What is decellularization in whole organ tissue culture?

Decellularization is the removal of all native cells from an excised donor organ while preserving its three-dimensional structure and extracellular matrix. This process uses detergent perfusion, where solutions like Triton and sodium deoxycholate systematically cleanse the organ of its cell population. The result is a sterile acellular organ matrix that serves as a scaffold for recellularization with new cells.

How do bioreactors support organ recellularization?

Bioreactors dynamically culture organs by mimicking the native in vivo environment through mechanical stimulation and nutrient circulation. They use peristaltic pumps to simulate blood flow through the vasculature and ventilation systems to inflate organs like lungs. These specialized devices promote cell proliferation, attachment, and tissue growth by providing controlled conditions that replicate physiological signals, similar to principles found in batch and continuous bioreactors.

What are the differences between autologous and allogenic cell transplantation?

Autologous cell transplantation uses cells from the recipient, which mitigates rejection and enhances biocompatibility of the engineered organ. Allogenic transplantation uses cells from a different donor and may be necessary when sufficient cells cannot be harvested from the recipient. Both approaches involve seeding specific cell types, such as stem cell lines, onto the decellularized organ matrix.

What cell types are used to recellularize whole organs?

Whole organs are recellularized using specific cell types tailored to organ function. For lung culture, bone marrow-derived mesenchymal stem cells are used for airway seeding to recellularize the alveoli, while endothelial cells are introduced via peristaltic pump to recellularize small vessels. Established stem cell lines and autologous cells from the recipient are common choices for seeding the decellularized matrix.

How is a donor lung prepared for whole organ culture?

Donor lungs are first cannulated with luer connectors in the pulmonary artery and trachea. Phosphate buffered saline containing heparin and sodium nitroprusside is perfused to remove blood and facilitate vessel dilation. The lungs are then inflated and permeated with deionized water, followed by submersion in detergent solutions like Triton and sodium deoxycholate to remove cells while preserving the organ matrix structure.

What are practical applications of whole organ tissue culture beyond organ replacement?

Whole organ culture is used to test pharmaceutical agents and drug delivery devices by observing how experimental drugs are transported through organ tissue, providing realistic in vitro models of in vivo drug transfer. It also enables study of tissue behavior under various conditions, such as using bovine intervertebral discs with specialized bioreactors to understand how mechanical loading impacts disc degeneration mechanisms.

How does histology confirm successful organ recellularization?

Histology is performed after tissue growth is complete to confirm attachment and growth of seeded cells on the decellularized matrix. The analysis shows whether mesenchymal stem cells and endothelial cells have successfully attached to the alveoli and small vascular vessels, creating tissue that resembles native lung architecture and demonstrating functional recellularization of the engineered organ.

ثقافة أنسجة الأعضاء بالكامل

0 مشاهدة08:45 دقيقة

غالبا ما تستخدم الثقافات المختبرية للأعضاء الجزئية أو الكاملة من أجل نمذجة وظيفة الأنسجة والأعضاء بدقة في ظروف الاختبار المختلفة. يمكن أن تتضمن ثقافة الأعضاء بأكملها إزالة الخلايا من عضو مفصول أو إزالة الخلايا من أجل الاستفادة من بنية العضو الأصلي. يتبع ذلك إعادة الخلايا بخلايا جديدة. غالبا ما يتم دمج استخدام المفاعلات الحيوية المتخصصة في عملية إعادة الخلية لتقليد نمو الأنسجة في الجسم. سيقدم هذا الفيديو المبادئ الأساسية وراء زراعة أنسجة الأعضاء بأكملها ويوضح الإجراء في المختبر.

