Transplantation d’un patch bioimprimé 3D dans un modèle murine d’infarctus du myocarde
26 septembre 2020
Ce protocole vise à transplanter un patch bioimprimé 3D sur l’épicardium de souris infarctus modélisant l’insuffisance cardiaque. Il comprend des détails concernant l’anesthésie, l’ouverture chirurgicale de coffre, la ligature permanente de l’artère coronaire antérieure descendante gauche (LAD) et l’application d’un patch bioimprimé sur la zone infarctus du coeur.
Toutes les 10 minutes, quelqu’un en Australie a une crise cardiaque. Cela peut les laisser avec le muscle cardiaque endommagé, et qui peut conduire à l’insuffisance cardiaque. Nous avons constaté que nous pouvons convertir les cellules souches, du sang ou de la peau, en cellules cardiaques battantes.
Ensuite, si nous mettons ces cellules reprogrammées, à travers notre bioimprimeur 3D, en utilisant bioink, nous croyons que nous pouvons faire des patchs cardiaques avec des cellules correspondant aux propres cellules des gens. Une souris profondément anesthésiée, utilisant de la kétamine xylazine, est intubée à l’aide d’un cathéter de calibre 20. Après l’intubation du traqueur, la souris est soigneusement placée sur un coussin chauffant, puis connecté au ventilateur qui définit automatiquement le volume cible en fonction du poids de la souris.
Sous anesthésie légère utilisant 2% de fluorure iso, la souris est propre avec de l’iode et de l’éthanol. Une thoracotomie latérale gauche est exécutée pour exposer le coeur. Un rétracteur est placé entre la troisième et la quatrième côte.
Le péricarde est coupé avec soin. Le LAD identifié au microscope. Pour l’étape de ligature de LAD, il est important d’éviter la suture coupant par le LAD.
Par conséquent, un morceau de renforcement de la suture de soie 3.06 est placé sur le cœur comme indiqué, fonctionnant dans la même direction et juste au-dessus du LAD. À l’aide d’une suture en soie de 7,06, le LAD est isolé et en ligature permanente. Cela permet le blanchiment du cœur qui reçoit une crise cardiaque.
Cela conduira à la rénovation et le ventricule gauche échouera au fil du temps. Un patch cardiaque bioimprimé 3D est généré en laboratoire à l’aide d’un bioimprimeur 3D. Cela permet la couche par couche, le dépôt de cellules cardiaques, en utilisant une combinaison de cellules et d’hydrogels.
Vous pouvez en voir un flottant dans cette vidéo et maintenant dans cette image. Voici une image de l’apparence du patch lorsqu’il est photographié par microscopie légère d’épifluorescence dans un puits d’une plaque de six puits. Le patch a été taché de taches Hoechst pour les noyaux cellulaires, et cette tache bleue met également en évidence les hydrogels autofluorescents.
Il s’agit d’un patch de gélatine algénate intact adapté à la transplantation, semblable à celui montré dans la vidéo. Avec notre méthode, la plupart des patchs ont commencé à se désintégrer entre 14 et 28 jours, en culture, comme le montre ici cette image d’un autre patch, qui s’est désintégré. Nous avons constaté que le moment optimal pour transplanter les timbres se situe entre le septième jour et le jour 14 après la bioimpression.
C’est alors que les patchs contenant des cellules cardiaques ont commencé à battre, montrant un degré de maturation des tissus, mais avant que les patchs ont commencé à se désintégrer. Le patch est apporté à la salle de chirurgie, et lentement et soigneusement placé sur le dessus du cœur dans une partie de la souris. Soigneusement est également déplacé à la zone de l’inférence.
Le rétracteur est lentement enlevé. Enfin, les troisième et quatrième côtes sont fermées ensemble à l’aide d’une suture de 6,0 prolènes. Avec un muscle, les côtes sont fermées, suivies par la fermeture de la peau.
Après la fermeture de la poitrine, la souris est injectée avec Antisedan et furosémide. Lentement, la souris retrouvera une activité respiratoire indépendante et réagira au pincement des pieds. La souris est étroitement surveillée, et une fois qu’elle se réveille de l’anesthésique, elle est placée à sa propre cage.
Cette image montre, avec la zone adoptée, où le patch bioimprimé s’assoit sur le cœur de la souris. En conclusion, nous avons montré que les taches de gélatine d’algénate bioimprimées 3D peuvent être transplantées par notre méthode, sur l’épicardium, dans un modèle de souris de l’infarctus du myocarde. Dans la phase de bioimpression, les hydrogels de gélatine d’algénate ont l’excellente imprimabilité due à leurs propriétés rhéologiques, permettant l’extrusion sans endommager des cellules, mais ayant également la force biomécanique de maintenir leur structure après bioimpression 3D, et pendant la transplantation.
Notre méthode est susceptible d’être largement réalisable et également adapté à tester plusieurs groupes de correctifs bioimprimés 3D. Par exemple, avec différents contenus cellulaires.
Aperçu
Cette étude présente un protocole de transplantation d’un patch bioprinté en 3D sur l’épicarde de souris infarctisées, modélisant une insuffisance cardiaque. La méthode comprend des étapes chirurgicales détaillées ainsi que l’utilisation de patches bioprintés constitués de cellules cardiaques.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Ingénierie tissulaire cardiaque
- Impression biologique 3D
- Modèles d'infarctus du myocarde
Contexte
- Les crises cardiaques peuvent entraîner des lésions du muscle cardiaque et une insuffisance cardiaque.
- Les cellules souches peuvent être reprogrammées en cellules cardiaques battantes.
- La bioimpression 3D permet la création de correctifs cardiaques à l’aide d’encre biologique.
