Ex Vivo Perfusionskultur großer Blutgefäße in einem 3D-gedruckten Bioreaktor
28. Juli 2023
Dieses Protokoll stellt den Aufbau und Betrieb eines neu entwickelten, 3D-gedruckten Bioreaktors für die ex vivo Kultur von Blutgefäßen in Perfusion vor. Das System ist so konzipiert, dass es leicht von anderen Benutzern übernommen werden kann, praktisch, erschwinglich und an verschiedene experimentelle Anwendungen wie grundlegende biologische und pharmakologische Studien anpassbar ist.
Wir haben einen einfachen, kostengünstigen und anpassungsfähigen Bioreaktor für die Kultivierung von Blutgefäßen in vitro entwickelt. Die Anwendung von physiologischen Strömungs- und pulsierenden Kräften auf die Blutgefäße sorgt dafür, dass die Zellen im Gewebe lebensfähig bleiben. Die Anwendung von Bioreaktoren, wie wir sie hier beschrieben haben, ermöglicht die Kultur von Blutgefäßen ex vivo und reduziert die Abhängigkeit von Tierversuchen in der Forschung.
Die Anwendung hämodynamischer Kräfte ist entscheidend, um ein gesundes Blutgefäß in Kultur zu erhalten, während Profusionsbioreaktoren eine großartige Lösung sind, um diese dynamische Umgebung zu erreichen. Systeme, die in der vorhandenen Literatur beschrieben werden, sind oft schwierig zu replizieren, teuer und nicht einfach anzupassen. Wir haben ein neues Perfusionssystem mit dem Namen EasyFlow entwickelt.
Dieses System ist wirtschaftlich in der Herstellung, eignet sich für eine Vielzahl von Geweben und ist einfach zu modifizieren, so dass die Forscher es an ihre experimentellen Bedürfnisse anpassen können. Die Produktion ist Open Source, basiert auf einem 3D-Modell und ist über das Papier zugänglich. Außerdem kann es auf der Grundlage dieses 3D-Modells an die Bedürfnisse der Forschung angepasst werden.
EasyFlow wird derzeit eingesetzt, um Mechanismen der Gefäßreparatur zu testen, wie z. B. Stammzellen oder biomaterialbasierte Therapien. Unser Ziel ist es auch, diesen Bioreaktor zu nutzen, um die Reifung von Blutgefäßen aus Gewebe zu induzieren.
Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt den Aufbau und die Bedienung eines neu entwickelten, dreidimensional gedruckten Bioreaktors für die ex vivo Kultivierung von Blutgefäßen unter Perfusion. Das System wurde so konzipiert, dass es leicht von anderen Nutzern übernommen werden kann, ist praktisch, kostengünstig und an verschiedene experimentelle Anwendungen anpassbar.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Bioreaktortechnologie
- Wissenschaft der Blutgefäße
- Gewebetechnik
Hintergrund
- Bestehende Bioreaktorsysteme sind oft teuer und schwer zu replizieren.
- Physiologische Strömung und pulsatile Kräfte sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zellviabilität in Blutgefäßen.
- Die Verringerung der Abhängigkeit von Tierversuchen ist ein zentrales Ziel in der Gefäßforschung.
- Die Entwicklung von Open-Source-Modellen kann die Zugänglichkeit für Forscher verbessern.
Zweck der Studie
- Eine kosteneffiziente und anpassungsfähige Bioreaktorlösung für die Kultivierung von Blutgefäßen bereitstellen.
- Die Untersuchung von Mechanismen der vaskulären Reparatur erleichtern.
- Eine Plattform zur Prüfung von stammzell- und biomaterialbasierten Therapien bereitstellen.
Verwendete Methoden
- Entwicklung des EasyFlow-Perfusionssystems.
- Anwendung von hämodynamischen Kräften auf kultivierte Blutgefäße.
- Open-Source-Produktion basierend auf einem 3D-Modell.
- Anpassung des Systems an verschiedene experimentelle Anforderungen.
Hauptergebnisse
- Das EasyFlow-System ist kostengünstig und einfach zu modifizieren.
- Es eignet sich für eine Vielzahl von Geweben in der Forschung.
- Zu den ersten Anwendungen gehört die Untersuchung von Mechanismen der vaskulären Reparatur.
- Das System unterstützt die Reifung von gewebeengineering-basierten Blutgefäßen.
