כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר שתלי כלי רקמה מהונדסת, כי הם פונקציונליים להשתלה לעכברים על ידי זריעה כפולה תאי גזע pluripotent מושרה באופן חלקי (PiPSC) - נגזר תאי שריר חלק וPiPSC - תאי האנדותל נגזרו על bioreactor פיגום כלי decellularized.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר שתלי כלי רקמה מהונדסת, כי הם פונקציונליים להשתלה לעכברים על ידי זריעה כפולה תאי גזע pluripotent מושרה באופן חלקי (PiPSC) - נגזר תאי שריר חלק וPiPSC - תאי האנדותל נגזרו על bioreactor פיגום כלי decellularized.
בניית צינורות כלי דם היא אסטרטגיה בסיסית לתיקון כירורגי של כלי דם פגומים ופגועים כתוצאה ממחלות לב וכלי דם. הפרוטוקול הנוכחי מציג אסטרטגיה יעילה וניתנת לשחזור שבה ניתן ליצור שתלי כלי דם מהונדסים רקמות פונקציונליות באמצעות תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים חלקית (PiPSC) מפיברובלסטים אנושיים. עיצבנו ביו-ריאקטור פיגום כלי דם נטול תאים, המחקה מקרוב את מבנה חלבון המטריצה וזרימת הדם הקיימת בתוך כלי טבעי, לזריעה של תאי אנדותל PiPSC או תאי שריר חלק לפני השתלה בעכברים. גישה זו הוכחה כמועילה מכיוון שעכברים חסרי חיסון שהושתלו בשתלים שמקורם ב-PiPSC הציגו שיעור הישרדות מוגבר באופן ניכר 3 שבועות לאחר הניתוח. פרוטוקול זה מייצג כלי רב ערך לרפואה רגנרטיבית, הנדסת רקמות וטיפול תאי ספציפי למטופל בעתיד הקרוב.
הבנייה של צינורות כלי דם היא אסטרטגיה בסיסית לתיקון כירורגי של כלי נפגעו ונפצעו כתוצאה ממחל לב וכלי דם. עד כה, חומרי שתל המשמשים בניתוחים כוללים ביולוגית פולימרים סינטטיים (polytetrafluoroethylene [טפלון], polytetrafluoroethylene המורחב [ePTFE; גור-Tex] או terephthalate פוליאתילן [דקרון]), allografts, רקמת אוטולוגי (קרום הלב או וריד saphenous) וxenografts 1. בעוד שתלי מלאכותיים (למשל, גורטקס ודקרון) הם נפוצים ביותר, חומרים אלה עלולים לגרום לסיבוכים לטווח קצר וארוך רבים הכוללים היצרות, בתצהיר סידן, thrombo-אמבוליזציה וזיהומים. למרות שמטופלים עם שתלים ביולוגיים נוכחי עם ירידה באירועי thrombo-תסחיפים, הם עדיין נתקלים במגבלות כגון אי ספיקה משנית שתל ועמידות מקוצרת בשל הסתיידות השפלה 2. לכן, למרות שיפור המשמעותי בt כירורגיתechniques במשך השנים, החוקרים וקלינאים עדיין עמוס עם הצורך בזיהוי הצינור האידיאלי למחלות לב וכלי דם. לאחרונה, תחום המחקר של הנדסת רקמות כלי דם יצר מושג שבו תאים משולבים פיגומים מתכלים, במטרה ליצור סביבת biomimetic שמגלמת כלי פונקציונלי להשתלה מוצלחת 1. ביסודו, הצלחתו של בונה כלי הדם תלויה בשלושה מרכיבים חיוניים; תאים המרכיבים את הפיגום, כלומר, שכבה פנימית של תאי האנדותל ושכבת תאי שריר חלק, פיגום המכיל המטריצה תאית המתאימה כדי לספק תכונות מכאניות דומות לכלי הדם המקומיים, ואיתות המולקולרית / סלולרית שנדרש לייזום / ויסות תיקון.
