Bioengineering von Geweben und Organen ist eine attraktive Ergänzung zum Bereich der regenerativen Medizin. Die Schaffung von "im Labor gezüchteten" Organen, die für die Transplantation in Patienten geeignet sind, um die Funktionalität erkrankter Organe zu ersetzen, ist sehr wünschenswert, um den aktuellen und zukünftigen Bedarf an Transplantationen zu decken. Die Prinzipien des Tissue Engineering konzentrieren sich auf die Aussaat gewünschter Zelltypen oder Vorläufer davon in ein Gerüst, das die Form des manipulierten Gewebes unterstützt und gleichzeitig die geeigneten Wachstumsfaktoren und Kulturbedingungen liefert, die zur Nachahmung von Entwicklungs- oder Regenerationsprozessen erforderlich sind. Während synthetische Gerüste für das Tissue Engineering verwendet wurden, kann die natürliche extrazelluläre Matrix (EZM) die beste Quelle für organspezifische Gerüste für diesen Zweck sein. Die Dezellularisierung ganzer Organe ist ein Prozess, der die Entnahme von Zellen ermöglicht, während die chemischen und strukturellen Aspekte der nativen EZM intakt bleiben. Das resultierende azelluläre Matrixgerüst kann als Plattform verwendet werden, auf der regenerative Zellen in vitro ausgesät und kultiviert werden können 1,2.
Mehrere Nagetiermodelle der Lungendezellularisierung und anschließenden Rezellularisierung wurden entwickelt, um die Machbarkeit dieser Technologiezu untersuchen 3-6. Nagetiermodelle bieten zwar einen wesentlichen Proof-of-Concept, sind aber nicht direkt auf die klinischen Bedürfnisse des Menschen übertragbar. Eine kürzlich durchgeführte Studie wies darauf hin, dass genomische Reaktionen auf traumatische Verletzungen (und damit verbundene Entzündungen) zwischen Mäusen und Menschen nicht gut korrelieren; Diese Ergebnisse werfen die Frage auf, ob es sinnvoll ist, Mäuse als Modelle für solch komplexe biochemische Prozesse beim Menschen zu verwenden7. Modelle für nichtmenschliche Primaten (NHP) bieten den Vorteil, dass sie der Biologie des Menschen auf genomischer, anatomischer und physiologischer Ebene sehr ähnlich sind und eine flexiblere Manipulation für eine bessere Extrapolation auf den Menschen ermöglichen. Der Rhesusaffe wurde in einer Vielzahl von präklinischen Anwendungen eingesetzt und ist ein hervorragendes Modell für die Untersuchung des Tissue Engineering8-11. Vor kurzem haben wir die erfolgreiche Dezellularisierung der Lunge von Rhesusaffen (Macacca mulatta) unter Verwendung eines Verfahrens beschrieben, das minimale Auswirkungen auf die Lungen-ECMhat 12. Die Lungendezellularisierung wird erreicht, indem das Gewebe nacheinander mit vier Dezellularisierungslösungen behandelt wird, die aus Detergenzien, Salzen und Enzymen bestehen, und zwar mit intermittierendem Waschen mit deionisiertem Wasser (dH2O) und PBS. Wir haben dieses Verfahren optimiert, indem wir ein ursprünglich von Price et al. beschriebenes Protokoll modifiziert haben.4 Eine Vielzahl von histologischen und proteinanalytischen Techniken wurde verwendet, um die Bestandteile der resultierenden azellulären Matrizen im Vergleich zu einheimischen Makakenlungen zu charakterisieren.
In diesem Bericht demonstrieren wir ein detailliertes Protokoll für die Dezellularisierung von nichtmenschlichen Primatenlungen und die Rezellularisierung der resultierenden azellulären Lungengerüste in einem Großorgan-Bioreaktor, der ursprünglich von Calle et al. demonstriert wurde. 13 in JoVE. Durch die Änderung des ursprünglichen Protokolls, um den Anforderungen an Größe, Belüftung und Perfusion der Lungen von Großtieren gerecht zu werden, wurde die Technologie erfolgreich vom Nagetiermodell auf das Rhesusaffenmodell übertragen. Alle in diesem Bericht vorgestellten Studien wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Institutional Biosafety Committee (IBC) durchgeführt, die am Tulane National Primate Research Center gelten. Die Demonstration dieser Technik ist unerlässlich, da die Identifizierung anatomischer Strukturen und die physische Manipulation größerer Organe manchmal schwierig ist, ohne die Schritte des Protokolls zu visualisieren. Die durch diese Methoden ermöglichten Studien bilden eine Grundlage für wesentliche präklinische Studien in dezellularisierten Rhesusaffen-Lungen, in denen die Rezellularisierung mit Rhesus-Stammzellen der mesenchymalen Linie und Rhesus-Mikrovaskulären Endothelzellen beurteilt werden kann. Unsere Version dieses Bioreaktors simuliert die Entwicklungsumgebung und wendet mechanische Dehnungs- und Dehnungskräfte in der Lunge von Großtieren an und ermöglicht die Untersuchung der Lungenrezellularisierung unter Bedingungen, von denen bekannt ist, dass sie die Lungen- und Endothelentwicklung erleichtern13-15.