מטריצת הטחול הדה-צלולרית (DSM) טומנת בחובה יישומים מבטיחים בתחום הנדסת רקמת הכבד. פרוטוקול זה מתאר את ההליך להכנת DSM של חולדות, הכולל קצירת טחול של חולדות, דה-צלולריזציה שלהם באמצעות זילוח והערכת ה-DSM המתקבל כדי לאשר את מאפייניו.
מטריצת הטחול הדה-צלולרית (DSM) טומנת בחובה יישומים מבטיחים בתחום הנדסת רקמת הכבד. פרוטוקול זה מתאר את ההליך להכנת DSM של חולדות, הכולל קצירת טחול של חולדות, דה-צלולריזציה שלהם באמצעות זילוח והערכת ה-DSM המתקבל כדי לאשר את מאפייניו.
השתלת כבד היא הטיפול העיקרי במחלת כבד סופנית. עם זאת, המחסור והאיכות הלקויה של איברים מתורמים מחייבים פיתוח טיפולים אלטרנטיביים. כבדים ביו-מלאכותיים (BALs) המשתמשים במטריצת כבד דה-צלולרית (DLM) התגלו כפתרונות מבטיחים. עם זאת, מיקור DLM מתאים נותר מאתגר. השימוש במטריצת טחול דה-צלולרית (DSM) נחקר כבסיס ל-BALs, ומציע חלופה זמינה. במחקר זה, טחול חולדות נקצר ועבר דה-צלולריזציה באמצעות שילוב של מחזורי הקפאה-הפשרה וזילוח עם ריאגנטים של דה-צלולריזציה. הפרוטוקול שימר את המיקרו-מבנים והרכיבים של המטריצה החוץ תאית (ECM) בתוך ה-DSM. תהליך הדה-צלולריזציה המלא ארך כ-11 שעות, והתוצאה הייתה ECM שלם בתוך ה-DSM. ניתוח היסטולוגי אישר את הסרת רכיבי התא תוך שמירה על מבנה ECM והרכבו. הפרוטוקול המוצג מספק שיטה מקיפה להשגת DSM, ומציע יישומים פוטנציאליים בהנדסת רקמות כבד ותרפיה תאית. ממצאים אלה תורמים לפיתוח גישות חלופיות לטיפול במחלת כבד סופנית.
השתלת כבד נותרה הטיפול הסופי היחיד למחלת כבד סופנית 1,2,3. עם זאת, המחסור הקריטי והאיכות הירודה של תרומת איברים הגבירו את הצורך בטיפולים אלטרנטיביים4. בתחום הרפואה הרגנרטיבית, כבדים ביו-מלאכותיים (BALs) המשתמשים במטריצת כבד דה-צלולרית (DLM) התגלו כפתרונות מבטיחים 5,6,7. ה- DLM משמר את מבנה הכבד המקורי, כולל הרשת המיקרו-וסקולרית המורכבת שלו ורכיבי ה- ECM, ומציע פיגום ליצירת BAL להשתלה שעשויה להקל על מחלות כבד.
למרות ההבטחה, אימוץ טכנולוגיה זו עומד בפני אתגרים, במיוחד במיקור DLM מתאימים. DLMs שמקורם בבני אדם נמצאים במחסור, בעוד אלה ממקורות מן החי נושאים את הסיכונים של העברת מחלות ודחייה חיסונית. בגישה חדשנית, המחקר שלנו בחן את השימוש במטריצת טחול דה-צלולרית (DSM) כבסיס ל-BALs 8,9,10,11. הטחול זמין יותר במצבים רפואיים שונים, כגון יתר לחץ דם פורטלי, קרע טראומטי, פורפורה טרומבוציטופנית אידיופטית, ותרומה לאחר מוות לבבי. לכן, טחול זמין באופן נרחב יותר מאשר כבד למטרות מחקר. חולים שעברו כריתת טחול אינם סובלים מתנאים חמורים, מה שמאשר עוד יותר את חיוניות הטחול. המיקרו-סביבה של הטחול, במיוחד המטריצה החוץ-תאית והסינוסואידים, דומה לזו של הכבד. זה הופך את הטחול לאיבר מתאים להידבקות תאים והתפשטות במחקר השתלת הפטוציטים. בהתבסס על ממצאים אלה, החקירות הקודמות שלנו הוכיחו כי DSMs חולקים מיקרו-מבנים ורכיבים דומים עם DLMs ויכולים לתמוך בהישרדות ובתפקוד של הפטוציטים, כולל ייצור אלבומין ואוריאה. יתר על כן, DSMs הוכחו כמשפרים את התמיינות הכבד של תאי גזע מזנכימליים של מח עצם, מה שמוביל לפונקציונליות משופרת ועקבית.
