Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC No 17-0164-S1A0) del Hospital Universitario Nacional de Seúl.
1. Fabricación de andamios
NOTA: Los andamios esofágicos de dos capas se fabrican combinando electrospinning e impresión 3D. La membrana interna del andamio tubular fue fabricada por poliuretano electrospinning (PU) con mandriles giratorios de acero inoxidable como los colectores9.
- Para la preparación de nanofibras tubulares de PU, prepare una solución de polímero de PU al 20% (p/v) agitando en N,N-dimetilformamida (DMF) durante 8 h a temperatura ambiente.
- Coloque la solución de PU en la jeringa con una aguja de metal contundente (22 G) y electrospin en mandriles giratorios de acero inoxidable (diámetro de 2 mm) a una distancia de 30 cm entre la punta de la aguja y el colector giratorio.
NOTA: La fuente de alimentación se establece en una corriente directa de alta tensión de 15 kV potencial. La velocidad de alimentación de la solución se fija a 0,5 ml/h utilizando una bomba de jeringa.
- Hacer una capa tubular de nanofibra en la superficie del mandril girando a 3,14 m/s.
- Seque la nanofibra de PU en un horno al vacío a 40 oC durante la noche para eliminar por completo el disolvente residual.
NOTA: La pared exterior impresa en 3D del andamio esofágico se prepara utilizando un sistema de prototipado rápido. El equipo de impresión 3D consta de un dispensador, boquilla, controlador de compresión/calor, etapa de conversión de 3 ejes y sistema de software.
- Los pellets PCL se disuelven a 100 oC en un cilindro de calentamiento y luego se imprimen en la superficie de las nanofibras a alta presión (7 bar) bajo el control de un sistema de biotrazado. El tamaño de la boquilla es de 300 m y la distancia de la hebra es de 700 m.
- Después de retirar el andamio de dos capas del mandril, esteriliza dope en 70% de etanol bajo luz ultravioleta.
NOTA: En estudios anteriores10se han notificado características más detalladas del andamio.
2. Sembrado celular en los injertos y cultivo del biorreactor
NOTA: Las células madre mesenquimales derivadas de adiposos humanos (hCM) compradas a una empresa se utilizaron sin modificaciones.
- Antes del trasplante de células, esterilizar el andamio esófago impreso en 3D durante 1 h bajo luz ultravioleta, mojarlo durante 10 minutos con etanol y lavarlo 3 veces con solución salina con fosfato (PBS).
- Cultivar y ampliar los hMSCs en medio de crecimiento (suplemento basal medio/crecimiento). Los andamios tubulares de dos capas se transfirieron a 24 placas de cultivo de tejido de pozos no adherentes.
- Para unir las células a la superficie interna del andamio, agregue suavemente la suspensión hMSC a una densidad de 1 x 106 células/ml en la matriz de membrana del sótano que contenga el medio de crecimiento.
- Deposite uniformemente la suspensión de la matriz de membrana del sótano en la superficie interna del andamio tubular de dos capas.
- Fije firmemente el andamio tubular con sede sin hMSC al soporte de acrílico en la cámara de cultivo del biorreactor utilizando un sistema de biorreactor de flujo pulsátil.
NOTA: El sistema de biorreactor diseñado a medida consta de una bomba, trampa de burbujas, cámara de flujo, manómetro, válvula controlable y depósito medio. Al aplicar tensión de cizallamiento en la cámara de cultivo, permita un tiempo de descanso de 1-2 min11.
- Añada un medio de crecimiento a la cámara de cultivo y aplique una tensión de cizallamiento inducida por flujo de 0,1 dyne/cm2 bajo una atmósfera humidificada que contenga un 5% de CO210.
NOTA: El valor de la tensión cortante inducida por el flujo se calculó simulando la peristalsis del tejido esofágico derivado del cuerpo humano de estudios anteriores10.
- Determinar las respuestas celulares en las superficies internas de los andamios tubulares de dos capas sin cultivo de biorreactor después de 5 días utilizando un kit de ensayo de viabilidad LIVE/DEAD de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Obtenga imágenes mediante microscopía confocal utilizando la herramienta Z-stack.
- Al tercer día, observe la morfología superficial del andamio tubular con semillas de hMSC a través de un microscopio electrónico de barrido (SEM).
