Alle hier beschriebenen Methoden wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC No. 17-0164-S1A0) des Seoul National University Hospital genehmigt.
1. Gerüstherstellung
HINWEIS: Zweischichtige Speiseröhrengerüste werden durch die Kombination von Elektrospinnen und 3D-Druck hergestellt. Die Innenmembran des Rohrgerüstes wurde aus elektrospinnendem Polyurethan (PU) mit rotierenden Edelstahl-Mandrels als Kollektoren9hergestellt.
- Zur Herstellung von röhrenförmigen PU-Nanofasern eine 20%ige (w/v) Lösung von PU-Polymer unter Rühren in N,N-Dimethylformamid (DMF) für 8 h bei Raumtemperatur vorbereiten.
- Legen Sie die PU-Lösung mit einer stumpfen Metallnadel (22 G) und Elektrospin auf rotierende Edelstahldornen (Durchmesser = 2 mm) in einem Abstand von 30 cm zwischen der Nadelspitze und dem rotierenden Kollektor auf.
HINWEIS: Das Netzteil ist auf einen Hochspannungs-Gleichstrom von 15 kV Potential eingestellt. Die Zuführrate der Lösung wird mit einer Spritzenpumpe auf 0,5 ml/h festgelegt.
- Machen Sie eine röhrenförmige Nanofaserschicht auf der Oberfläche des Dorns, der sich bei 3,14 m/s dreht.
- Trocknen Sie die PU-Nanofaser in einem Vakuumofen bei 40 °C über Nacht, um Restlösungsmittel vollständig zu entfernen.
HINWEIS: Die 3D-gedruckte Außenwand des Speiseröhrengerüsts wird mit einem Rapid Prototyping System hergestellt. Die 3D-Druckanlage besteht aus Einem Spender, einer Düse, einem Kompressions-/Wärmeregler, einer 3-Achsen-Umwandlungsstufe und einem Softwaresystem.
- PCL-Pellets werden bei 100 °C in einem Heizzylinder gelöst und dann unter der Kontrolle eines Bioplottingsystems unter Hochdruck (7 bar) auf die Oberfläche der Nanofasern gedruckt. Die Düsengröße beträgt 300 m und der Strangabstand 700 m.
- Nach dem Entfernen des zweilagigen Gerüstes aus dem Dorn, sterilisieren, indem Sie 70% Ethanol unter ultraviolettem Licht einweichen.
HINWEIS: In früheren Studien wurden detailliertere Merkmale des Gerüstes berichtet10.
2. Zellsaatierung auf dem Grafts- und Bioreaktor-Anbau
HINWEIS: Menschliche mesenchymale Stammzellen (hMSCs), die von einem Unternehmen erworben wurden, wurden ohne Modifikation verwendet.
- Vor der Zelltransplantation das 3D-gedruckte Speiseröhrengerüst für 1 h unter ultraviolettem Licht sterilisieren, 10 min mit Ethanol befeuchten und 3x mit phosphatgepufferter Saline (PBS) waschen.
- Kultur und Erweiterung der hMSCs im Wachstumsmedium (Basalmedium/Wachstumszuschlag). Zweilagige Röhrengerüste wurden in nicht haftende 24 Brunnengewebekulturplatten übertragen.
- Um die Zellen an der Innenfläche des Gerüstes zu befestigen, fügen Sie die hMSC-Suspension mit einer Dichte von 1 x 106 Zellen/ml in der Kellermembranmatrix, die das Wachstumsmedium enthält, vorsichtig hinzu.
- Gleichmäßig die Kellermembranmatrixaufhängung auf der Innenfläche des zweilagigen Rohrgerüsts ablagern.
- Fixieren Sie das hMSC-saatierte Rohrgerüst mit einem pulsatilen Durchfluss-Bioreaktorsystem fest am Acrylhalter in der Kulturkammer des Bioreaktors.