- Le moment optimal pour la transplantation du correctif est crucial pour la réussite.
Objectif de l'étude
- Développer une méthode pour la transplantation de greffons cardiaques bioprintés.
- Évaluer la faisabilité d'utiliser des cellules appariées au patient pour la création de greffons.
- Évaluer l'efficacité des greffons dans un modèle murin d'infarctus du myocarde.
Méthodes utilisées
- Utilisation de la kétamine et du xylazine comme anesthésique chez la souris.
- Thoracotomie latérale gauche pour exposer le cœur.
- Ligation permanente de l'artère coronaire antérieure descendante gauche.
- Transplantation de greffons imprimés en 3D sur le cœur.
Résultats principaux
- Les patchs biodisposés en 3D ont montré une bonne imprimabilité et une résistance biomécanique adéquate.
- Les patchs ont commencé à se désintégrer entre 14 et 28 jours en culture.
- La transplantation optimale a eu lieu entre le 7e et le 14e jour suivant la bioprinting.
- La méthode convient pour tester diverses compositions de patchs bioprintés.
Conclusions
- Des greffons biodéposés en 3D à base d'alginate et de gélatine peuvent être transplantés avec succès.
- La technique devrait être largement applicable dans la recherche cardiaque.
- De futures études pourront explorer différents contenus cellulaires afin d'améliorer les résultats.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Ce protocole répond à un goulot d'étranglement critique dans la recherche sur la régénération cardiaque : le test fiable in vivo de greffons thérapeutiques imprimés en 3D dans des modèles murins d'infarctus du myocarde. En réduisant la variabilité des procédures et la mortalité associée à la transplantation chirurgicale, il permet une évaluation préclinique plus statistiquement robuste des tissus ingénierisés. Cette avancée facilite la réduction des risques liés aux biomédicaments et biomatériaux en stade précoce en améliorant la reproductibilité des études de validation fonctionnelle.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet l'évaluation fonctionnelle de greffons bioprintés dans un microenvironnement ischémique pertinent pour la maladie, afin de valider des hypothèses mécanistiques concernant l'attecement tissulaire et la signalisation paracrine.
- Valeur opérationnelle : Standardise la délivrance chirurgicale de biomolécules complexes, réduisant la variabilité inter-individuelle de l'efficacité d'attecement.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Fournit une plateforme reproductible permettant de comparer des formulations de patchs (par exemple, types cellulaires, rapports de hydrogel) selon des critères de rétention structurale et d'intégration.
- Valeur opérationnelle : Permet le criblage à débit moyen de candidats biomatériaux en assurant une administration chirurgicale cohérente au sein des cohortes d'étude.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Permet l'évaluation longitudinale du remodelage ventriculaire et de la récupération fonctionnelle induits par un patch dans un modèle cliniquement pertinent de lésion ischémique.
- Valeur opérationnelle : Permet des études statistiquement puissantes avec une attrition réduite, améliorant ainsi la faisabilité des expériences d'optimisation de la dose et du calendrier.
Intégration du pipeline et du flux de travail
La méthode s'inscrit dans la continuité découverte-préclinique en permettant une administration standardisée de tissus ingénieris après la validation de la cible et avant le criblage de l'efficacité dans des modèles de maladie.
- Biologie de la découverte : Soutient la vérification d'hypothèses concernant la survie cellulaire, l'engraftement et la sécrétion de facteurs bioactifs dans le myocarde infarci.
- Écrantage : Permet une comparaison quantitative de conceptions de patchs grâce à une implantation chirurgicale standardisée et un suivi post-greffe.
- Analytique : Génère des données histopathologiques et fonctionnelles (par exemple, taille de l'infarctus, épaisseur de la paroi) afin d'évaluer la performance des patchs.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre les paramètres de maturation in vitro et les résultats fonctionnels in vivo pour éclairer les décisions de poursuite ou d'abandon.
- Réutilisation institutionnelle : Met en place une plateforme chirurgicale réutilisable pour évaluer divers candidats à la régénération cardiaque dans différents projets.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Améliore la confiance prédictive des modèles précliniques en réduisant les variables de confusion chirurgicales.
- Valeur opérationnelle : Renforce la reproductibilité et l'extensibilité des procédures complexes de transplantation tissulaire.
- Valeur stratégique : Réduit le bruit biologique dans les évaluations d'efficacité, permettant des décisions plus claires d'aller ou de ne pas aller de l'avant en phase précoce de développement.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des candidats à la régénération cardiaque fondée sur des données précliniques plus fiables.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie cardiaque murine, en anesthésie et en soins postopératoires.
- Dépend de l'accès à des outils de micro-suture, à des ventilateurs et à des stéréomicroscopes pour la ligature précise de l'artère descendant antérieure (LAD).
- Exige une standardisation des protocoles de manipulation et de positionnement des greffons entre les opérateurs.
- Doit tenir compte de la variabilité du délai de maturation du greffon selon la source cellulaire et la composition de l'hydrogel.
- Limité aux modèles de lésions aiguës et subaiguës ; non adapté aux études sur l'ischémie chronique sans adaptation du modèle.
F.A.Q. sur les biopharmaceutiques
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:42
Surgical Procedure
1:18
Preparing the Surgical Field
1:31
Left Lateral Thoracotomy
2:00
Left Anterior Descending (LAD) Permanent Coronary Artery Ligation
2:58
3D Bioprinting and Culturing Patches (7-14 days before transplantation)
4:19
Transplantation of the Bioprinted Patch onto the Epicardium
5:39
Mouse Recovery
6:29
Representative Results
6:45
Conclusion