- Fijar el andamio que fue incubado con hMSC con 2.5% glutaraldehído y OsO4 durante 24 h y deshidratar con etanol.
- Recubrir los hMSC fijos con platino utilizando una capa de esputo en condiciones atmosféricas de argón y obtener imágenes SEM a una tensión de aceleración de 25 kV.
3. Preparación quirúrgica para cirugía animal
NOTA: Las preparaciones quirúrgicas se aplican antes de la gastrostomía y el trasplante de esófago.
- Configurar los instrumentos quirúrgicos estériles: cuchilla de escalpelo, retractor Weitlaner, soporte de microaguja, fórceps de microsutura, fórceps de microtejido, microtijeras, porta agujas Mayo-Hegar, tijeras de operación, tijeras de iris, fórceps de vendaje, fórceps de tejido, Fórceps de astilla, fórceps de iris, jeringa de 5 ml (aguja de 21 G), jeringa de 10 ml (aguja de 22 G), sutura de poliamida 9-0, sutura de 4-0 poliglactina.
- Anestesiar al animal con una inyección intramuscular de tetiamina/zolazepam (dosis de 50 mg/g) y 2% de clorhidrato de xilazina (2 mg/kg de dosis).
NOTA: Las ratas adultas Sprague-Dawley (SD) que pesan 398-420 g se utilizaron para el trasplante de esófago.
- Antes de transferirse a la cortina quirúrgica, compruebe la condición anestésica adecuada del animal pellizcando la cola con los fórceps.
- Coloque al animal en posición supina sobre la cortina estéril y use cortadoras para extraer el cabello del cuello (para trasplante de esófago) o abdomen (para gastrostomía). A continuación, frote el sitio quirúrgico con betadina y 70% de etanol.
- Antes de la incisión, inyectar por vía subcutánea un analgésico como la buprenorfina (0,05-0,1 mg/kg) para aliviar el dolor.
4. Cirugía de gastrostomía utilizando un tubo T en ratas
NOTA: Se realizó una gastrostomía modificada en todos los animales experimentales para permitir la alimentación temporal del tubo no oral de derivación (n.o 5).
- Pida a las ratas que ayunan el día antes de la cirugía. Preparar la cirugía como en la sección 3.
- Exponga el estómago a través de una incisión de línea media de la piel y los músculos abdominales de las ratas anestesiadas.
- Cree un orificio de 3 mm en la pared gástrica anterior con una cuchilla de bisturí.
- Inserte la punta del tubo T de silicona en el lugar del defecto para fijarlo a la pared del estómago.
- Suturar correctamente para que el tubo T no se desprenda de la pared gástrica.
- Saque el extremo distal del tubo T implantado a través del túnel subcutáneo en la parte posterior del cuello.
- Inserte la tapa de heparina en el extremo del tubo T para evitar que el contenido del estómago fluya hacia atrás.
NOTA: Utilice un angiocatéter para conectar el extremo del tubo T con la tapa de heparina.
- Sutura todas las capas de la pared abdominal y la piel usando 4-0 suturas de poliglactina.
- Mantenga todas las ratas experimentales separadas en una jaula metabólica después de que se haya completado la gastrostomía.
5. Trasplante esofágico
NOTA: El trasplante esofágico del andamio tubular de dos capas se realiza 1 semana después de la gastrostomía (n.o 5). Antes del trasplante, inocular hMSC (densidad celular: 1 x 106 células/ml en la matriz de membrana del sótano) en la pared interna de cada andamio e incubar durante 3 días en el sistema de biorreactor. El procedimiento quirúrgico es el siguiente.
- Retire el vello del cuello de los animales modelo y realice el drenaje estándar del sitio quirúrgico para la cirugía aséptica.
NOTA: Se recomienda crear un área de afeitado grande para mantener la cirugía asceptica en el animal.
- Después de la incisión mediana anterior del cuello, separe los músculos de la correa y exponga la estructura traqueoesofágica.
- Diseccionar con rodeos el nervio vago del esófago antes de volver a sellar el segmento, de lo contrario la respiración del animal se vea comprometida.
- Bajo aumento, aísle el lado izquierdo del esófago de la tráquea y separe cuidadosamente la parte superior de la glándula tiroides.
- Crear un defecto circunferencial completo de 5 mm de largo que contenga todas las capas del esófago utilizando tijeras quirúrgicas.
