该协议描述了通过在定制的灌注生物反应器中通过皮瓣脉管系统灌注十二烷基硫酸钠洗涤剂来手术获取和随后的血管化猪皮瓣的脱细胞。
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该协议描述了通过在定制的灌注生物反应器中通过皮瓣脉管系统灌注十二烷基硫酸钠洗涤剂来手术获取和随后的血管化猪皮瓣的脱细胞。
大量软组织缺损会导致功能缺陷,并会极大地影响患者的生活质量。虽然手术重建可以使用自体游离皮瓣移植或血管化复合同种异体移植(VCA)进行,但这种方法也有缺点。供体部位发病率和组织可用性等问题限制了自体游离皮瓣移植,而免疫抑制是 VCA 的重要限制。使用去细胞化/再细胞化方法的重建手术中的工程组织代表了一种可能的解决方案。使用去除天然细胞物质同时保留底层细胞外基质(ECM)微结构的方法生成去细胞化组织。然后,这些无细胞支架随后可以用受体特异性细胞重新细胞化。
该协议详细介绍了用于在猪模型中实现无细胞支架的获取和脱细胞方法。此外,它还提供了灌注生物反应器设计和设置的描述。皮瓣包括猪网膜、阔筋膜张肌和桡骨前臂。通过低浓度十二烷基硫酸钠(SDS)洗涤剂的 离体 灌注进行脱细胞,然后在定制的灌注生物反应器中进行DNase酶处理和过氧乙酸灭菌。
成功的组织脱细胞的特征是肉眼下皮瓣呈白色不透明外观。无细胞瓣显示组织学染色时没有细胞核,DNA 含量显着降低。该协议可以有效地用于生成具有保留ECM和血管微结构的脱细胞软组织支架。这种支架可用于随后的细胞再生研究,并具有在重建手术中的临床转化潜力。
创伤性损伤和肿瘤切除可导致大而复杂的软组织缺损。这些缺陷会损害患者的生活质量,导致功能丧失,并导致永久性残疾。虽然自体组织皮瓣移植等技术已被普遍采用,但皮瓣可用性和供体部位发病率问题是主要限制1,2,3。血管化复合同种异体移植(VCA)是一种有前途的替代方案,可将复合组织(例如肌肉,皮肤,脉管系统)作为一个单元转移给受体。然而,VCA需要长期免疫抑制,这会导致药物毒性、机会性感染和恶性肿瘤4,5,6。
组织工程无细胞支架是这些限制的潜在解决方案7。无细胞组织支架可以使用去细胞化方法获得,该方法从天然组织中去除细胞物质,同时保留底层细胞外基质(ECM)微结构。与在组织工程中使用合成材料相比,使用生物衍生支架提供了一种仿生ECM底物,可实现生物相容性和临床翻译的潜力8。脱细胞后,随后用受体特异性细胞对支架进行再细胞化,然后可以产生几乎没有免疫原性的功能性血管化组织9,10,11。通过开发使用灌注脱细胞技术获得无细胞组织的有效方案,可以设计多种组织类型。反过来,基于该技术允许应用于更复杂的组织。迄今为止,已经使用简单的血管化组织(例如啮齿动物 12、猪 13 和人类模型14 的全层筋膜皮瓣)以及猪腹直肌骨骼肌15 研究了血管化软组织的灌注脱细胞化。此外,复杂的血管化组织也已灌注脱细胞,如猪和人耳16,17模型和人全脸移植模型18所示。
在这里,该协议描述了使用生物衍生的ECM支架的血管化游离瓣的去细胞化。我们介绍了三个临床相关皮瓣的去细胞化:1)网膜,2)阔筋膜张量和3)桡骨前臂,所有这些都代表了重建手术中常规使用的主力皮瓣,并且以前从未在组织脱细胞背景下的动物研究中进行过检查。这些生物工程皮瓣提供了一个多功能且易于获得的平台,具有临床应用的潜力,可用于大型软组织缺损修复和重建领域。
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所有涉及动物受试者的程序均已获得大学健康网络机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准,并按照大学健康网络动物资源中心的协议和程序以及加拿大动物护理指南委员会执行。所有实验均使用五头约克郡猪(35-50公斤;约12周龄)。
1. 灌注生物反应器制造

图1:灌注生物反应器的制造。 灌注生物反应器由(A)塑料聚丙烯组织室(B)组成,侧孔钻孔以容纳带有气密和水密盖的灌注管。(C)旋塞阀连接到管子上,以允许连接灌注管,该灌注管以单程方式将脱细胞剂从洗涤剂储液槽中输送到废物中。(D) 兼容的泵盒用于将三停止管连接到蠕动泵。 请点击此处查看此图的大图。
2. 脱细胞溶液的制备
3. 猪瓣采购
注意:这是一个终端过程。一头猪被用来采购所有三个皮瓣。在采购所有皮瓣后对动物实施人道安乐死。

图2:三个猪血管化皮瓣的采购 。 (A) 网膜。右侧 (i) 和左侧 (ii) 胃表皮动脉在网膜瓣 (iii) 中插管。(B)阔筋膜张量。皮瓣 (iv) 是股骨外侧回旋动脉 (v) 的升支。(C)桡向前臂皮瓣。桡骨前臂皮瓣(vi)的获取基于桡动脉和静脉(vii)作为血管椎弓根(注意:为了演示目的,省略了窗帘)。比例尺:3厘米。 请点击此处查看此图的大图。
4. 建立脱细胞系统