על ידי שימוש ב- DSM המטופלים בהפרין, הנדסנו BALs פונקציונליים המסוגלים להדגים נוגדי קרישה יעילים לטווח קצר ופיצוי חלקי של תפקודי כבד11. כתוצאה מכך, DSM תלת מימדי זה טומן בחובו הבטחה משמעותית לקידום הנדסת רקמות הכבד והטיפול התאי. בעבודה זו אנו מציגים את השיטות המפורטות לקצירת טחול חולדות והכנת DSM המשמרים את המיקרו-מבנים והרכיבים של ה-ECM.
מחקר זה אושר על ידי הוועדה לאתיקה של ניסויים בבעלי חיים של אוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג ובוצע בהתאם להנחיות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה.
1. קציר טחול
2. דה-צלולריזציה של הטחול
פרוטוקול זה השתמש בשילוב של מחזורי הקפאה-הפשרה חוזרים ונשנים וזילוח עם ריאגנטים של דה-צלולריזציה לדה-צלולריזציה של טחול חולדה. דה-צלולריזציה מלאה של הטחול הושגה תוך כ-11 שעות (איור 2A). במהלך תהליך הדה-צלולריזציה, צבע הטחול השתנה בהדרגה מאדום עמוק לאדום מנומר ובהיר, ובסופו של דבר, מראה לבן שקוף (איור 2B). המורפולוגיה הכללית נותרה יחסית שלמה, עם מבני כלי דם נראים לעין (איור 2B).
צביעת Hematoxylin-eosin אישרה את הסרת רכיבי התא, וחשפה ECM שלם בתוך ה- DSM. זה בניגוד מוחלט לטחול הטבעי, כפי שמתואר באיור 3A, שבו נראים גרעיני תאים ויסודות ציטופלזמיים. היעדר תאים אושר עוד יותר באמצעות צביעה של 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) ומדידה של DNA שיורי (DSM: 10.1 ± 4 ng/mg משקל יבש, טחול טבעי: 6,200 ± 300 ng/mg משקל יבש). סריקת תמונות מיקרוסקופיות אלקטרונים חשפה את האפיון האולטרה-סטרוקטורלי של ה-DSM, שהראה מבנה חלת דבש לאחר הסרה מלאה של לימפוציטים מהטחול (איור 3C). זה הצביע על כך שהדה-צלולריזציה של הטחול שימרה את מבנה העל והארכיטקטורה הנורמליים של הטחול. להערכה מקיפה יותר של חלבוני ECM חיוניים הנמצאים בתוך ה-DSM, נעשה שימוש ב-Masson trichrome (איור 3B) ובצביעת immunofluorescence. באופן ספציפי, קולגן I (איור 3D) ופיברונקטין (איור 3E) היו ממוקדים לניתוח. התוצאות הצביעו על כך שגם רכיבי הממברנה המבנית וגם ממברנת המרתף של ECM נשמרו באופן דומה לטחול המקומי.