NOTA: Antes del trasplante de esófago, corte los andamios preparados con tijeras quirúrgicas para que coincidan con la longitud del sitio del trasplante.
- Bajo un microscopio, realice microanastomosis en ambos extremos del defecto esofágico distal utilizando un hilo de sutura 9-0. Coloque la primera sutura entre el margen inferoposterior derecho del remanente del esófago superior y el andamio. Continúe suturando de derecha a izquierda entre el remanente del esófago superior y el andamio. Anastomosa del andamio de la misma manera que el margen superior del remanente del esófago inferior.
NOTA: Realizar anastomosis microvascular como se utiliza en la cirugía clínica para el trasplante de esófago. Trabaje con un microscopio para una sutura precisa y estanca del sitio del implante.
- Después, poner el colgajo de la glándula tiroides circundante sobre el sitio trasplantado para asegurar el mantenimiento estable y el suministro vascular a los injertos.
- Después del trasplante, coser el músculo subcutáneo y el tejido de la piel con una sutura de 4-0 vicryl.
- Mantener todas las ratas experimentales individualmente en jaulas metabólicas.
6. Procedimientos postoperatorios
NOTA: Los procedimientos postoperatorios se realizan después de la gastrostomía y el trasplante de esófago.
- Después del cierre de la herida abdominal, coloque las ratas en jaulas metabólicas individuales y coloque las jaulas en dispositivos de calentamiento infrarrojo para evitar la hipotermia.
- Monitoree a los animales hasta que logren y mantengan la recumbencia esternal (es decir, acostado sin corazón sobre el pecho).
- Para minimizar la inflamación en el sitio quirúrgico, administre diariamente el antibiótico gentamicina (20 mg/kg) a las ratas.
- Comience la alimentación líquida oral en el tercer día postoperatorio hasta la variable del estudio. Suministrar toda la fórmula nutricional (20,6 g/100 ml [g%] carbohidratos, 3,8 g% de proteína, 0,2 g% de grasa) a través de la tapa de heparina 3 veces al día a partir del día después de la cirugía.
- Compruebe la apariencia de los animales y el peso corporal diariamente. Compruebe el comportamiento, como el sitio de incisión autolesionante o la resistencia a la ingesta de tubos, así como varias complicaciones quirúrgicas. Cuando el peso corporal de los modelos de ratas disminuya rápidamente en un 20% o más, realice la eutanasia por inhalación deCO2.
7. Histología e inmunohistoquímica
NOTA: Para el análisis histológico, todo el tejido esofágico de los animales eutanasiados se extrae mediante tijeras quirúrgicas. La tinción de hematoxilina y eosina y la tinción tricroma de Masson se realizaron utilizando técnicas histológicas estándar. La inmunohistoquímica se realizó de acuerdo con el siguiente protocolo.
- Fije todo el esófago que contiene los sitios trasplantados en un 4% de paraformaldehído. Crea un bloque de parafina y corta secciones de 4 m de espesor.
- Desparaffinizar las secciones tisulares y deshidratarlas en una serie de etanol. Sumerja los portaobjetos en el tampón de citrato y caliente durante 10 minutos en el microondas. Enfríe las células con PBS frío durante 20 min. Sumergir en 3% peróxido de hidrógeno durante 6 min, y lavar con PBS durante 10 min.
- Incubar en albúmina sérica bovina (BSA) al 3% durante 1 h a temperatura ambiente para bloquear reacciones inespecíficas de las secciones de tejido.
- Lavar 3x con PBS durante 5 min. Incubar con anticuerpos primarios contra Desmin (diluido a 1:200), queratina 13 (diluido a 1:100) y factor von Willebrand (vWF; diluido a 1:100) durante la noche a 4oC.
- Lavar 3x con PBS durante 15 min. Incubar con el anticuerpo secundario adecuado a una concentración de 1:500 para Desmin y Queratina 13 a temperatura ambiente. A continuación, lave los portaobjetos dos veces con PBS durante 10 minutos.
NOTA: Las secciones de tejido para vWF se incuban utilizando un kit conjugado con peroxidasa de rábano picante (ver Tabla de Materiales)y luego se visualizaron con 3,3'-diaminobenzidina (DAB).
- Montar con un cubrevidrio y 4',6-diamidino-2-phenolindole (DAPI) que contiene medio de montaje.