Decellularizzazione e ricellularizzazione polmonare di primati non umani utilizzando un bioreattore specializzato per grandi organi

Ryan W. Bonvillain; Michelle E. Scarritt; Nicholas C. Pashos; Jacques P. Mayeux; Christopher L. Meshberger; Aline M. Betancourt; Deborah E. Sullivan; Bruce A. Bunnell

doi:10.3791/50825

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Articolo metodologico

Decellularizzazione e ricellularizzazione polmonare di primati non umani utilizzando un bioreattore specializzato per grandi organi

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DOI:

10.3791/50825

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15 dicembre 2013

Ryan W. Bonvillain¹^,² , Michelle E. Scarritt¹ , Nicholas C. Pashos¹ , Jacques P. Mayeux¹ , Christopher L. Meshberger¹ , Aline M. Betancourt¹^,³ , Deborah E. Sullivan¹^,³ , Bruce A. Bunnell¹^,²^,⁴

¹Center for Stem Cell Research and Regenerative Medicine, Tulane University School of Medicine, ²Division of Regenerative Medicine, Tulane National Primate Research Center, ³Department of Microbiology and Immunology, Tulane University School of Medicine, ⁴Department of Pharmacology, Tulane University School of Medicine

In questo articolo

Sommario

La decellularizzazione dell'intero organo produce scaffold biologici naturali che possono essere utilizzati per la medicina rigenerativa. Viene presentata la descrizione di un modello di rigenerazione polmonare di primati non umani in cui interi polmoni vengono decellularizzati e quindi seminati con cellule staminali adulte e cellule endoteliali in un bioreattore che facilita la circolazione vascolare e la ventilazione con mezzi liquidi.

Abstract

C'è un numero insufficiente di polmoni disponibili per soddisfare le esigenze attuali e future di trapianto di organi. La rigenerazione dei tessuti bioartificiali è un'alternativa interessante al classico trapianto di organi. Questa tecnologia utilizza la matrice extracellulare biologica naturale (ECM) di un organo come impalcatura su cui le cellule autologhe o staminali/progenitrici possono essere seminate e coltivate in modo tale da facilitare la rigenerazione del tessuto originale. La MEC naturale viene isolata da un processo chiamato decellularizzazione. La decellularizzazione si ottiene trattando i tessuti con una serie di detergenti, sali ed enzimi per ottenere un'efficace rimozione del materiale cellulare lasciando intatta la MEC. Gli studi condotti utilizzando la decellularizzazione e la successiva ricellularizzazione dei polmoni dei roditori hanno dimostrato un successo marginale nella generazione di tessuto polmonare in grado di scambiare gas in vivo. Pur offrendo una prova di concetto essenziale, i modelli di roditori non sono direttamente traducibili per l'uso umano. I primati non umani (NHP) offrono un modello più adatto in cui studiare l'uso della produzione di organi bioartificiali per un eventuale uso clinico.

Vengono presentati i protocolli per ottenere la completa decellularizzazione dei polmoni acquisiti dal macaco rhesus NHP. I polmoni acellulari risultanti possono essere seminati con una varietà di cellule, tra cui cellule staminali mesenchimali e cellule endoteliali. Il manoscritto descrive anche lo sviluppo di un sistema di bioreattori in cui i polmoni di macaco seminati con cellule possono essere coltivati in condizioni di allungamento meccanico e di tensione fornite dalla ventilazione a pressione negativa e dalla perfusione pulsatile attraverso il sistema vascolare; Queste forze sono note per dirigere la differenziazione lungo le linee polmonare ed endoteliale, rispettivamente. Vengono forniti risultati rappresentativi della decellularizzazione e della semina cellulare.

Introduzione

La bioingegneria dei tessuti e degli organi è un'aggiunta interessante al campo della medicina rigenerativa. La creazione di organi "cresciuti in laboratorio" adatti al trapianto nei pazienti per sostituire la funzionalità degli organi malati è altamente auspicabile al fine di soddisfare la domanda attuale e futura per le esigenze di trapianto. I principi dell'ingegneria tissutale sono incentrati sulla semina dei tipi di cellule desiderate, o dei loro progenitori, in un'impalcatura che supporta la forma del tessuto ingegnerizzato, fornendo al contempo i fattori di crescita appropriati e le condizioni di coltura necessarie per imitare i processi di sviluppo o rigenerat....