HINWEIS: Das kundenspezifische Bioreaktorsystem besteht aus einer Pumpe, einer Blasenfalle, einer Durchflusskammer, einem Manometer, einem steuerbaren Ventil und einem mittleren Reservoir. Bei der Anwendung von Scherspannung in der Kulturkammer, erlauben Sie eine Ruhezeit von 1-2 min11.
- Fügen Sie wachstumsmittel in die Kulturkammer ein und wenden Sie 0,1 Dyne/cm2 strömungsinduzierte Scherspannung unter einer befeuchteten Atmosphäre an, die 5%CO2 10enthält.
HINWEIS: Der Wert der strömungsinduzierten Scherspannung wurde berechnet, indem die Peristaltik des Speiseröhrengewebes aus früheren Studien simuliert wurde10.
- Bestimmen Sie die Zellreaktionen auf den Innenflächen der zweilagigen Röhrengerüste ohne Bioreaktorkultivierung nach 5 Tagen mit einem LIVE/DEAD Viability Assay Kit gemäß den Anweisungen des Herstellers. Erhalten Sie Bilder über konfokale Mikroskopie mit dem Z-Stack-Tool.
- Beobachten Sie am dritten Tag die Oberflächenmorphologie des hMSC-samen Röhrengerüsts durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM).
- Fixieren Sie das Gerüst, das mit hMSC mit 2,5% Glutaraldehyd und OsO4 für 24 h inkubiert wurde, und dehydrieren Sie mit Ethanol.
- Beschichten Sie die festen hMSCs mit Platin mit einem Sputterlackturm unter Argonatmosphärischen Bedingungen und erhalten Sie SEM-Bilder bei einer Beschleunigungsspannung von 25 kV.
3. Chirurgische Vorbereitung für Tierchirurgie
HINWEIS: Chirurgische Präparate werden sowohl vor der Gastrostomie als auch vor der Ösophade anwendung.
- Richten Sie die sterilen chirurgischen Instrumente ein: Skalpellklinge, Weitlaner Retraktor, Mikronadelhalter, Mikronahtzange, Mikrogewebezange, Mikroschere, Mayo-Hegar Nadelhalter, Operationsschere, Irisschere, Verbandszange, Gewebezange, Splitterzangen, Iriszange, 5 ml Spritze (21 G Nadel), 10 ml Spritze (22 G Nadel), 9-0 Polyamid-Nähte, 4-0 Polyglactin-Nähte.
- Anästhesisieren Sie das Tier mit einer intramuskulären Injektion von Tiletamin/Zolazepam (50 mg/g Dosis) und 2% Xylazinhydrochlorid (2 mg/kg Dosis).
HINWEIS: Erwachsene Sprague-Dawley (SD) Ratten mit einem Gewicht von 398-420 g wurden für die ÖsophaleTransplantation verwendet.
- Vor der Übertragung auf den chirurgischen Vorhang, überprüfen Sie den entsprechenden Anästhesiezustand des Tieres, indem Sie den Schwanz mit der Zange kneifen.
- Legen Sie das Tier in eine supine Position auf dem sterilen Drap und verwenden Sie Clippers, um das Haar vom Hals (für Ösophadale Transplantation) oder Bauch (für Gastrostomie) zu entfernen. Dann schrubben Sie die chirurgische Stelle mit Betadin und 70% Ethanol.
- Vor dem Schnitt, subkutan injizieren ein Schmerzmittel wie Buprenorphin (0,05-0,1 mg/kg) zur Schmerzlinderung.
4. Gastrostomie-Chirurgie mit einem T-Rohr in Ratten
HINWEIS: Bei allen Versuchstieren wurde eine modifizierte Gastrostomie durchgeführt, um eine vorübergehende Bypass-Nonoral-Rohrfütterung zu ermöglichen (n = 5).
- Lassen Sie Ratten am Tag vor der Operation fasten. Bereiten Sie die Operation wie in Abschnitt 3 vor.