Schlussfolgerungen
- Der EasyFlow-Bioreaktor bietet eine praktische Lösung für die vaskuläre Forschung.
- Er fördert die Lebensfähigkeit von Blutgefäßen in der Kultur durch dynamische Bedingungen.
- Dieses System kann den Bedarf an Tierversuchsmodellen in der Forschung erheblich reduzieren.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Relevanz für die Industrie
Die standardisierte ex vivo-Perfusionskultur großer Blutgefäße schließt eine entscheidende Lücke in der translationalen Gefäßforschung, indem sie physiologisch relevante, reproduzierbare Untersuchungen außerhalb von Tierversuchsmodellen ermöglicht. Die bioreaktorbasierte Plattform aus dem 3D-Drucker unterstützt die mechanistische Risikominimierung und beschleunigt die Überprüfung therapeutischer Hypothesen für die Gefäßreparatur und das Gewebeengineering. Diese Fähigkeit erhöht die Vorhersagesicherheit an der Schnittstelle zwischen Entdeckung und präklinischer Entwicklung für kardiovaskuläre Forschungsprogramme.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Untersuchung von Mechanismen der vaskulären Reparatur unter kontrollierten hämodynamischen Bedingungen.
- Ermöglicht die funktionelle Validierung von therapeutischen Hypothesen auf Basis von Stammzellen und Biomaterialien.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung durch Aufrechterhaltung der Gewebeviabilität ex vivo.
- Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Zielstrukturauswahl in der vaskulären Forschung.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet eine reproduzierbare Plattform zur quantitativen Beurteilung von Gefäßreaktionen auf kandidatenbasierte Therapien.
- Standardisiert dynamische Kulturbedingungen für die Vergleichbarkeit und Skalierbarkeit von Assays.
- Ermöglicht die Herstellung validierter biologischer Systeme für nachgeschaltete Screening-Workflows.
- Unterstützt die zuverlässige Bewertung von Wirkstoff- oder Biomaterial-Effekten auf vaskuläres Gewebe.
Translationale und präklinische Forschung
- Entspricht krankheitsrelevanten physiologischen Bedingungen für translationsmedizinische Biomarker-Studien.
- Ermöglicht den Übergang von entdeckungsorientierten Ergebnissen zur präklinischen Validierung, indem die Abhängigkeit von Tierversuchsmodellen verringert wird.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung von Programmen zur Gefäßreparatur und Gewebeengineering.
- Erleichtert Reifungsstudien an künstlichen Blutgefäßen unter physiologisch relevanter Strömung.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieser 3D-gedruckte Bioreaktor integriert sich in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Phase, indem er die ex vivo-Kultur von Blutgefäßen, mechanistische Tests und translationsmedizinische Modellierung ermöglicht.
- Entdeckungsbiochemie Unterstützt die Hypothesenprüfung und Klärung von Signalwegen bei Strategien zur vaskulären Reparatur.
- Screening: Bietet standardisierte, reproduzierbare Testbedingungen für die quantitative Auswertung.
- Analytik: Bietet dynamische Messwerte zur Gefäßvitalität und -reaktion unter physiologischem Fluss.
- Translationale Forschung Ermöglicht die Kontinuität von der In-vitro-Entdeckung bis zur Validierung im präklinischen Modell.
- Unternehmensweites Wiederverwenden: Bietet eine quelloffene, anpassbare Plattform für umfassende R&D Adoption
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Mehrdeutigkeiten in der Gefäßforschung.
- Operationaler Wert: Verbessert die Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von Gefäßkultivierungs-Workflows.
- Strategischer Wert: Verbessert Go/No-Go-Entscheidungen und Kapitalnutzungseffizienz durch Verringerung der Abhängigkeit von Tiermodellen.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Kandidaten für die Gefäßreparatur.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der Gefäßbiologie und Gewebeengineering für eine optimale Anwendung.
- Benötigt Zugang zu einer Infrastruktur mit 3D-Druck- und Perfusionsinstrumentierung.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über Teamgrenzen hinweg für reproduzierbare dynamische Kulturbedingungen voraus.
- Einsatzmöglichkeiten bestehen bei einer Vielzahl von Gefäßtypen und experimentellen Modellen.
- Zu den praktischen Einschränkungen zählen die Dauer der Kultur und die Gewebekompatibilität, wie sie durch aktuelle Daten belegt sind.
