إكس فيفو ثقافة التروية للأوعية الدموية الكبيرة في مفاعل حيوي مطبوع 3D
يوليو 28, 2023
يقدم هذا البروتوكول إعداد وتشغيل مفاعل حيوي مطبوع 3D تم تطويره حديثا للثقافة خارج الجسم الحي للأوعية الدموية في التروية. تم تصميم النظام ليتم اعتماده بسهولة من قبل المستخدمين الآخرين ، وعملي ، وبأسعار معقولة ، وقابل للتكيف مع التطبيقات التجريبية المختلفة ، مثل علم الأحياء الأساسي والدراسات الدوائية.
قمنا بتطوير مفاعل حيوي بسيط وفعال من حيث التكلفة وقابل للتكيف لثقافة الأوعية الدموية في المختبر. يضمن تطبيق التدفق الفسيولوجي والقوى النابضة على الأوعية الدموية بقاء الخلايا داخل الأنسجة قابلة للحياة. إن تطبيق المفاعلات الحيوية ، مثل تلك التي وصفناها هنا ، يمكن من زراعة الأوعية الدموية خارج الجسم الحي ويقلل من الاعتماد على التجارب على في البحث.
يعد تطبيق قوى الدورة الدموية أمرا بالغ الأهمية للحفاظ على وعاء دموي صحي في الثقافة ، في حين أن المفاعلات الحيوية الوفيرة هي حل رائع لتحقيق هذه البيئة الديناميكية. غالبا ما تكون الأنظمة الموصوفة في الأدبيات الحالية صعبة التكرار ومكلفة وليس من السهل تكييفها. لقد قمنا بتطوير نظام تروية جديد بعنوان EasyFlow.
هذا النظام اقتصادي للإنتاج ، ويستوعب مجموعة مختلفة من الأنسجة ، وهو سهل التعديل حتى يتمكن الباحثون من تكييفه مع احتياجاتهم التجريبية. الإنتاج مفتوح المصدر ، يعتمد على نموذج 3D ، ويمكن الوصول إليه من خلال الورق. أيضا ، يمكن تكييفها مع احتياجات البحث على أساس هذا النموذج 3D.
يتم استخدام EasyFlow حاليا لاختبار آلية إصلاح الأوعية الدموية ، مثل الخلايا الجذعية أو العلاجات القائمة على المواد الحيوية. نهدف أيضا إلى استخدام هذا المفاعل الحيوي للحث على نضوج الأوعية الدموية المهندسة بالأنسجة.
نظرة عامة
يقدم هذا البروتوكول طريقة إعداد وتشغيل مفاعل حيوي مطور حديثاً ومطبوع ثلاثياً للزراعة خارج الجسم (ex vivo) للأوعية الدموية تحت التروية. وقد صُمم هذا النظام ليكون عملياً، وبأسعار ميسرة، وقابلاً للتكيف مع تطبيقات تجريبية مختلفة، وبحيث يسهل تبنيه من قبل مستخدمين آخرين.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- تكنولوجيا المفاعلات الحيوية
- بيولوجيا الأوعية الدموية
- هندسة الأنسجة
خلفية علمية
- غالباً ما تكون أنظمة المفاعلات الحيوية الحالية باهظة الثمن ويصعب تكرارها.
- يعد التدفق الفسيولوجي والقوى النبضية أمراً بالغ الأهمية للحفاظ على حيوية الخلايا في الأوعية الدموية.
- يعد تقليل الاعتماد على التجارب الحيوانية هدفاً رئيسياً في أبحاث الأوعية الدموية.
- يمكن أن يؤدي تطوير نماذج مفتوحة المصدر إلى تعزيز إمكانية وصول الباحثين إليها.
الغرض من الدراسة
- تقديم مفاعل حيوي فعال من حيث التكلفة وقابل للتكيف لزراعة الأوعية الدموية.
- تسهيل دراسة آليات إصلاح الأوعية الدموية.
- توفير منصة لاختبار العلاجات القائمة على الخلايا الجذعية والمواد الحيوية.
الطرق المستخدمة
- تطوير نظام التروية EasyFlow.
- تطبيق القوى الهيموديناميكية على الأوعية الدموية المستنبتة.
- إنتاج مفتوح المصدر بناءً على نموذج ثلاثي الأبعاد.
- تكييف النظام ليلائم مختلف الاحتياجات التجريبية.
النتائج الرئيسية
- يتميز نظام EasyFlow بأنه اقتصادي وسهل التعديل.
- وهو يتناسب مع مجموعة متنوعة من الأنسجة المستخدمة في الأبحاث.
- وتشمل التطبيقات الأولية اختبار آليات الإصلاح الوعائي.
- كما يدعم النظام نضج الأوعية الدموية المهندسة نسيجياً.