图3:组装的灌注脱细胞系统 。 (A)灌注脱细胞系统示意图。流入管通过压力传感器监控,以单程方式将灌注液从洗涤剂储液罐输送到组织室中。流出管将灌注液从组织室主动去除到废物容器中。黑色箭头表示灌注流的方向。蠕动泵与左侧泵一起使用以控制流入。使用第二个蠕动泵通过相应的管道主动排出流出。用 BioRender.com 创建的图。(B)在台面上组装的灌注脱细胞系统的照片,流入蠕动泵(i)连接到组织室(ii),然后流出蠕动泵(iii)。在进入组织室之前,使用在线压力传感器(iv)监测流入灌注液压力。在这里,三个瓣平行脱细胞。洗涤剂和废物储液罐都在台面下方,没有拍照。 请点击此处查看此图的大图。
5. 猪瓣脱细胞
表1:灌注-脱细胞方案参数摘要。请按此下载此表格。
6. 去细胞化的评估
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这种使血管化猪瓣脱细胞的方案依赖于离子基洗涤剂SDS通过定制灌注生物反应器中的皮瓣脉管系统的灌注。在脱细胞之前,根据猪模型的主要供应血管采购和插管三个血管化皮瓣。采购后立即冲洗瓣,以保持专利,可灌注脉管系统,以便成功脱细胞。使用密封的卡扣盖容器,设计了一种定制的生物反应器,以允许在封闭环境中进行瓣灌注。使用连接到组织室的两个蠕动泵以单程方式实现生物反应器内的瓣膜灌注。使用在线压力传感器监测灌注压力。
在脱细胞过程中,SDS暴露的持续时间取决于正在处理的组织类型。使用所述的灌注脱细胞技术,网膜、张筋膜和桡骨前臂皮瓣分别用0.05%SDS脱细胞2天,3天和5天。脱细胞后的成功灭菌证明,在擦拭皮瓣并在琼脂平板上培养拭子14天后没有微生物菌落生长。以2 mL/min的流速监测灌注压力,在所有脱细胞阶段,所有三个瓣膜的灌注压力范围在20-60 mmHg之间。脱细胞后,在手动控制下冲洗皮瓣,并显示出从静脉插管流出以自由引流的证据(补充视频1,补充视频2,补充视频3)。
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拟议的方案使用低浓度SDS的灌注来使一系列猪源性皮瓣脱细胞。通过此程序,可以使用有利于低浓度 SDS 的方案成功脱细胞,无细胞网膜、阔筋膜张肌和桡骨前臂皮瓣。初步优化实验已确定,当使用组织学技术分析时,2天至5天之间低浓度(0.05%)的SDS能够去除网膜,阔筋膜张肌和桡骨前臂瓣的细胞物质(补充图1,补充图2,补充图3)。这种方法提供了一种简单的方法,可以在短时间内以合理的成本实现去细胞化。根据我们的经验,猪皮瓣的去细胞化和灭菌需要 2-5 天,密度更大的组织需要更长的去细胞化时间(例如,5 天前臂皮肤与 2 天网膜皮肤)。此外,选择本协议中使用的低浓度SDS是基于0.05%的低浓度SDS低于SDS的临界胶束浓度(约0.2%21)的基本原理,因此允许表面活性剂有效地溶解细胞膜,同时保持重要的生物活性ECM组分完整。如先前作者13,22所报道的那样,在该协议中使用低浓度SDS与使用相对较高浓度的SDS(例如,1%)进行血管化筋膜皮肤皮瓣的灌注...
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作者没有利益冲突需要披露。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
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| 0.9 % 氯化钠溶液(生理盐水) | Baxter | JF7123 | |
| 20 L 聚丙烯细口大瓶 | Cole-Parmer | RK-62507-20 | |
| 3-0 软丝不可吸收手术扎带 | Covidien | LS639 | |
| 三向旋塞阀 | Cole-Parmer | UZ-30600-04 | |
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| BD血管导管20-Gauge | VWR | BD381134 | |
| BD 血管溶出素 22 号 | VWR | BD381123 | |
| BD 血管溶出素 24 号 | VWR | BD381112 | |
| 氯化钙 | Sigma-Aldrich | C4901 | DNA 酶辅因子 |
| DNase I 来自牛胰腺 | Sigma-Aldrich | DN25 | |
| DNA 检测(Quant-iT PicoGreen dsDNA 检测试剂盒) | Invitrogen | P7589 | |
| DPBS,10X | Wisent | 311-415-CL | 不含 Ca++/Mg++ |
| Halsted-蚊式止血仪 | 精细科学工具 | 13008-12 | |
| 肝素,1000 国际单位/毫升 | Leo Pharma A/S | 453811 | |
| 盐酸氯胺酮 5000 毫克/50 毫升 | Bimeda-MTC 动物保健公司 | ||
| Ismatec 泵 Tygon 3 止动管 | Cole-Parmer | RK-96450-40 | 内径:1.85 mm |
| Ismatec REGLO 4 通道泵 | Cole-Parmer | 78001-78 | |
| Ismatec 管盒 | Cole-Parmer | RK-78016-98 | |
| 异氟醚 99.9%,250 ml | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | ||
| LB琼脂,Lennox | Bioshop | 测试琼脂板 | |
| ,硫酸镁 | ,Sigma-Aldrich | M7506,DNAse | 辅助因子 |
| ,Masterflex L / S 16管 | Cole-Parmer | RK-96410-16 | |
| 咪达唑仑50毫克/ 10毫升 | ,加拿大制药合作伙伴,Inc. | ||
| 单极烧灼铅笔 | Valleylab | E2100 | |
| 正常缓冲福尔马林,10% | Sigma-Aldrich | HT501128 | |
| N°11手术刀刀片 | Swann Morton | 303 | |
| 瓜蛋白酶 来自木瓜乳胶 | Sigma-Aldrich | P3125 | |
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| 氯化钾 40 mEq/20 ml | Hospira Healthcare Corporation | 37869 | |
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