איור 1: מערך הניסוי. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: זרימת העבודה של דה-צלולריזציה ושינויים מורפולוגיים גסים. (A) תהליך העבודה של הכנת מטריצת הטחול הדה-צלולרית. דה-צלולריזציה מלאה של הטחול הושגה תוך כ-11 שעות. (B) שינויים מורפולוגיים גולמיים של הטחול במהלך הכנת DSM. בתהליך זה, צבע הטחול השתנה בהדרגה מאדום עמוק לאדום מנומר בהיר, ובסופו של דבר, מראה לבן שקוף. (ב) 1. לאחר מחזורי הקפאה-הפשרה חוזרים ונשנים ולפני דה-צלולריזציה. 2. לאחר שטיפה במים נטולי יונים, במשך שעה אחת. 3. לאחר זילוח עם SDS במשך 4 שעות. 4. לאחר זילוח עם טריטון במשך 2 שעות. קיצורים: DSM = מטריצת טחול decellularized; SDS = סודיום דודציל סולפט; PBS = מלח חוצץ פוספט; PS = פניצילין-סטרפטומיצין. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: תצפיות מורפולוגיות של מטריצת הטחול הדה-צלולרית. (A) צביעת H&E; (ב) צביעת טריכרום מאסון; (ג) SEM; (ד,ה) Immunofluorescence מכתים של קולגן I ו fibronectin; (ו) צביעת DAPI. פסי קנה מידה = 50 מיקרומטר (A, B, D-F), 5 מיקרומטר (C). קיצורים: DSM = מטריצת טחול decellularized; H&E = hematoxylin-eosin; SEM = מיקרוסקופ אלקטרונים סורק; DAPI = 4',6-diamidino-2-phenylindole. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
ה- BALs מייצגים גישה יעילה לטיפול במחלת כבד סופנית, במיוחד במקרים בהם השתלת כבד מעוכבת על ידי המחסור הנוכחי באיברים תורמים6. אפשרות מבטיחה ליצירת BALs היא שימוש ב- DLM, המשמר את ה- ECM הטבעי של הכבד המקומי ואת מבנה כלי הדם. עם זאת, המחסור ב-DLM אנושי והסיכונים הפוטנציאליים של זיהום ואימונוגניות הקשורים ל-DLM של בעלי חיים מהווים מגבלות משמעותיות. כדי להתמודד עם אתגר זה, אנו מציעים אסטרטגיה חדשנית הכוללת שימוש במטריצת טחול דה-צלולרית (DSM) כפיגום חלופי עבור BALs 8,9,10,11. הטחול נגיש יותר בתרחישים קליניים שונים ומציג מאפיינים דומים לכבדים. בעבודה זו אנו מציגים שיטות מפורטות לקצירת טחול חולדות והכנת DSM המשמרים את המיקרו-מבנים והרכיבים של ה-ECM.
שיטת דה-צלולריזציה אידיאלית תסיר רכיבים תאיים תוך שמירה על המבנה, ההרכב והתכונות המכניות המקוריות של ECM 12,13,14. שיטות דה-צלולריזציה כוללות טיפולים פיזיקליים, כימיים ואנזימטיים, שלכל אחד מהם יתרונות וחסרונות ייחודיים15. בעוד ששיטות אלה יכולות להסיר באופן חלקי רכיבים תאיים, הן עלולות גם לסכן את ההרכב, המבנה והפונקציונליות של ה- ECM הנותר. איכות הדה-צלולריזציה יכולה להיות מושפעת משינויים בצפיפות התא, עובי המטריצה והמורפולוגיה של הרקמה על פני מקורות רקמה שונים.
נכון להיום, אין תקן זהב לתהליך הדה-צלולריזציה. בדרך כלל, שימוש פשוט בכל אחת מהשיטות הללו אינו מספיק כדי למזער את ההשפעות השליליות על ECM ולמקסם את ההסרה של תוכן סלולרי. כתוצאה מכך, הגישה היעילה ביותר מסתמכת על מאפייני הרקמה, המחייבת שילוב של שיטות אלה. במחקר זה השתמשנו בפרוטוקול ששילב שיטות פיזיקליות (מחזורי הקפאה-הפשרה וזילוח) עם שיטות כימיות (SDS ו-TritonX-100) כדי לבצע דה-צלולריזציה של טחול חולדות.
מחזורי ההקפאה-הפשרה מקדמים ליזה של תאים ואת הניתוק המהיר של תאים מה-ECM16. במקביל, זילוח דרך כלי הדם המקומי משפר באופן משמעותי את יעילות הדה-צלולריזציה ומשמר את רשת כלי הדם המקורית17. סודיום דודציל סולפט (SDS), המתפקד כחומר ניקוי יוני, ממיס במיומנות הן את קרומי התאים והן את קרומי הגרעין, מה שמוביל להסרה מקיפה יותר של רכיבים ציטופלזמיים וגרעיניים. עם זאת, תהליך זה גם גורם נזק למבנה העל של ECM עקב דלדול של גליקוזאמינוגליקנים (GAGs) וקולגן.
ריכוזים גבוהים של SDS היו בקורלציה עם תכולת DNA שיורית מופחתת וחוזק מכני מופחת בתוך פיגום ECM. לעומת זאת, ריכוזים נמוכים יותר של SDS שמרו על כמות גדולה יותר של קולגן וגרמו לפחות דנטורציה של חלבוני ECM. לעומת זאת, Triton X-100, המשמש כחומר ניקוי לא יוני, משבש ביעילות אינטראקציות שומנים-ליפידים, ליפידים-חלבונים ו-DNA-חלבון, ומציע גישה מתונה יותר להמסת קרום התא. עם זאת, הוא אינו מספיק להסרה מלאה של גרעיני התא והדנ"א. לכן, יש לשלב אותו עם ריכוזים נמוכים של SDS וטיפולים פיזיים כדי להבטיח הסרה מלאה של רכיבים תאיים תוך שמירה על המבנה, ההרכב והביצועים המקוריים של ECM. חשוב לציין כי שאריות דטרגנטים יכולות להיות ציטוטוקסיות מסוימות, ולכן יש צורך בשטיפה לאחר הטיפול עם PBS סטרילי או מים מזוקקים לפני האחסון.