- Setzen Sie den Magen durch einen Mittellinienschnitt der Haut und der Bauchmuskeln der anästhesierten Ratten aus.
- Erstellen Sie eine 3 mm Öffnung in der vorderen Magenwand mit einem Skalpellblatt.
- Setzen Sie die Spitze des Silikon-T-Rohrs in die Defektstelle ein, um sie an der Magenwand zu befestigen.
- Naht richtig, damit sich das T-Rohr nicht von der Magenwand löst.
- Nehmen Sie das distale Ende des implantierten T-Rohrs durch den subkutanen Tunnel in den Nacken.
- Legen Sie die Heparinkappe am Ende des T-Rohrs ein, um zu verhindern, dass der Mageninhalt nach hinten fließt.
HINWEIS: Verwenden Sie einen Angiokatheter, um das Ende des T-Rohrs mit der Heparinkappe zu verbinden.
- Naht alle Schichten der Bauchwand und Haut mit 4-0 Polyglactin Nähte.
- Halten Sie alle experimentellen Ratten getrennt in einem metabolischen Käfig, nachdem die Gastrostomie abgeschlossen ist.
5. Ösophaale Transplantation
HINWEIS: Die Ösophavertransplantation des zweilagigen Röhrengerüsts wird 1 Woche nach der Gastrostomie (n = 5) durchgeführt. Vor der Transplantation impfen hMSCs (Zelldichte: 1 x 106 Zellen/ml in der Kellermembranmatrix) in die Innenwand jedes Gerüstes und brüten für 3 Tage im Bioreaktorsystem. Der chirurgische Eingriff ist wie folgt.
- Entfernen Sie die Halshaare der Modelltiere und führen Sie Standard-Drapieren der chirurgischen Stelle für aseptische Chirurgie.
HINWEIS: Erstellen Sie eine große Rasierfläche wird empfohlen, um asceptic Chirurgie auf dem Tier zu halten.
- Nach dem vorderen Medianschnitt des Halses die Gurtmuskeln trennen und die tracheoösophageale Struktur freilegen.
- Sezieren Sie den Vagusnerv vor der Resektierung des Segments unverblümt von der Speiseröhre, sonst wird die Atmung des Tieres beeinträchtigt.
- Unter Vergrößerung die linke Seite der Speiseröhre von der Luftröhre isolieren und den oberen Teil vorsichtig von der Schilddrüse trennen.
- Erstellen Sie einen 5 mm langen vollständigen Umfangsdefekt, der alle Schichten der Speiseröhre mit einer chirurgischen Schere enthält.
HINWEIS: Schneiden Sie vor der Ösophadetransplantation die vorbereiteten Gerüste mit einer chirurgischen Schere, um die Länge der Transplantationsstelle zu entsprechen.
- Führen Sie unter dem Mikroskop mikroanastomosis an beiden Enden des distalen Ösophaaldefekts mit einem 9-0-Nähteinstich aus. Legen Sie die erste Naht zwischen dem rechten inferoposterior Rand der oberen Speiseröhre Rest und Gerüst. Weiter von rechts nach links zwischen dem oberen Speiseröhrenrest und dem Gerüst. Anastomose das Gerüst in der gleichen Weise wie der obere Rand der unteren Speiseröhre Rest.
HINWEIS: Führen Sie mikrovaskuläre Anastomose, wie sie in der klinischen Chirurgie für ösophaale Transplantation verwendet wird. Arbeiten Sie mit einem Mikroskop für eine präzise, wasserdichte Naht der Implantatstelle.
- Legen Sie anschließend die umgebende Schilddrüsenklappe über die transplantierte Stelle, um eine stabile Aufrechterhaltung und Gefäßversorgung der Transplantate zu gewährleisten.
- Nach der Transplantation den subkutanen Muskel und das Hautgewebe mit einer 4-0-Vicryl-Naht nähen.
