כאן, אנו מציגים פרוטוקול חדש כדי לחקור ולמפה את התצהיר הממוקד של נשאי סמים לתאי אנדותל במודלים מפוברקים, בגודל אמיתי, עורק אנושי תלת מימדי תחת זרימה פיזיולוגית. השיטה המוצגת עשויה לשמש פלטפורמה חדשה למיקוד נשאי סמים בתוך מערכת כלי הדם.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול חדש כדי לחקור ולמפה את התצהיר הממוקד של נשאי סמים לתאי אנדותל במודלים מפוברקים, בגודל אמיתי, עורק אנושי תלת מימדי תחת זרימה פיזיולוגית. השיטה המוצגת עשויה לשמש פלטפורמה חדשה למיקוד נשאי סמים בתוך מערכת כלי הדם.
השימוש במודלים תלת מימדיים (תלת-ממדיים) של עורקים אנושיים, המתוכננים עם הממדים והאנטומיה הנכונים, מאפשר מידול נכון של תהליכים חשובים שונים במערכת הלב וכלי הדם. לאחרונה, למרות מספר מחקרים ביולוגיים בוצעו באמצעות מודלים תלת ממדיים כאלה של עורקים אנושיים, הם לא הוחלו לחקור פילוח כלי דם. מאמר זה מציג שיטה חדשה לייצור מודלים עורקיים אנושיים בגודל אמיתי ומשוחזר באמצעות טכניקת הדפסה תלת-ממדית, ליישר אותם בתאי אנדותל אנושיים (ECs) וללמוד פילוח חלקיקים תחת זרימה פיזיולוגית. מודלים אלה יש את היתרון של שכפול הגודל הפיזיולוגי ואת התנאים של כלי הדם בגוף האדם באמצעות רכיבים בעלות נמוכה. טכניקה זו עשויה לשמש פלטפורמה חדשה ללימוד והבנת פילוח תרופות במערכת הלב וכלי הדם ועשויה לשפר את העיצוב של ננו-רפואה להזרקה חדשה. יתר על כן, הגישה המוצגת עשויה לספק כלים משמעותיים לחקר אספקה ממוקדת של סוכנים שונים למחלות לב וכלי דם תחת זרימה ספציפית למטופל ומצבים פיזיולוגיים.
מספר גישות יושמו לאחרונה תוך שימוש בדגמים תלת-ממדיים של עורקים אנושיים1,2,3,4,5. מודלים אלה לשכפל את האנטומיה הפיזיולוגית ואת הסביבה של עורקים שונים בגוף האדם במבחנה. עם זאת, הם שימשו בעיקר במחקרי ביולוגיה של התא. מחקרים עדכניים על מיקוד כלי דם של חלקיקים לאנדותל כוללים סימולציות חישוביות סיליקו 6,7,8, במודלים מיקרופלואידיים במבחנה 9,10,11, ובדגמי בעלי חיים vivo 12. למרות התובנות שהם סיפקו, מודלים ניסיוניים אלה לא הצליחו לדמות במדויק את תהליך הפילוח המתרחש בעורקים האנושיים, שבו זרימת הדם והמודינמיקה מהווים גורמים דומיננטיים. לדוגמה, המחקר של מיקוד חלקיקים לאזורים טרשת עורקים בביפורציה בעורק הראשי, הידועים בדפוס זרימת ההדקלם המורכב שלהם ושיפוע מתח גזוז הקיר, עשוי להשפיע על המסע שנלקח על ידי החלקיקים לפני שהם מגיעים לאנדהל13,14,15,16. לכן, מחקרים אלה חייבים להתבצע בתנאים המשכפלים את הסביבה הפיזיולוגית, כלומר,גודל, ממד, אנטומיה ופרופיל זרימה.
לאחרונה, קבוצת מחקר זו מפוברק מודלים עורקיים אנושיים משוחזרים 3D כדי לחקור את התצהיר ואת מיקוד של חלקיקים vasculature17. המודלים התבססו על העתקים גיאומטריים תלת-ממדיים של כלי הדם האנושיים, אשר היו אז מתורבתים עם ECs אנושי כי לאחר מכן מרפד את הקירות הפנימיים שלהם. בנוסף, כאשר הם נתונים למערכת זלוף המייצרת זרימה פיזיולוגית, המודלים שיכפלו במדויק את התנאים הפיזיולוגיים. מערכת ההזנה תוכננה לחדיר נוזלים בקצב זרימה קבוע, תוך שימוש במשאבה פרייסטלית בתצורות סגורות ומעגלים פתוחים(איור 1). המערכת יכולה לשמש כמעגל סגור כדי למפות תצהיר חלקיקים ומיקוד לתאים שנזרעו בתוך מודל העורקנות. בנוסף, זה יכול לשמש מעגל פתוח לשטוף חלקיקים שאינם דבקים בסוף הניסויים כדי לנקות ולתחזק את המערכת. מאמר זה מציג פרוטוקולים לייצור דגמים תלת-ממדיים של ביפורציה דמוית-הלב האנושית, עיצוב מערכת ההזדוקות ומיפוי התצהיר של חלקיקים ממוקדים בתוך המודלים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: פרוטוקול זה מתאר את הייצור של מודל תלת-ממדי של העורק הראשי וניתן להחיל אותו כדי ליצור כל עורק עניין אחר על ידי שינוי הפרמטרים הגיאומטריים.
