Decellularization des ganzen menschlichen Herz in einem unter Druck stehenden Beutel in eine umgekehrte Orientierung
26. November 2018
Diese Methode ermöglicht Decellularization ein komplexes solide Organ mit einem einfachen Protokoll basierend auf osmotischen Schock und Durchblutung des Ionischen Waschmittel mit minimalen Orgel Matrix Störung. Es verfügt über eine neuartige Decellularization-Technik für die Herzen der Menschen in einem unter Druck stehenden Beutel mit Echtzeit-Überwachung der Strömung Dynamik und zellulären Schutt Abfluss.
Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen zur Erzeugung von vaskularisierten Gerüsten zu beantworten, die wirklich der Heilige Gral des Tissue-Engineering-Bereichs sind. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass ein Druckbeutel in umgekehrter Ausrichtung die Dezellularisierung nicht transplantierbarer menschlicher Organe verbessert und uns dies in einer sterilen Weise über einen angemessenen Zeitrahmen tun lässt. Um das Herz auf die Dezellularisierung vorzubereiten, führen Sie zunächst eine interne Inspektion auf mögliche Defekte durch.
Wenn ein Septaldefekt vorliegt, korrigieren Sie den Mangel mit den entsprechenden Nähten. Als nächstes ligate die überlegenen und unterlegenen Venenhöhlen mit 2:0 Seidennaht. Die rechte Atriumwand mit 5-0 PROLENE bedecken und die Aorta für die anschließende Kanulation von der Hauptpulmonalarterie absezieren.
Setzen Sie die Verbinder entsprechend dem Durchmesser des Gefäßes in die Aorta und die Lungenarterie ein und sichern Sie die Verbinder mit 2-0 Seidennähten. Mit einer der Lungenvenenöffnungen legen Sie eine Schlauchlinie durch das linke Atrium in Richtung des linken Ventrikels ein und verbinden Sie eine Infusionsleitung mit dem Stecker in der Aorta und eine Abflussleitung mit dem Verbinder in der Lungenarterie. Legen Sie das vorbereitete Herz in der umgekehrten Ausrichtung in einen Polyesterbeutel und legen Sie den Beutel in einen Perfusionsbehälter.
Verbinden Sie jede der Leitungen mit den entsprechenden Anschlüssen im Gummistopfen, je nach Behälterdurchmesser, und stecken Sie den Stopfen in den Deckel des Perfusionsbehälters, um den Polyesterbeutel zu versiegeln. Dann durchdringen PBS über den Infusionsanschluss des Gummistopfens, um den Abfluss aus der Lungenarterie und aus der linie, die in die linke Herzkammer eingeführt wird, zu überprüfen, indem Sie diesen Fluss verwenden, um das Organ von allen verbleibenden Blutspuren innerhalb der Gefäße zu reinigen. Wenn das Herz fertig ist, legen Sie den montierten Bioreaktor in eine aufrechte Ausrichtung und verbinden Sie die Infusionsleitung, die Druckkopflinie, die Pulmonale-Abflussleitung und die Bioreaktor-Abflussleitung mit den Gummikappen-Oberflächenöffnungen auf der Oberseite des Perfusionsbioreaktors.
Dann dezellularisieren Sie das Herz für vier Stunden mit hypertonischer Lösung, zwei Stunden mit hypotonischer Lösung, 120 Stunden mit Natriumdodecylsulfat oder SDS, und eine endende Wäsche mit 120 Litern PBS, alle unter konstantem 120 Millimeter Quecksilberdruck, gemessen an der Aortenwurzel. Während der letzten 10 Liter der PBS-Waschanlage 500 Milliliter sterile 2,1%Peressigsäurelösung mit 10 normalen Natriumhydroxid neutralisiert in die Perfusionslösung, um das Gerüst zu sterilisieren. Typischerweise nimmt die Durchflussrate in die Aorta während des Dezellularisierungsprozesses allmählich ab, wenn sich die Perfusionslösung von hypertonisch zu hypotonisch ändert.
Im Gegensatz dazu steigt der Durchfluss, wenn die Perfusionslösung von einer hypotonischen Lösung auf SDS umgestellt wird, wozu die Infusionsrate Schwankungen zeigt. Die Abflussrate aus der Lungenarterie zeigt einen ähnlichen Trend mit den hyper- und hypotonischen Lösungen. Die Abflussrate während der SDS-Perfusion weist jedoch einen Gesamtrückgang auf.
