توضح هذه الورقة كيفية إنشاء رئتي الفئران المعدلة بيولوجيا باستخدام طرق إزالة الخلايا وإعادة الخلية. كما أنه يفصل زراعة الرئة التقويمية اللاحقة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
توضح هذه الورقة كيفية إنشاء رئتي الفئران المعدلة بيولوجيا باستخدام طرق إزالة الخلايا وإعادة الخلية. كما أنه يفصل زراعة الرئة التقويمية اللاحقة.
تعتبر زراعة الرئة علاجا مهما للمرضى الذين يعانون من أمراض الرئة في المرحلة النهائية مثل التليف الرئوي مجهول السبب ، لكن التحديات مثل نقص المتبرعين ومضاعفات ما بعد الزرع لا تزال قائمة. تقدم الرئتان المعدلة بيولوجيا ، التي تدمج الخلايا الخاصة بالمريض في سقالات حيوانية منزوعة الخلايا ، بديلا واعدا. على الرغم من التقدم المحرز في استخدام الرئتين المعدلة بيولوجيا في النماذج الحيوانية ، لا تزال الوظائف والبنية غير ناضجة. يعالج هذا البروتوكول عائقا حاسما في الهندسة الحيوية للأجهزة: الحاجة إلى منصة تجريبية فعالة من حيث التكلفة. باستخدام نماذج الفئران بدلا من الكبيرة مثل الجرذان أو الخنازير ، يمكن للباحثين تقليل الموارد المطلوبة لكل تجربة بشكل كبير ، مما يؤدي إلى تسريع تقدم البحث.
يحدد البروتوكول إجراء مفصلا للهندسة الحيوية للرئة باستخدام كتل القلب والرئة للفأر والخلايا الأولية البشرية ، مع التركيز على استراتيجية العزل لإحصار القلب والرئة للفأر ، وإزالة الخلايا ، وإعداد المفاعل الحيوي ، وزراعة الأعضاء القائمة على التروية ، وزرع تقويم العظام للرئتين المعدلة بيولوجيا. لا تقلل هذه المنصة على نطاق الماوس من التكاليف التجريبية فحسب ، بل توفر أيضا إطارا قابلا للتطبيق لتحسين أنواع الخلايا وأعدادها لإعادة الخلايا ، واختبار أنواع الخلايا المختلفة باستخدام الطرق النسيجية والجزيئية ، وضمان تدفق الدم بعد الزرع. تحمل هذه الطريقة إمكانية لتطبيقات واسعة النطاق ، بما في ذلك دراسة تفاعلات الخلايا في ظروف الثقافة ثلاثية الأبعاد ، وتفاعلات مصفوفة الخلية ، ونمذجة السرطان خارج الجسم الحي ، وبالتالي تطوير مجال الهندسة الحيوية للأجهزة.
كانت زراعة الرئة هي العلاج الحاسم للمرضى الذين يعانون من مرض الرئة في المرحلةالنهائية 1 مثل التليف الرئوي مجهول السبب ، حيث يكون العلاج الدوائي غير فعال لوقف تدهور وظيفة الجهاز التنفسي. يضيف المزيد من المرضى المؤهلين إلى قائمة الانتظار كل عام ؛ ومع ذلك ، فإن عدد التبرعات بالأعضاء من المتبرعين المتوفين كان يتخلف عن العدد المتزايد من المرضى المنتظرين 2,3. حتى بعد الخضوع لعملية زرع الرئة ، فإن عددا غير قليل من المشاكل من شأنه أن يؤدي إلى تدهور وظيفة الرئتين المزروعة ، بما في ذلك الخلل الوظيفي للأعضاء الأولية ، والمتلازمة الخيفية التفاعلية ، والالتهابات ، مما يقلل بشكل كبير من بقاء متلقي زراعة الرئة لمدة 5 سنوات4.
توجد العديد من الخيارات لمواجهة المشاكل الحالية في زراعة الأعضاء ، بما في ذلك استخدام المتبرعين الهامشيين5 ، واستعادة رئتي المتبرع في نظام نضح الرئة خارج الجسم الحي 6 ، وزرع الأجانب باستخدام الخنازير المعدلةجينيا 7. ويمكن لهذه البدائل أن توسع مجموعة الأعضاء المانحة؛ ومع ذلك ، لا يمكن لأي منها أن يعالج تماما ندرة أعضاء المتبرع ومناعتها وعدم تجانسها الوظيفي.
