyocosaminoglycans دورا هاما ليس فقط للخصائص الميكانيكية ولكن أيضا توجيه الانتشار الخلوي والتمايز. الأهم من ذلك، من قدرة منهجية decellularization يتم تصعيده إلى كبيرةص الأنسجة مع الحفاظ على نفس الخصائص هو سمة هامة للترجمة السريرية من الشركة المصرية للاتصالات.
تطوير مصفوفة المعوية الطبيعية مع شبكة الأوعية الدموية يتيح إنشاء شرائح أكبر من الأمعاء الاصطناعي التي يمكن توصيلها إلى المضيف.
أعلن عن أي تضارب في المصالح.
المؤلفان بالشكر إلى معهد ويك فوريست للطب التجديدي لمساعدتهم في تطوير هذا البروتوكول. نحن نعترف الدعم من المنح المقدمة من المؤسسة الخيرية مستشفى جريت أورموند ستريت، ومؤسسة أوجينيو يتا (جنيف، سويسرا)، ومجلس البحوث الطبية، والكلية الملكية للجراحين في انكلترا، والإحسان الطبية سباركس للأطفال، وزارة الخارجية البريطانية في المملكة المتحدة / الولايات المتحدة الأمريكية الخلايا الجذعية جائزة التعاون وصندوق البحوث ميتال. نود أيضا أن نشكر مؤسسة الجمعية الملكية / ولفسون للهندسة الأنسجة منحة تجديد المختبرات التي حصل عليها لجراحة الأطفال قسم في معهد صحة الطفل. معتمدة PDC وSE بنسبة الخيرية جريت أورموند ستريت مستشفى الأطفال.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| محلول الإيثانول ، 70٪ في H2< / sub>0 | Sigma | 02877 | |
| أقراص ملحية مخزنة بالفوسفات | Sigma | 79382 | |
| محلول مضاد حيوي مضاد للفطريات (100x) | Sigma | A5955 | |
| Deoxycholate الصوديوم | Sigma | D6750 | مهيج عن طريق الفم والعين ؛ استخدم الحماية |
| كلوريد | |||
| Deoxyribonuclease I من البنكرياس البقري | Sigma | D5025 |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن