Aquí presentamos un protocolo para construir un sistema de órgano en chip (OOC) diseñado para imitar la neumonectomía. Este sistema investiga la posible correlación entre el deterioro del glicocáliz y las complicaciones después de la neumonectomía.
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Artículo de método
Modelado del glicocálix endotelial después de la neumonectomía en un chip fluídico 3D: un enfoque para fabricar un sistema de órgano en chip basado en el sistema vascular
En este artículo
Resumen
Resumen
El glicocáliz endotelial (GCX), una capa rica en carbohidratos que recubre la superficie luminal de las células endoteliales, desempeña un papel fundamental en la regulación de las respuestas celulares a los estímulos. Está compuesto por proteínas transmembrana que sirven como mecanotransductores para las respuestas celulares. Si bien mantiene naturalmente su estructura y estabilidad en condiciones homeostáticas, la exposición a un alto esfuerzo cortante puede inducir daños con numerosas consecuencias. Se han explorado los efectos generales del esfuerzo cortante en las células endoteliales, pero no se ha estudiado bien el alcance y el impacto del estrés cortante en los sistemas vasculares, específicamente después de la neumonectomía. Para investigar esto, se llevó a cabo un enfoque integral, que incluyó la creación de un modelo CAD de vasculatura pulmonar antes y después de la neumonectomía. Utilizando la simulación computacional de fluidos, se identificaron y replicaron regiones clave de esfuerzo y presión de cizallamiento elevadas en un sistema de órgano en chip (OOC). Las células endoteliales microvasculares pulmonares humanas (HLMVEC) se sembraron en un molde con la forma de las secciones seleccionadas para caracterizar los efectos del esfuerzo cortante elevado in vitro. Después de la experimentación, los HLMVEC se inmunotiñeron para evaluar cualitativamente la salud de GCX bajo tensiones normales y aumentadas inducidas por la neumonectomía. La integración del modelado computacional y el análisis experimental mejora nuestra comprensión de cómo los cambios en el esfuerzo cortante afectan a GCX, aclarando sus efectos sobre la función vascular y las complicaciones posquirúrgicas.
Introducción
Una neumonectomía es una intervención quirúrgica invasiva y de alto riesgo que se realiza para extraer el pulmón derecho o izquierdo1. Este procedimiento se utiliza típicamente como una opción de tratamiento para diversas dolencias graves, como cáncer de pulmón, tuberculosis pulmonary lesiones pulmonares traumáticas. Si bien el procedimiento es prometedor, presenta riesgos significativos, resaltados por el aumento de las tasas de complicaciones postoperatorias que van desde arritmias hasta edemas pulmonares1.
Las neumonectomías tienen un profundo impacto en la dinámica ....
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Protocolo
Este estudio utilizó datos de imágenes de tomografía computarizada (TC) de la literatura previa14 que se recopilaron de acuerdo con las normas éticas institucionales y federales. Todos los datos de imágenes a los que se hizo referencia contaron con el consentimiento informado de los participantes, luego de la aprobación de la Junta de Revisión Institucional (IRB) para garantizar la protección de los derechos y la privacidad de los participantes.
1. Modelado de la vasculatura pulmonar en software CAD
- Investigar las geometrías fisiológicas de los vasos primarios a modelar.
- Utilice....
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Resultados
Los resultados del estudio de estado estacionario de flujo laminar de simulación de fluidos mostraron un aumento en el esfuerzo cortante en ciertas bifurcaciones en los modelos de neumonectomía en comparación con el modelo de control, que se muestra en la Figura 11. Visualizadas en el paso 2.8 del protocolo, las áreas rojas denotan áreas de alto esfuerzo cortante, mientras que las áreas azules muestran áreas de bajo esfuerzo cortante.
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Discusión
El modelado vascular es un nuevo campo importante para la exploración. La creación exitosa de un modelo vascular preciso es muy prometedora para avanzar en el campo de la ingeniería de tejidos y el desarrollo de fármacos. Este artículo describe un método novedoso para generar un sistema vascular OOC que se puede utilizar para emular una neumonectomía o cualquier otro sistema vascular o geometría para estudiar un vínculo potencial entre el deterioro de GCX y las complicaciones posteriores.......
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Divulgaciones
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Agradecimientos
Los autores desean expresar nuestra más profunda gratitud al Departamento de Ingeniería Biomédica del Instituto Politécnico de Worcester por su apoyo y orientación. Nos gustaría agradecer especialmente a Megan Ouellette, John Martel y Sudish Vengat por sus esfuerzos de colaboración e ideas innovadoras que mejoraron enormemente la calidad y viabilidad de esta investigación. Además, nos gustaría agradecer a Samantha Cocchiaro y Udaya Rattan por sus contribuciones en el laboratorio y su apoyo y asistencia esenciales.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| #8-32 x 3/4 pulg. Tornillo de máquina de cabeza redonda Combo Zincado (paquete de 8) | Everbilt | 204274613 | - |
| 0,25% EDTA-tripsina | ThermoFisher Scientific | 25200056 | - |
| Tubos de centrífuga cónicos estériles de polipropileno de 15 ml | Thermo Scientific | 12-565-269 | - |
| Plato de 35x10mm, Nunclon Delta | Thermo Scientific | 153066 | - |
| Tubos de centrífuga de polipropileno estériles cónicos de 50 ml | Thermo Scientific | 12-565-271 | - |
| Tapones de goma surtidos | Marca de pescador | 14-132 | |
| Matraces tratados con cultivo celular BioLite (25 cm ^ 2) | Thermo Scientific | 12-556-009 | - |
| Matraces tratados con cultivo celular BioLite (75 cm ^ 2) | Thermo Scientific | 12-556-010 | - |
| COMSOL Multifísica | COMSOL | N/A | - |
| Adhesivo de doble cara | 3M | 16758005 | - |
| Cubierta de vidrio científica Epredia Richard-Allan | Thermo Scientific | 22-050-218 | - |
| Suero fetal bovino | ThermoFisher Scientific | A5256701 | - |
| Fibronectina | ThermoFisher Scientific | 33016015 | 20 μ g/ml de dilución |
| Baños de agua de control digital Fisherbrand Isotemp: Modelo 210 | Marca de pescador | 15-462-10Q | - |
| Jeringa estéril Fisherbrand (60 ml) | Marca de pescador | 14-955-461 | - |
| Células endoteliales microvasculares pulmonares humanas | Sigma Aldrich | 540-05A | - |
| Microscopio fluorescente Keyence BZX810 | Clave | N/A | - |
| Kit de elastómetro de silicona Krayden Dow Sylgard 184. Transparente, (1.1LB) | Dow | 4019862 | - |
| Lámina de acrílico fundido Marga Cipta de 1/2' de espesor, 48x96' | Marga Cipta | N/A | - |
| Cabezal de bomba Masterflex L/S Easy-Load II | MasterFlex | 77200-50 | |
| Tubo de bomba de precisión Masterflex L/S, silicona curada con platino, L/S 16; 25 pies | MasterFlex | 96410-16 | - |
| Bomba peristáltica estándar Masterflex L/S | Masterflex | 07522-20 | |
| Micropipeta 0,2 a 2 μ L | Marca de pescador | FBE00002 | - |
| Micropipeta de 10 a 100 μ L | Marca de pescador | FBE00100 | - |
| Micropipeta 100 a 1000 μ L | Marca de pescador | FBE01000 | - |
| Micropipeta de 5 a 50 μ L | Marca de pescador | FBE00050 | - |
| Medio de crecimiento de células endoteliales microvasculares (500 ml) | Sigma - Aldrich | 111-500 | - |
| Filtros de jeringa estériles Nalgene | Thermo Scientific | 725-2520 | - |
| Microscopio fluorescente Nikon Eclipse TS-100 | Nikon | NI-TS100 | |
| Solución salina tamponada con fosfato (DPBS, 10X), fórmula de Dulbecco | Thermo Scientific | J61917. K3 | - |
| Prusament PLA Prusa Galaxy Negro 1kg | Prusa | PRM-PLA-GLX-1000 | - |
| Microscopio híbrido Rebel, vertical e invertido, Discover Echo | ECO | 76376-746 | - |
| Sellador de silicona | Loctite | 908570 | - |
| SolidWorks | Dassault Systèmes | N/A | |
| Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (10 ml) | Marca de pescador | 13-678-11E | - |
| Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (25 ml) | Marca de pescador | 13-678-11 | - |
| Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (50 ml) | Marca de pescador | 13-678-11F | - |
| Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (5 ml) | Marca de pescador | 13-678-11D | - |
| Estreptavidina, Alexa Fluor 488 Conjugado | Invitrogen | S32354 | |
| Estreptavidina, Alexa Fluor 488 Conjugado | Invitrogen | S32354 | - |
| Depósito de jeringas | BD | 300865 | |
| Thermo Scientific Alfa Aesar 1LT Albúmina, bovino, fracción V, 35 % de sol, grado reactivo, libre de ácidos grasos, con azida como conservante | Thermo Scientific | N12H004 | - |
| Conectores de tubería | Marca de pescador | 01-000-161 | - |
| VECTASHIELD Medio de montaje antidecoloración con DAPI | Vectashield | H-1200-10 | - |
| Incubadora VWR con camisa de agua CO2 | Avantar | 10810-744 | - |
| Anticuerpo biotinilado WGA | Vector | B-1025 | - |
Referencias
- Sharma, S., Beshara, M., Bora, V. Pneumonectomy. , StatPearls Publishing LLC. (2024).
- Grapatsas, K., et al. Pneumonectomy for primary lung tumors and pulmonary metastases: a comprehensive study of postoperative morbidity, early mortality, and pr....
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Reimpresiones y permisos