إنه بعيد كل البعد عن الواقع ، لكن الأعضاء الاصطناعية المهندسة بيولوجيا حيث يتم دمج الخلايا الخاصة بالمريض في سقالة الأعضاء الحيوانية منزوعة الخلايا هي مصدر محتمل رائع لزرع الأعضاء الصلبة8. تم الإبلاغ عن العديد من الدراسات الرائدة التي أظهرت الفائدة المحتملة للرئتين المهندسة بيولوجيا منذ عام 2010 9,10. في هذه الدراسات ، تم نزع الخلايا من رئتي الفئران أو الخنازير بواسطة المنظفات ، وتم حقن الخلايا الحيوانية أو البشرية من القصبة الهوائية أو الأوعية الدموية الرئوية لتجديد أنسجة الرئة في المفاعل الحيوي القائم على التروية ، وتم زرع بعضها تقويما في تجاويف الصدر الحيوانية11 ، 12 ، 13 ، 14 ، 15. ومع ذلك ، كانت وظيفة وهيكل الرئتين المهندسة بيولوجيا سابقة لأوانها ، ويفترض ذلك بسبب عدم كفاية عدد الخلايا المزروعة في المفاعل الحيوي أو الوصلات بين الخلايا الأقل تكاملا.
تتمثل إحدى العقبات التي تحول دون النهوض بالبحث في الهندسة الحيوية للأعضاء في عدم وجود منصة تجريبية صغيرة النطاق. في حين أن الفئران أو الخنازير هي الشائعة الاستخدام في هذا المجال ، إلا أنها تتطلب >108 خلايا رئوية لكل رئة16 ، وهو أمر مكلف للغاية للمختبرات الأكاديمية. إذا كانت الفئران متاحة لأبحاث الهندسة الحيوية للأعضاء ، فيمكننا تقليل تكلفة كل تجربة بشكل كبير وتسريع برنامج البحث. على الرغم من وجود اختلافات تشريحية بين الفأر ورئتي الإنسان17 ، إلا أن البنية الأساسية للرئة متشابهة عبر الثدييات18. لذلك ، يمكن أن تنطبق نتائج التجارب على نطاق الفأر على الكبيرة ببساطة عن طريق ضرب الرقم وفقا لحجم الجسم.
يهدف هذا البروتوكول إلى وصف الإجراء التجريبي التفصيلي للهندسة الحيوية للرئة باستخدام كتل الفئران والقلب والرئة والخلايا الأولية البشرية19. اعتمدنا بروتوكول إزالة الخلايا من رئة الفأر الذي تم الإبلاغ عنه سابقا والمستخدم على نطاق واسع لهذه الدراسة20،21،22. الجزء الصعب من الهندسة الحيوية للرئة هو إعادة خلية الأوعية الدموية الشعرية منزوعة الخلايا20. لذلك ، سيتم استخدام الخلايا البطانية الوريدية للحبل السري البشري في هذا البروتوكول.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
اتبعت جميع التجارب لوائح التجارب على والأنشطة ذات الصلة في جامعة توهوكو(الطبعة 15) ، التي نشرتها جامعة توهوكو23. تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدامه في جامعة توهوكو (#2020AcA-041-01).
1. تحضير المواد لإزالة الخلايا
2. ثقافة الخلايا الأولية البشرية
3. إعداد المفاعل الحيوي وثقافة أعضاء التروية
4. زرع تقويم العظام للرئة المهندسة بيولوجيا
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
باتباع بروتوكول إزالة الخلايا ، تكون رئتا الفأر بيضاء وشفافة بشكل واضح (الشكل 6 أ). يجب إزالة المكونات الخلوية بالكامل ، لكن البنية السنخية تظل سليمة في الملاحظة النسيجية (الشكل 6 ب ، ج). تظهر رئتا الفئران المعاد خليهما باستخدام 3 × 107 HUVECs مع ثقافة المفاعل الحيوي القائمة على التروية لمدة يومين توزيعا متجانسا ل HUVECs (الشكل 7 أ). تهاجر HUVECs إلى المنطقة السنخية الطرفية ، وتشكل شبكة شعرية (
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الهندسة الحيوية للأعضاء هي مؤسسة متطلبة. وقد أعاقت عملية الفحص المكلفة دورة البحث والتطوير في هذا المجال. باستخدام الفئران كمنصة تجريبية ، يتم تقليل المساحة والخلايا والوسائط بشكل كبير مقارنة بمنصة الفئران المستخدمة سابقا. على الرغم من أن قياس المعلمات الفيزيائية التفصيلية مثل تبادل الغازات أو مقاومة الأوعية الدموية أو امتثال الرئة لم يتحقق بعد ، إلا أن نموذج رئة الفأر يسمح بالجداول الزمنية للبحث المتسارع لأنه يتيح التكرار السريع للبروتوكولات التجريبية واختبار صلاحية الخلية والتكامل وتفا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح فيما يتعلق بهذه المخطوطة.