Die koronare Perfusionseffizienz nimmt im Laufe der Zeit ebenfalls ab, da die verschiedenen Reagenzien durch die Gefäße durchdrungen werden. Da der Abfluss perfusate aus der Lungenarterie und der linken Herzkammer gleichzeitig gesammelt werden, kann ihr Schmutzgehalt durch Spektroskopie verglichen werden. Die Trübung der Abwässer aus beiden Gefäßen nimmt im Laufe der Zeit während der Perfusionen ab, obwohl die Trübung der Lungenarterie eine abruptere Farbänderung aufweist als die, die während der ersten Perfusionsperiode vom linken Ventrikel beobachtet wurde.
Die Auswertung der Korrelation zwischen der Abflusstrübung und den Zellablagerungen durch einen Bicinchoninsäure-Protein-Assay aus sechs dezellularisierten menschlichen Herzen zeigt eine lineare Korrelation zwischen der Proteinkonzentration und der Trübung der Abwässer. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, die Durchflussrate zu überwachen und die Perfusate regelmäßig zu sammeln, um den Perfusionsprozess tatsächlich zu überwachen. Nach diesem Verfahren können andere Techniken wie mechanische Auswertung oder Sterilitätstests verwendet werden, um die Genauigkeit des Gerüsts und seine mögliche Verwendung für die Rezellularisierung zu bewerten, um ein funktionelles Herzgewebe zu erzeugen.
Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher im Bereich der regenerativen Medizin und Tissue-Engineering, um die Erzeugung ganzer vaskularisierter Organe zu erforschen und das Feld der Festorgantransplantation buchstäblich zu verändern. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit menschlichen Organen und Geweben und Chemikalien wie SDS extrem gefährlich sein kann und bei diesem Verfahren immer geeignete persönliche Schutzausrüstungen tragen kann.
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Übersicht
Diese Methode ermöglicht die Entzellerung komplexer fester Organe, insbesondere menschlicher Herzen, unter Verwendung eines einfachen Protokolls, das die Störung der Matrix des Organs minimiert. Die Technik verwendet eine unter Druck stehende Kammer zur Echtzeitüberwachung der Strömungsdynamik und des Abflusses zellulären Materials.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Gewebetechnik
- Entzellularisierung von Organen
- Kardiovaskuläre Forschung
Hintergrund
- Die Entzellularisierung ist entscheidend für die Herstellung vaskularisierter Gerüste in der Gewebeengineering.
- Aktuelle Methoden stören häufig die Organmatrix.
- Es werden verbesserte Techniken für nicht transplantierbare menschliche Organe benötigt.
- Eine Echtzeitüberwachung kann den Entzellularisierungsprozess verbessern.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer neuartigen Dekellularisierungstechnik für menschliche Herzen.
- Verbesserung der Sterilität und Effizienz des Dekellularisierungsprozesses.
- Ermöglichung der Erzeugung von vaskularisierten Gerüsten.
Verwendete Methoden
- Interne Untersuchung des Herzens auf Defekte.
- Korrektur von Septumdefekten mittels Nähten.
- Ligatur der Vena cava superior und inferior.
- Präparation der Aorta zur Kanülierung.
Hauptergebnisse
- Der unter Druck stehende Beutel verbessert die Effizienz der Entzellulierung.
- Durch die Echtzeitüberwachung lässt sich der Prozess besser steuern.
- Es wurde eine minimale Störung der Organmatrix erreicht.
- Die Methode ist unter sterilen Bedingungen anwendbar.
Schlussfolgerungen
- Diese Technik stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Entzellerung von Organen dar.
- Sie verspricht zukünftige Anwendungen in der Gewebeengineering.
- Weitere Forschung könnte ihren Einsatz auf andere Organarten ausweiten.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Entzellularisierung ganzer menschlicher Herzen mithilfe eines unter Druck stehenden Beutels in umgekehrter Orientierung ermöglicht die Herstellung von vaskularisierten Gerüsten für das kardiale Gewebekonstruktionsverfahren und trägt so der dringenden Notwendigkeit transplantierbarer Organe Rechnung. Diese Methode unterstützt eine prädiktive Risikominimierung, da die Architektur der extrazellulären Matrix erhalten bleibt und eine Echtzeitüberwachung der Perfusionsdynamik ermöglicht wird, wodurch die Qualität des Gerüsts sowie sein Rezellularisierungspotential bewertet werden können. Damit stellt sie eine grundlegende Methode zur Weiterentwicklung der bio-künstlichen Herzentwicklung dar und verringert die Abhängigkeit von Spenderorganen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Untersuchung der Zusammensetzung der extrazellulären Matrix des Herzens und der Gefäßarchitektur zur Validierung von Zielstrukturen bei Therapien der Herzinsuffizienz.