patency שתל לטווח ארוך ופיתוח מתמשך של הניאו-רקמות תלויים מאוד בזריעת תאים יעילה של פיגומים, הereby טיוח ההחלטה של סוג תא חשיבות קריטית. מספר דיווחים להדגים את השימוש באנדותל הבוגר ותאי שריר חלק ממקורות שונים לפתח צינורות בקוטר קטן 3-6. למרות מבטיח, חוסר כלי אוטולוגי מספיק כדי להשיג אנדותל הבוגר ותאי שריר חלק יישארו נטל ניכר. לאחרונה, תאי גזע ממקורות שונים שנוצלו עבור יישומי הנדסת רקמות וכלי דם. תאים אכן, תאי גזע pluripotent מגוון של סוגי תאי גזע כוללים תאי גזע עובריים 7, מושרה (iPSCs) 8,9, PiPSC 10,11, נגזר מח עצם mononuclear 12, בתאי גזע mesenchymal 13, ותאי האנדותל וקיר כלי למבוגרים -derived תאי גזע אנטיגן-1 (SCA-1) + תאי גזע / אב 14,15 כולם הודגמו להיות מסוגל בידול לתאי האנדותל או פונקציונלי או שריר חלק בתגובה לתקשורת מוגדרת ותנאי תרבות. יתר על כן, יכולת התחדשות עצמית בלתי מוגבלת של תאי הגזע להפוך אותם מועמדים טובים יותר בניגוד לאנדותל הבוגר ותאי שריר חלק שיכול רק לחלק למספר מוגבל של פעמים לפני שעברו למעצר צמיחה והזדקנות.
הבחירה של חומר פיגום כדי ליצור כלי רקמות מהונדס מוצלחות להשתלה תלויה במספר גורמים כגון biocompatibility, תכונות ביו-מכאניות, ושיעור ההתכלות. ביסודו, חומרים המשמשים ליצור פיגומים לשתלים צריכים להיות מתכלה ולא הר תגובות חיסוני נמען מיותר. בנוסף, הוא חייב להקיף נקבוביות מתאים ומייקרו עבור קובץ מצורף תא והישרדות שלאחר מכן. עד כה, החומרים הנפוצים ביותר בשימוש לפיגומים בהנדסת רקמות וכלי דם כוללים פולימרים של חומצות polyglycolic, חומצת polylactic, וε-caprolactone פולי 16. לאחרונה, יש לי חומרים ביולוגיים decellularizedגם יושם בהצלחה מסוימת. מספר מעבדות הראו כי זריעה אנושית decellularized, כלבים או כלי החזיריים עם תאי אוטולוגי סיפקה שתל ביולוגי שהתנגד קרישה והיפרפלזיה intimal 17-19. אסטרטגיות אחרות בהנדסת רקמות וכלי דם כוללות שתלים תאיים כלי דם המבוססים על חלבוני מטריצה למשל, זריעת תאים בג'ל הפיברין 13 וגיליונות תא יצירה ללא תמיכת פיגום 20, 21.
הפרוטוקול הנוכחי מדגים את הבידול של PiPSC האנושי לאנדותל הפונקציונלי ותאי שריר חלק, הדור של bioreactor המורכב מפיגום כלי decellularized נמל תאי כלי דם נגזר PiPSC פונקציונליים, והשתלה של כלי הרקמה מהונדסות לכשל חיסוני משולב חמור (SCID עכברים). PiPSC הוא סוג תא אופטימלי לשימוש עבור הנדסת רקמות של שתלי כלי משום שתאים אלה לא יוצרים גידולים בעכברים או להעלות אתי ותגובות allo-חיסונית. יתר על כן, יש לנו הראינו כי האסטרטגיה ליצירת פיפס-אנדותל תאים ופיפס חלק תאי שריר היא יעילה והשחזור 10,11. לאחר מכן, מתכננים כלי decellularized לזריעה של תאי כלי דם נגזר PiPSC לחקות באופן הדוק חלבוני מטריצה שקיים בתוך כלי ילידים, וכך לשפר את יעילות השתלה והישרדות. יתר על כן, decellularization של כלי לפני זריעת PiPSC מונע ההתרחשות של תגובות דלקתיות רכובים על ידי סוגי תאים חיסוניים כגון מקרופאגים. יותר מכך, פרוטוקול זה לא רק מייצג מתודולוגיה כדי ליצור מבטיח צינורות כלי דם לתרגום לבני אדם, אלא גם מספק אמצעי רב ערך של לימוד והבנת המנגנונים המולקולריים השולטים בהתחדשות רקמת כלי דם באמצעות מודלים עכבר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לבצע את כל הניסויים בבעלי החיים על פי פרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה המוסדית לשימוש וטיפול בחי מעבדה.