تم دعم هذه الدراسة ماليا من قبل منحة المساعدة للبحث العلمي / KAKENHI (C) #20K09174 ، #23K08308 ، وصندوق تعزيز البحوث الدولية المشتركة (تعزيز البحوث الدولية المشتركة (B)) #22KK0132 ل TS ، و JSPS KAKENHI Grant Number 21K08877 ل TW ، وجائزة Leave a Nest Grant Ikeda-Rika ل FT ، و Grant-in-Aid for JSPS Fellows #21J21515 ل FT. نحن نقدر كثيرا السيدة مايكو أويدا ، الطاقم الفني في مركز البحوث الطبية الحيوية في كلية الدراسات العليا للطب بجامعة توهوكو ، لعملها المكثف في المراقبة النسيجية. كما نقدر المشورة الفنية للسيدة يومي يوشيدا والسيد كوجي كاجي في مركز أدوات البحث في IDAC ، جامعة توهوكو ، لدعمهم لمعالجة الصور.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| إزالة الخلايا | |||
| 27 جم × 1/2 بوصة. BD PrecisionGlide Needle | BD | 305109 | أو ما يعادلها 27 جرام إبرة حقن |
| BD Insyte IV قسطرة 20 GA X 1.8 8IN | BD | 381237 | أو ما يعادلها 20 G قسطرة IV |
| خياطة حريرية شفرة (4-0) | Nesco | GA04SB | أو ما يعادلها |
| CaCl2< / sub> | Sigma-Aldrich | C5670 | |
| قسطرة للوريد الوداجي للفئران ، PU 2Fr 10 سم | Instech | C20PU-MJV1301 | موصى به للفئران يزن 30 جراما أو أقل. |
| قسطرة للوريد الوداجي للفئران ، PU 3Fr 10 سم | Instech | C30PU-RJV1307 | موصى به للفئران تزن أكثر من 30 جرام. |
| DNase I | Sigma-Aldrich | DN25 | |
| MgSO4< / sub> | Sigma-Aldrich | M7506 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014 | |
| حاقنات PinPort | Instech | PNP3M | |
| Pinports ، 22 G | Instech | PNP3F22-50 | يناسب C30PU-RJV1307 |
| Pinports ، 25 G | Instech | PNP3F25-50 | يناسب C20PU-MJV1301 |
| حقنة معقمة منقوص أوكسي كولات الصوديوم | Sigma-Aldrich | D6750 | |
| ، 5 مل | Generic | ||
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9036-19-5 | |
| CELL CULTURE | |||
| EGM-2 Endothelial Cell Growth Medium-2 BulletKit | Lonza | CC-3162 | |
| HUVEC & ndash ؛ الخلايا البطانية للوريد السري البشري | Lonza | C2519A | |
| الحيوي القائم على التروية | |||
| 20 جرام إبرة | عام | ||
| 3-way محبس | الحفار | ||
| الفلين | حجم مملة ، 6-10 مم | ||
| رأس مضخة EasyLoad III | Cole-Parmer | 243934 | |
| Glass علبة | Hario | SCN-200T | القطر الداخلي: 80 مم |
| مغناطيسي للتدفئة | تركيب | ||
| ، PVDF ، للأنبوب الناعم | Nordson Medical | 2-9965-01 | أنثى ، يناسب الأنابيب بمعرف 1.5 مم (L / S 14) |
| الإغراء ، PVDF ، للأنبوب الناعم | Nordson Medical | 2-9964-01 | ذكر ، يناسب الأنابيب مع معرف 1.5 مم (L / S 14) |
| الإغراء ، PVDF ، للأنبوب الناعم | نوردسون ميديكال | 2-9965-03 | أنثى ، يناسب الأنابيب مع معرف 3 مم (L / S 16) |
| تركيب إغراء ، PVDF ، للأنبوب الناعم | نوردسون ميديكال | 2-9964-03 | ذكر ، يناسب الأنابيب بمعرف 3 مم (L / S 16) قضيب |
| التحريك المغناطيسي | رقمي دقيق Masterflex Generic | ||
| مع إدخال / إخراج عن بعد ووحدة تحكم على الطاولة | Cole-Parmer | 07557-00 | |