تبدأ هذه العملية بحصاد عضو متبرع. في هذا المثال، نعرض رئة متبرع من. من خلال عملية تسمى نضح المنظفات ، يتم تطهير العضو المعزول بشكل منهجي من خلايا الخلايا الأصلية عن طريق سلسلة من الغسيل ، مما ينتج عنه مصفوفة عضو عديمي خلوي. بعد ذلك ، يتم إعادة خلية مصفوفة الأنسجة باستخدام أنواع معينة من الخلايا ، مثل خط الخلايا الجذعية الثابت. يمكن أيضا التبرع بالخلايا من قبل الشخص الذي يتلقى الأنسجة المهندسة ، والتي تسمى زرع الخلايا الذاتية. هذا يخفف من الرفض ويعزز التوافق الحيوي للعضو. بدلا من ذلك ، يمكن استخدام الخلايا من متبرع مختلف ، يسمى الزرع الخيفي. قد يلزم متابعة ذلك إذا تعذر حصاد عدد كاف من الخلايا من المتلقي المحتمل. بمجرد زرع الخلايا على العضو ، يتم استخدام المفاعلات الحيوية للأنسجة لتحفيز تكاثر الخلايا ونمو الأنسجة مباشرة. تهدف هذه المفاعلات إلى ثقافة العضو ديناميكيا وتقليد البيئة الأصلية الموجودة في الجسم الحي. على سبيل المثال ، يمكن توصيل العضو بمضخة تمعجية لمحاكاة تدفق الدم. الآن بعد أن تعرفت على مبادئ زراعة الأعضاء ، دعنا نلقي نظرة على مثال على الإجراء الذي يتضمن ثقافة الأعضاء الكاملة لرئتي المتبرع.

للبدء ، يتم وضع رئتي المتبرع في صينية تشريح وتحلية الشريان الرئوي عن طريق إدخال موصل لوير أنثوي في التجويف المفتوح. ثم يتم إدخال موصل لوير أنثى ثان في فتحة القصبة الهوائية. ثم يتم غرس محلول ملحي مخزن بالفوسفات أو PBS الذي يحتوي على 30 وحدة لكل مليلتر من الهيبارين وخمسة ميكروغرام لكل مليلتر من نيتروبروسايد الصوديوم لتسهيل اتساع الأوعية الدموية وإزالة الهواء المحبوس من الرئتين. يتم طرد المحلول عن طريق الارتداد الطبيعي ويتكرر مرتين أخريين قبل تغطية القنية ، لتثبيت المحلول في الرئتين لإذابة أي دم متبقي. بعد ذلك ، يتم تمزق كلا الأذينين وإزالة غطاء قنية القصبة الهوائية لتسهيل تصريف السوائل. يستمر التروية مع محلول PBS والهيبارين والصوديوم حتى تتم إزالة أكبر قدر ممكن من الدم من الأوعية الدموية الرئوية. لبدء إزالة الخلايا ، يتم نفخ الرئتين وتتخللها بالماء منزوع الأيونات. بعد خمس عمليات غسل للشرايين والأوعية الدموية ، تتم إزالة الرئتين من الماء وغمرهما في منظف يسمى Triton لإزالة الخلايا مع التأثير على مصفوفة الأعضاء بشكل ضئيل. يتم نفخ الرئتين مرتين أخريين بمحلول تريتون قبل احتضانة الليل عند أربع درجات مئوية. بعد الحضانة ، يتم غسل الرئتين خمس مرات أخرى بالماء العذب منزوع الأيونات. بعد ذلك ، يتم غمر الرئتين في محلول ديوكسي كولات الصوديوم بنسبة 2٪ ثم يتم غسلهما عدة مرات بالماء والمحلول العازل لتسهيل إزالة الخلايا وإزالة الحطام الخلوي. عند تنظيفه بالكامل ، يتم تخزين العضو في محلول PBS معقم عند أربع درجات مئوية حتى الاستخدام.

لتقليد السلوك الطبيعي للرئتين ، يمكن استخدام مفاعل حيوي متخصص ، مثل الممثل الموضح هنا. أولا ، تمتلئ الغرفة الرئيسية للمفاعل بوسط استزراع تم موازنته مع الغلاف الجوي لثاني أكسيد الكربون بنسبة 5٪. ثم يتم تثبيت العضو. بمجرد التوصيل ، يتم تأمين الغطاء وإزالة كل الهواء من الأنبوب باستخدام حقنة. ثم يتم نقل المفاعل الحيوي إلى حاضنة زراعة الأنسجة للتوازن. بعد ذلك ، يتم تهوية الرئتين بنفس كامل واحد تقريبا كل دقيقتين ويتم تدوير الوسط عبر الأوعية الدموية ، عبر المضخة التمعجية ، بحوالي 10 ملليلتر في الدقيقة لمدة 30 دقيقة إجمالا.