1. הכנת תרבות מדיה
2. Fibroblasts תכנות מחדש האנושי לתאי גזע pluripotent חלקית מושרים (PiPSC)
3. בידול של PiPSC להאנדותל ותאי שריר חלק
4. decellularized אב העורקים שתל הכנה
הערה: כל הפתרונות והציוד צריכים להיות סטרילי.
5. Dual זריעה של PiPSC וBioreactor אוויר
הערה: כל הפתרוןים וציוד צריך להיות סטרילי. לבצע את כל הפעולות בברדס בתרבית רקמה.
6. הארכת כפול זרע PiPSC השתל לתוך עכברים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדור המוצלח של PiPSC אושר 4 ימים לאחר nucleofecting fibroblasts אדם עם פלסמיד pCAG2LMKOSimO ינארית ביצוע 4 גורמי שעתוק, Oct4, Sox2, KLF4 וc-MYC (OSKM). PiPSC מוצג פנוטיפ ניכר מובהק בהשוואה לfibroblasts (איור 2 א) והביע גורמי תכנות מחדש 4 בmRNA (איור 2) וחלבון רמות (איור 2 ג) 10. היעילות של שתל כלי דם המבוסס על PiPSC תלויה מאוד ביכולת של PiPSC להתמיין לשתי שושלות שריר אנדותל וחלקות. לכן זה קריטי כדי לאשר מאפיינים אלה של ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול הנוכחי מצביע על צליל אסטרטגיה, מהירה, פשוטה, יעילה ושחזור שבו יכולים להיות שנוצרו כלי רקמה מהונדסות תפקודיים באמצעות PiPSC מfibroblasts האנושי. טכניקה זו מהווה כלי רב ערך לרפואת רגנרטיבית, הנדסת רקמות וטיפול בתאים שעלולים להיות מטופל ספציפי בעתיד הקרוב. שלבים קריטיים כדי להבטיח את היעילות של הפרוטוקול כוללים הכנת PiPSC, הכנת שתלי אב העורקים סטרילי וdecellularized באופן מלא, זריעה מוצלחת ובידול של PiPSC בפיגומים ועקרות שמירה של שתלי אב העורקים בbioreactor כלי הדם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אי לנו אינטרסים כלכליים סותרים.