| أنابيب المضخة الدقيقة Masterflex L / S ، PharMed BPT ، L / S 16 | Cole-Parmer | 06508-16 | |
| Masterflex L / S أنابيب المضخة السعرية ، السيليكون المعالج بالبلاتين ، L / S 14 | Cole-Parmer | 96410-14 | |
| Millex-GP وحدة تصفية الحقنة ، 0.22 وميكرو ؛ م ، بولي إيثرسلفون ، 33 مم ، جاما معقم | ميليبور | SLGPR33RS | |
| بيركس 250 مل زجاجة عشب ، غطاء لولبي GL-45 | كورنينج | 1395-250 | |
| حاجز السيليكون ل GL45 غطاء برغي PBT | كورنينج | 1395-455S | |
| سدادة ضوء سيليكون | IMG | 07763-18 | القطر العلوي: 87 مم ، القطر السفلي: 75 مم |
| حقنة معقمة ، 10 مل ، 50 مل | عام | ||
| جراحة الفئران (عزل إحصار القلب والرئة | زرع الرئة) | |||
| 10-0 أربطة نايلون | Kono Seisakusho | N / A | |
| 10-0 أربطة حرير | Kono Seisakusho | N / A | |
| 4-0 أربطة حرير | Kono Seisakusho | N / A | |
| المشبك الشرياني ، 45 مم منحني ، محزز | Natsume seisakusyo | C-17-45 | |
| BD Insyte IV قسطرة 24GA | BD | 381512 | أو ما يعادل 24G i.v. قسطرة |
| بولدوغ الأوعية الدموية ملقط 45 مم منحني | Natsume seisakusyo | M2 | |
| طرطرات بوتورفانول ؛ | Meiji Seika Pharma | N / A | |
| سيفازولين الصوديوم | أوتسوكا الصيدلانية | N / A | |
| ملقط دومون # 5/45 | أدوات العلوم الدقيقة | 1251-35 | |
| مقص زنبركي بأسلوب فانا | أدوات العلوم الدقيقة | 15403-08 | 45 درجة ؛ طرف ، 0.01 × 0.06 مم |
| طقم الجوزاء للكيتر | هارفارد | RS-300 | |
| Halsted-Mosquito المشبك طرف منحني ، مركز | أبحاث حيوية | 125 مم 16181670 | |
| حامل إبرة Hegar ، 150 مم | B Braun / Aesculap | BM065R | |
| محلول الهيبارين | Mochida Seiyaku | N / A | |
| Medetomidine | Nippon Zenyaku Kogyo | N / A | |
| ملقط دقيق مستقيم | B Braun / Aesculap | BD33R | |
| Midazolam | Sandoz | N / A | |
| جهاز التنفس الصناعي بالماوس | هارفارد | موديل 687 ™ | |
| Normal Salin ، | بتري Otsuka Pharmaceutical | N / A | |
| السريرية ، 60 × 15 مم | BD | 351007 | |
| Safelet Cath PU 20 مقياس قسطرة بولي يوريثان | Nipro | 09-031 | |
| مقص ساكاكي غير القابل للصدأ منحني 14 سم | مركز أبحاث حيوية | 64152034 | |
| حامل مشرط | مركز الأبحاث الحيوية | 16101040 | |
| نظام سحب الصغيرة | أدوات العلوم الدقيقة | 18200-20 | |
| مشرط شفرة احتياطية # 11 | أدوات موراناكا الطبية | 567-001-03 | |
| مقص زنبركي ، مركز أبحاث حيوية 15 سم | PRI13-3736 | ||
| المجهر المجسم | Leica Microsystems | M525 | يفضل المجهر الجراحي السريري بنظام ذراع مرن. |
| مشبك تمدد الأوعية الدموية من التيتانيوم Sugita منحني نحيف ، رقم 98 | Mizuho Medical | 17-001-98 | |
| Sugita Titanium Clip Applier ، 110 مم | Mizuho Medical | 17-013-53 | |
| تسخين كهربائي قابل لتعديل درجة الحرارة | الصغر Generic | ||
| VASCULAR AND BRONCHIAL CUFF | |||
| غرامة ورق الصنفرة | Generic | ||
| Venula 20 قياس تفلون قسطرة وعائية | أعلى | 1160 | |
| Venula 22 قياس تفلون قسطرة وعائية | أعلى | 1161 | |
| Venula 24 قياس القسطرة الوعائية تفلون | أعلى | 1124 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.