- Halten Sie alle experimentellen Ratten einzeln in metabolischen Käfigen.
6. Postoperative Verfahren
HINWEIS: Postoperative Eingriffe werden sowohl nach Gastrostomie als auch nach Ösophadertransplantation durchgeführt.
- Nach Dem Schließen der Bauchwunde, legen Sie die Ratten in einzelne Stoffwechselkäfige und legen Sie die Käfige auf Infrarot-Wärmevorrichtungen, um Unterkühlung zu verhindern.
- Überwachen Sie die Tiere, bis sie die Brustruhe erreichen und aufrechterhalten (d. h. aufrecht auf der Brust liegend).
- Um Entzündungen an der chirurgischen Stelle zu minimieren, verabreichen Sie das Antibiotikum Gentamicin (20 mg/kg) täglich an die Ratten.
- Beginnen Sie mit der oralen Flüssigkeitsfütterung am dritten postoperativen Tag bis zum Endpunkt der Studie. Geben Sie die gesamte Nährwertnahrung (20,6 g/100 ml [g%] Kohlenhydrate, 3,8 g% Protein, 0,2 g% Fett) durch die Heparinkappe 3x pro Tag ab dem Tag nach der Operation.
- Überprüfen Sie das Aussehen und das Körpergewicht der Tiere täglich. Überprüfen Sie, um das Verhalten zu verwalten, wie selbstschädigende Schnittstelle oder Widerstand gegen die Rohraufnahme, sowie verschiedene chirurgische Komplikationen. Wenn das Körpergewicht der Rattenmodelle schnell um 20% oder mehr abnimmt, führen Sie Dieeuthanasie durch CO2-Inhalation durch.
7. Histologie und Immunhistochemie
HINWEIS: Für die histologische Analyse wird das gesamte Speiseröhrengewebe der eingeschläferten Tiere mit einer chirurgischen Schere extrahiert. Hämatoxylin- und Eosinfärbung und Massons trichrome Färbung wurden mit standard histologischen Techniken durchgeführt. Die Immunhistochemie wurde nach folgendem Protokoll durchgeführt.
- Fixieren Sie die gesamte Speiseröhre, die die transplantierten Stellen enthält, in 4% Paraformaldehyd. Erstellen Sie einen Paraffinblock und schneiden Sie 4 m dicke Abschnitte.
- Entparaffinisieren Sie die Gewebeabschnitte und dehydrieren Sie sie in einer Ethanolserie. Tauchen Sie das Gewebe gleitet in Citratpuffer und Wärme für 10 min in der Mikrowelle. Kühlen Sie die Zellen mit kalten PBS für 20 min. Tauchen Sie in 3% Wasserstoffperoxid für 6 min, und waschen Sie mit PBS für 10 min.
- Inkubieren Sie in 3% Rinderserumalbumin (BSA) für 1 h bei Raumtemperatur, um unspezifische Reaktionen von Gewebeabschnitten zu blockieren.
- 3x mit PBS 5 min waschen. Mit primären Antikörpern gegen Desmin (verdünnt auf 1:200), Keratin 13 (verdünnt auf 1:100) und von Willebrand Factor (vWF; verdünnt auf 1:100) über Nacht bei 4 °C inkubieren.
- 3x mit PBS 15 min waschen. Mit dem entsprechenden Sekundärantikörper in einer Konzentration von 1:500 für Desmin und Keratin 13 bei Raumtemperatur inkubieren. Dann waschen Sie die Dias zweimal mit PBS für 10 min.
HINWEIS: Gewebeabschnitte für vWF wurden mit einem peroxidasehiven Set aus Meerrettich inkubiert (siehe Materialtabelle) und dann mit 3,3'-Diaminobenzidin (DAB) visualisiert.
- Montieren Sie mit einem Glasdeckel und 4',6-Diamidino-2-Phenolindole (DAPI) mit Montagemedium.