מגבלה אחת של פרוטוקול זה היא היעדר כימות עבור SDS שיורי וטריטון X-100. החלטה זו מבוססת הן על הניסיון של הצוות שלנו והן על דוחות מאששים, המצביעים על כך ששטיפת PBS של 4 שעות מספיקה כדי להסיר חומרים אלה ביעילות. יתר על כן, ניסויי תרביות התאים הקודמים שלנו שהשתמשו בפרוטוקול זה לא הדגימו סימנים של ציטוטוקסיות. כדי למזער את הוצאות הפרוטוקול, נעשתה בחירה מכוונת לוותר על כימות שאריות הדטרגנטים.
לסיכום, פרוטוקול זה מציג שיטה ישימה להכנת DSM, המפגינה יעילות, יציבות וזעיר פולשניות. ה- DSMs שהוכנו באמצעות פרוטוקול זה שומרים על הארכיטקטורה הטבועה בטחול, הרכבו ורשת כלי הדם הטבעית שלו. יתר על כן, הוא מציע פיגום להשתלת תאים ולתרבית דינמית תלת מימדית, ובכך מהווה בסיס לקידום מחקרים בכבד מהונדס רקמות.
המחברים לא הצהירו על ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82000624), תוכנית המחקר הבסיסית במדעי הטבע של שאאנשי (2022JQ-899 &; 2021JM-268), תוכנית התמיכה ביכולת חדשנות במחוז שאאנשי (2023KJXX-030), תוכנית מפתח מו"פ של מחוז שאאנשי פרויקט מפתח משותף של האוניברסיטה (2021GXLH-Z-047), הקרן המוסדית של בית החולים המסונף הראשון של אוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג (2021HL-42 ו- 2021HL-21).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מכונת הרדמה | הרווארד מכשיר | שולחן | הרדמה בעלי חיים |
| מלכודת בועות | שאנדונג Weigao Group Medical Polymer Co., Ltd. | קוטר נקבוביות: 5 μ m | למנוע בועות אוויר |
| בופרנורפין | TIPR פרמצבטיקה אחראית ושות', בע"מ | משכך כאבים | |
| מלקחיים המוסטטיים | שנחאי מכשירים רפואיים ושות', בע"מ | J31020 | כלי כירורגי |
| Heparinized מלח | SPH מס '1 ביוכימי & פרמצבטיקה בע"מ | למנוע היווצרות פקקת | |
| Isoflurane | RWD מדעי החיים ושות ' | הרדמה: לאינדוקציה ותחזוקה של הרדמה | |
| פניצילין-סטרפטומיצין | ביוטיים ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | C0222 | אנטיביוטיקה במבחנה למניעת זיהום מיקרוביאלי |
| משאבה פריסטלטית | Baoding Longer Precision Pump Co., Ltd. | BT100-1L | |
| פוספט חוצץ מלח | שנחאי טיטאן מדעי ושות', בע"מ | 4481228 חומצה זרחתית חומצה זרחתית תמיסת מלח | |
| צינור סיליקון | Baoding ארוך יותר דיוק משאבת ושות', בע"מ | 2.4 ופעמים; 0.8 מ"מ | |
| תפר משי | Yangzhou Jinhuan Medical Instrument Factory | 6-0 ו-3-0 | כלי דם Ligate |
| נתרן Dodecyl סולפט | שנחאי Titan Scientific Co., Ltd. | 151-21-3 | חומר ניקוי יוני, ממיס גם ממברנות תאים וגם ממברנות גרעיניות |
| משאבת מזרק | שנזן Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd | BeneFusion SP5 | עירוי תוך ורידי |
| Triton X-100 | Shanghai Titan Scientific Co., Ltd. | 9002-93-1 | חומר ניקוי לא יוני, משבש אינטראקציות שומנים-שומנים, חלבון-שומן וחלבון |
| DNA צנתר ורידי | B. Braun Company | 24G | מחדיר את עורק הטחול |