עבודה זו נתמכה על ידי קרן הלב הבריטית וקרן אוק.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פיברובלסטים אנושיים CCL-153 | ATCC | CCL-153 | פיברובלסטים עובריים אנושיים טרום לידתיים |
| ATCC F-12K מדיום (שינוי קייגן של מדיום F-12 של האם) | ATCC | 30-2004 | |
| סרום בקר עוברי | ATCC | 30-2020 | |
| נוקאאוט מדיום DMEM המותאם לתאי גזע עובריים | טכנולוגיות חיים (Gibco) | 12660-012 | |
| טכנולוגיות חיים להחלפת סרום נוקאאוט | (Invitrogen) | 10828-028 | |
| Human Basic FGF-2 | Miltenyi Biotech | 130-093-837 | |
| אלפא-MEM טכנולוגיות חיים בינוניות | (Invitrogen) | 32571093 | |
| PDGF אנושי | D System | 120-HD-001 | |
| תמיסת ג'לטין 2% | Sigma | G1393 | |
| פלסמיד 20866: pCAG2LMKOSimO (SOX2, OCT4, KLF4, C-MYC) | Addgene | 20866 | |
| אנזים הגבלת PvuI | ניו אינגלנד Biolabs | RO150S | |
| SureClean Plus | Bioline | BIO-37047 | |
| ערכת Nucelofection (ערכת NHDF) | LONZA | VPD-1001 | |
| Neomycin | SIGMA | G418 | |
| KL 1500 LCD, תאורה למיקרוסקופיה סטריאו | SCHOTT | KL 1500 LCD | תאורת אור קר למיקרוסקופיה |
| סטריאוניקון זום סטרומיקרוסקופ SMZ800 | ניקון | SMZ800 | |
| הפרין נתרן מלח | סיגמא | H3393 | |
| 10% SDS תמיסת מלאי ריאגנט ביולוגיה מולקולרית | Severn Biotech | CAS 151-21-3 | |
| פוספט של Dulbecco בופר מלח | סיגמא | D8537 | |
| מטריג'ל (10 מ"ג/מ"ל) | BD | A6661 | |
| שייקר IKA Vibrax עם פלטפורמת טלטול VX 7 | ג'פסון בולטון, ג'אנקה & Kunkel | S32-102 | |
| Masterflex L/S כונן משאבה דיגיטלי | Cole-Parmer | WZ-07523-80 | |
| Masterflex L/S 6 ערוצים, ראש משאבת מחסנית 6 רולר | Cole-Parmer | EW-07519-15 | |
| Masterflex L/S מחסניות גדולות לראש משאבה | Cole-Parmer | EW-07519-75 | |
| צינורות משאבת סיליקון מרפאים פלטינה Masterflex, L/S 14, 25 רגל | Cole-Parmer | WZ-96410-14 | עוברים דרך המשאבה הפריסטלטית |
| 0.5 מ"מ ID, צינורות סיליקון OD 0.8 מ"מ | SILEX | N/ | A צינורות מחברים תא דגירה, מאגר מדיה ותא תאימות |
| מפחית התאמה 0.5 עד 1.6, מתאם פוליפרופילין טבעי | Ibidi | 10829 | מתחבר מעל שני סוגים של |
| צינורות צינורות 1/32 אינץ', מזהה 0.01 אינץ' (250µ מ) חומר: צינורות PEEK | LabSmith | T-132-010P | דרך קיר תא הדגירה המחבר את השתל עם צינורות חיצוניים |
| אביזרי מקשה אחת | LabSmith | T-132-100 | תקן את הצינורות הנ"ל דרך דופן תא הדגירה |
| צינורות ניילון (OD 0.9 מ"מ, מזהה 0.75 מ"מ) | Smiths Medical | N/A | מוכנסים לשני קצוות של שתל אבי העורקים |
| NOD. CB17-Prkdcscid/NcrCrl עכבר | צ'ארלס ריבר | ||
| תפרים כירורגיים, 8-0 משי | ETHICON | W819 | |
| Hypnorm | Vetapharm | Vm21757/4000 | Neuroleptanalgesic לשימוש בעכברים |
| Hypnovel (Midazolam) | Roche | 59467-70-8 | אינדוקציה של |
| מיקרוסקופ ניתוח | קארל זייס | Stemi 2000 | |
| צינורות ניילון | Portex LTD | 800/200/100/200 | קוטר 0.65 מ"מ ואורך 1 מ"מ; להכנת שרוול עורקים |
| Electrocoagulator | Martin | SN 54.131 | קשירת ענפי העורקים על אבי העורקים |
| מלקחיים מיקרו המוסטט דו קוטבי | מרטין | 80-91-12-04 | קיבוע קצוות כלי |
| מרחיב כלי | S& T | JFX-7 | |
| מרחיב כלי | S& T | JFL-3dZ | |
| מרחיב כלי | S& T | D-5aZ | |
| מיני אפליקציה | AESCULAP | FE572K | |
| מהדקי המוסטטים מיקרו | AESCULAP | FE720K | |
| , 6-0 VICRYL | ETHICON | V489 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.