بالنسبة لبذر مجرى الهواء ، يتم نفخ الرئتين بتعليق خلوي يحتوي على خلايا جذعية وسيطة مشتقة من نخاع العظام. لإعادة خلية الحويصلات الهوائية المسؤولة عن تبادل غاز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون الذي يحدث في الرئتين. ثم يتم تحضين الرئتين طوال الليل للسماح للخلايا بالالتصاق بالمصفوفة منزوعة الخلايا. بعد الحضانة بين عشية وضحاها ، يتم استئناف التهوية ، ويسمح للخلايا بالنمو في مصفوفة الأعضاء لعدة أيام. بعد ذلك ، يتم الانتهاء من بذر الأوعية الدموية عن طريق الإدخال التدريجي للخلايا البطانية باستخدام المضخة التمعجية لبدء إعادة خلية الأوعية الصغيرة ثم زراعتها بشكل ثابت لعدة ساعات لتسهيل تطوير عضو خلوي دقيق. يتم تعميم وسط الثقافة مرة أخرى ، ويتم زراعة الخلايا لمدة أسبوع لتعزيز النمو والتعلق في ظل ظروف ديناميكية. بمجرد اكتمال نمو الأنسجة ، يتم إجراء علم الأنسجة لتأكيد ارتباط ونمو كل من الخلايا الجذعية الوسيطة والخلايا البطانية على الأوعية الدموية والمجرى الهوائي للعضو. يظهر علم الأنسجة ارتباط الخلايا الجذعية الوسيطة والخلايا البطانية بالحويصلات الهوائية داخل سقالة المصفوفة ، والأوعية الدموية الصغيرة ، مما يخلق مظهر أنسجة الرئة الأصلية.

الآن بعد أن تعرفت على ثقافة الأعضاء بأكملها ، دعنا نلقي نظرة على بعض التطبيقات العملية لهذه التكنولوجيا خارج التركيز الأساسي للطب التجديدي واستبدال الأعضاء. يمكن أيضا استخدام مزرعة الأعضاء بأكملها كوسيلة لاختبار العوامل الصيدلانية أو أجهزة توصيل الأدوية. على سبيل المثال ، في هذه الدراسة ، تم استخراج الغدة الدرقية للفأر الجنيني وزراعتها واستخدامها كنموذج للأعضاء لمراقبة كيفية نقل العوامل الصيدلانية التجريبية عبر العضو والأنسجة. قد تؤدي هذه المحاكاة في النهاية إلى تمثيل أكثر واقعية لكيفية نقل الدواء داخل العضو في الجسم الحي. أخيرا ، يمكن استخدام ثقافة أنسجة الأعضاء بأكملها لدراسة سلوك الأنسجة في ظل ظروف مختلفة. على سبيل المثال ، تم حصاد الأقراص الفقرية من ذيول الأبقار لدراسة الآليات الممكنة لتنكس القرص. تم استخدام مفاعلات حيوية مصممة خصيصا للحث على التحميل الميكانيكي على القرص من أجل فهم أفضل لكيفية تأثير هذه الأحمال على التنكس.

لقد شاهدت للتو فيديو Jove حول ثقافة أنسجة الأعضاء الكاملة. يجب أن تفهم الآن كيف يمكن استزراع الأعضاء بأكملها في المختبر ، وكيف يتم تطبيق هذه التقنية في مجال الهندسة الحيوية. شكرا للمشاهدة.

يمكن استزراع الأعضاء الكاملة خارج الجسم الحي باستخدام مفاعلات حيوية متخصصة بهدف إصلاح أو استبدال أعضاء بأكملها. تستخدم هذه الطريقة عضوا متبرعا يتم تجر…