- Operativer Wert: Bietet eine reproduzierbare Gerüstplattform für mechanistische Untersuchungen von Zell-Matrix-Interaktionen in erkranktem im Vergleich zu gesundem Gewebe.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt standardisierte, menschlich gewonnene Gerüste zur quantitativen Beurteilung der Zellbesiedlung, Proliferation und funktionellen Integration in präklinischen Modellen.
- Operationaler Wert: Unterstützt die Bereitschaft für Assays durch Echtzeit-Turbiditäts- und Protein-Korrelationsmetriken, die Prozesskontrolle und Konsistenz von Charge zu Charge ermöglichen.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht eine translationale Kontinuität, indem ein krankheitsrelevantes, menschliches Herzgerüst zur Bewertung von Rezellularisierungsstrategien und elektromechanischer Reifung bereitgestellt wird.
- Operativer Wert: Ermöglicht risikoadjustierte Entscheidungen über den Fortschritt durch korrelative Analyse der Trübung des Effluents und des Abbaus zellulären Materials als Qualitätskontrollparameter.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in den Entdeckungsprozess von der Target-Validierung über die Lead-Identifizierung bis hin zur präklinischen Evaluierung, indem sie eine humanbasierte, vaskularisierte Scaffold-Plattform bereitstellt.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die Hypothesenprüfung kardialer extrazellulärer Matrixziele und die Klärung von Signalwegen durch die Erhaltung der nativen Gewebearchitektur.
- Screening: Ermöglicht die Standardisierung von Assays durch quantifizierbare Trübungsmessungen des Ausflusses und Korrelation mit dem Bicinchoninsäure-Protein-Assay zur Überwachung der Dekellularisierungseffizienz.
- Analytik: Liefert messbare Ergebnisse wie Durchflussraten-Dynamik, Druckgradienten und Profil der Ablagerungsausflüsse, die zur Prozessoptimierung und Entscheidungsfindung (Go/No-Go) herangezogen werden.
- Translationale Forschung: Verbindet die Entdeckung mit der präklinischen Validierung, indem ein Gerüst bereitgestellt wird, das für die Rezellularisierung und funktionelle Bewertung in Krankheitsmodellen geeignet ist.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Fähigkeit zur Herstellung von Gerüsten, die in mehreren Programmen zur kardialen Reparatur und Regeneration eingesetzt werden kann.
Operative und unternehmensweite Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit bezüglich der Gerüsttreue durch Erhalt der dreidimensionalen extrazellulären Matrix und der Gefäßstrukturen, wodurch mechanistische Unklarheiten in der kardialen Gewebeengineering-Forschung reduziert werden.
- Operativer Wert: Standardisierung und Skalierbarkeit, erreicht durch ein unter Druck stehendes Sacksystem, das eine sterile, überwachte Entzellerung über längere Zeiträume ermöglicht.
- Strategischer Wert: Verbesserte Entscheidungen über Fortsetzung oder Abbruch basierend auf Echtzeit-Perfusionsüberwachung und Metriken zur Ablagerungsbeseitigung, wodurch das biologische Risiko in fortgeschrittenen Stadien regenerativer Medizin-Portfolios verringert wird.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierung von Gerüstkandidaten mithilfe der quantitativen Korrelation zwischen Trübung und Protein als Freigabekriterium für Rezellerungsprozesse.
Durchführungsaspekte
- Setzt Fachkenntnisse in der Organperfusion, im Umgang mit Decellularisierungsreagenzien und in der sterilen Gewebeverarbeitung voraus.
- Benötigt eine Perfusion-Bioreaktor-Infrastruktur, die in der Lage ist, einen konstanten Druck von 120 mmHg aufrechtzuerhalten und den Austausch mehrerer Reagenzlösungen zu ermöglichen.
- Erfordert eine standardisierte Zusammenarbeit zwischen Teams bei der Sammlung von Ausflussproben, Spektroskopie und Proteinanalysen, um eine konsistente Bewertung der Scaffold-Qualität zu gewährleisten.
- Beinhaltet Anpassungen hinsichtlich unterschiedlicher Organgrößen und vaskulärer Architekturen, wenn die Methode über menschliche Herzen hinaus angewendet wird.
- Umfasst praktische Einschränkungen bezüglich der Expositionsgefahren durch Reagenzien (z. B. SDS, Peroxessigsäure), die strikte PSA- und Abschottungsprotokolle erfordern.