الاستنتاجات
- يوفر المفاعل الحيوي EasyFlow حلاً عملياً لأبحاث الأوعية الدموية.
- يعزز هذا النظام حيوية الأوعية الدموية في المزرعة من خلال توفير ظروف ديناميكية.
- يمكن لهذا النظام أن يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى النماذج الحيوانية في الأبحاث.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
تعالج طريقة الزراعة بنظام التروية القياسية خارج الجسم (ex vivo) للأوعية الدموية الكبيرة فجوة حرجة في الأبحاث الوعائية الانتقالية، وذلك من خلال تمكين إجراء دراسات قابلة للتكرار وذات صلة فسيولوجية خارج النماذج الحيوانية. وتدعم منصة المفاعل الحيوي المطبوعة ثلاثية الأبعاد تقليل المخاطر الميكانيكية وتسريع اختبار الفرضيات العلاجية للإصلاح الوعائي وهندسة الأنسجة. وتعزز هذه القدرة من الثقة التنبؤية عند نقطة التلاقي بين مرحلة الاكتشاف والتطوير قبل السريري لمجموعات الأبحاث الخاصة بأمراض القلب والأوعية الدموية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح استجواب آليات الإصلاح الوعائي تحت ظروف ديناميكا دموية مضبوطة.
- يدعم التحقق الوظيفي من الفرضيات العلاجية القائمة على الخلايا الجذعية والمواد الحيوية.
- يسهل تقليل المخاطر البيولوجية من خلال الحفاظ على حيوية الأنسجة خارج الجسم (ex vivo).
- يعزز الثقة التنبؤية لاختيار الأهداف في أبحاث الأمراض الوعائية.
الفحص وتطوير المقايسة
- يوفر منصة قابلة للتكرار للتقييم الكمي لاستجابات الأوعية الدموية للعلاجات المرشحة.
- يوحد ظروف الزرع الديناميكية لضمان إمكانية مقارنة المقاييس وقابليتها للتوسع.
- يتيح تحضير أنظمة بيولوجية مُصادق عليها لتدفقات عمل الفرز اللاحقة.
- يدعم التقييم الموثوق لتأثيرات المركبات أو المواد الحيوية على الأنسجة الوعائية.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يتوافق مع الظروف الفسيولوجية ذات الصلة بالمرض للدراسات الانتقالية للمؤشرات الحيوية.
- يربط النتائج في مرحلة الاكتشاف بالتحقق قبل السريري من خلال تقليل الاعتماد على النماذج الحيوانية.
- يدعم قرارات التقدم المعدلة وفقاً للمخاطر لبرامج إصلاح الأوعية الدموية وهندسة الأنسجة.
- يسهل دراسات نضج الأوعية الدموية المصنعة هندسياً تحت تدفق ذي صلة فسيولوجياً.
تكامل مسار العمل وسير العمل
يُدمج هذا المفاعل الحيوي المطبوع ثلاثياً في التسلسل الممتد من مرحلة الاكتشاف إلى المرحلة قبل السريرية، وذلك من خلال تمكين زراعة الأوعية خارج الجسم، والاختبار الميكانيكي، والنمذجة الترجمية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات وتوضيح المسارات لاستراتيجيات الإصلاح الوعائي.
- الفحص: توفر ظروف مقايسة موحدة وقابلة للتكرار للتقييم الكمي.
- التحليلات: توفر قراءات ديناميكية لحيوية الأوعية واستجابتها تحت تدفق فسيولوجي.
- الأبحاث الانتقالية: تتيح الاستمرارية من الاكتشاف في المختبر إلى التحقق من صحة النماذج قبل السريرية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: تقدم منصة مفتوحة المصدر وقابلة للتكيف لاعتمادها على نطاق واسع في البحث والتطوير.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في أبحاث الأوعية الدموية.
- القيمة التشغيلية: تعزز التقييس، وقابلية التكرار، وقابلية التوسع في تدفقات عمل زراعة الأوعية.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن قرارات المضي قدماً أو التوقف وكفاءة رأس المال من خلال تقليل الاعتماد على النماذج الحيوانية.
- التأثير على المحفظة: تتيح تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر والنهوض بمرشحات إصلاح الأوعية الدموية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في بيولوجيا الأوعية الدموية وهندسة الأنسجة لتحقيق الاستخدام الأمثل.
- يتطلب الوصول إلى البنية التحتية للطباعة ثلاثية الأبعاد وأجهزة التروية.
- يستلزم توحيد المعايير بين الفرق لضمان ظروف زراعة ديناميكية قابلة للتكرار.
- قابل للتكيف مع مجموعة متنوعة من أنواع الأوعية والنماذج التجريبية.
- تشمل القيود العملية مدة الزراعة وتوافق الأنسجة وفقاً لما تدعمه البيانات الحالية.