1. עיצוב וייצור של ביפורציה תלת-ממדית של דגם העורק הראשי האנושי
2. תרבות התאים וזריעה במודלים
3. עיצוב מערכת ההשתפות
4. תצורה במעגל סגור: ניסוי זלוף והדמיה
5. תצורת מעגל פתוח: שלב הכביסה
6. רכישת נתונים וניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה מציג פרוטוקול חדש למיפוי התצהיר של חלקיקים בתוך מודלים של עורקים אנושיים בגודל אמיתי, אשר עשוי לספק פלטפורמה חדשה למחקר אספקת תרופות. באמצעות טכניקת הדפסה תלת-ממדית, נוצר דגם של עורק העורק הראשי האנושי (איור 2). הדגם היה עשוי מגומי סיליקון וזרע עם קרנות הון סיכון אנושיות(איור 3). חשוב לציין, פרוטוקול זה אפשר שכפול של תנאים פיזיולוגיים, במיוחד ביחס לדינמיקה של נוזלים. מערכת זלוף תוכננה להחדיר חלקיקים לביפורציה העורקנית תחת זרימה מתמדת בסדר הגודל של צורת ה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הגישות הנוכחיות לחקר פילוח כלי דם של חלקיקים נופלות בשכפול התנאים הפיזיולוגיים הקיימים בגוף האדם. מוצג כאן פרוטוקול לפברק מודלים משוחזרים תלת-ממדיים של עורקים אנושיים כדי לחקור את מיקוד החלקיקים ל- ECs המרפד את העורק תחת זרימה פיזיולוגית המיושמת באמצעות מערכת זלוף מותאמת אישית. בעת בחירת החומר להדפסה בתלת-ממד, עדיף להשתמש בפלסטיק שקוף כדי למנוע העברת פיגמנטים למודל הסיליקון, שאמור להיות שקוף ככל האפשר. בנוסף, חשוב לבחור חומר שאינו מתמוסס אצטון, אלא הופך רך שביר ולאחר מכן ניתן להסיר בקלות מן המודל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אינם מצהירים על ניגודי עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הישראלית למדע (מענק ISF # 902/18). המלגה של מריה חורי נתמכה על ידי תוכנית הדוקטורט לנשים של הברונית אריאן דה רוטשילד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מדפסת תלת מימד | FormLabs | PKG-F2-REFURB | |
| אצטון, אבסולוטי (דרגת AR) | |||
| מחברים | Nordson Medical | FTLL013-1 | נקבה Luer |
| FTLL230-1 | נקבה Luer | ||
| FTLL360-1 | נקבה Luer | ||
| LP4-1 | זכר Luer מנעול | ||
| מנחת | תרמו-פישר סיינטיפיק | DS2127-0250 | פוליקרבונט נלג'ן, כיסוי מנחת בקבוק אימות |
| תרמו-פישר סיינטיפיק | 2162-0531 | סגירת מילוי/אוורור של נלג'ן | |
| אלסטוסיל אלסטוזיל RT 601 A | ווקר | 60003805 | |
| אלסטוסיל RT 601 B | ווקר | 60003817 | המקשרת |
| מדיה תאי אנדותלScienCell | 1001 | ||
| פיברונטקטין | סיגמא אולדריץ' | F0895-5 מ"ג | |
| HUVEC | Lonza | CC-2519 | |
| איזופרופיל אלכוהול, דרגת AR 99.5% | הסר אבק פלסטיק מהדגם המלטש | ||
| Lacquer | Rust-Oleum | 2X-Ultra מבריק שקוף | |
| Matlab | Mathworks | https://www.mathworks.com/products/matlab.html | |
| מיקרוסקופ | ניקון | SMZ25 | |
| מיקרוסקופ מצלמה | ניקון | DS-Qi2 | |
| משאבה פריסטלטית | ווטסון מרלו | 530U IP31 | עם 2 ראשי משאבה: 313D |
| מהדק צינור פלסטיק | Quickun | 1-2240-stopvalve-2pcs | |
| חלקיקי פוליסטירן | תרמו-פישר סיינטיפיק | F8827 | קוטר = 2 ומיקרו; m |
| שרף מדפסת | FormLabs | RS-F2-GPCL-04 | |
| מסובב | ELMI בע"מ | אינטל-מיקסר RM-2 | |
| Solidworks | SolidWorks Corp., דאסו סיסטאנד אגרייב; mes | https://www.solidworks.com/ | |
| צינורות | ווטסון מרלו | 933.0064.016 | צינורות למשאבה: 6.4 מ"מ ID |
| כל שאר הצינורות: צינורות סיליקון: 4 מ"מ ID |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.