Ex Vivo Coltura di perfusione di grandi vasi sanguigni in un bioreattore stampato in 3D
28 luglio 2023
Questo protocollo presenta la configurazione e il funzionamento di un bioreattore di nuova concezione stampato in 3D per la coltura ex vivo di vasi sanguigni in perfusione. Il sistema è progettato per essere facilmente adottato da altri utenti, pratico, economico e adattabile a diverse applicazioni sperimentali, come la biologia di base e gli studi farmacologici.
Abbiamo sviluppato un bioreattore semplice, economico e adattabile per la coltura di vasi sanguigni in vitro. L'applicazione del flusso fisiologico e delle forze pulsatili ai vasi sanguigni assicura che le cellule all'interno del tessuto rimangano vitali. L'applicazione di bioreattori, come quello che abbiamo qui descritto, consente la coltura di vasi sanguigni ex vivo e riduce la dipendenza dagli esperimenti sugli animali nella ricerca.
L'applicazione delle forze emodinamiche è fondamentale per mantenere un vaso sanguigno sano in coltura, mentre i bioreattori a profusione sono un'ottima soluzione per ottenere questo ambiente dinamico. I sistemi descritti nella letteratura esistente sono spesso difficili da replicare, costosi e non facili da adattare. Abbiamo sviluppato un nuovo sistema di perfusione chiamato EasyFlow.
Questo sistema è economico da produrre, si adatta a una vasta gamma di tessuti ed è semplice da modificare in modo che i ricercatori possano adattarlo alle loro esigenze sperimentali. La produzione è open source, basata su un modello 3D, ed è accessibile attraverso la carta. Inoltre, può essere adattato alle esigenze della ricerca basata su questo modello 3D.
EasyFlow è attualmente impiegato per testare i meccanismi di riparazione vascolare, come le cellule staminali o le terapie basate su biomateriali. Miriamo anche a utilizzare questo bioreattore per indurre la maturazione dei vasi sanguigni ingegnerizzati nei tessuti.
Panoramica
Questo protocollo descrive l'allestimento e il funzionamento di un bioreattore appena sviluppato, stampato in 3D, per la coltura ex vivo di vasi sanguigni in perfusione. Il sistema è stato progettato per essere facilmente adottato da altri utenti, pratico, economico e adattabile a diverse applicazioni sperimentali.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Tecnologia dei bioreattori
- Biologia vascolare
- Ingegneria tissutale
Sfondo
- I sistemi di bioreattore esistenti sono spesso costosi e difficili da replicare.
- Le forze fisiologiche di flusso e pulsazione sono cruciali per mantenere la vitalità cellulare nei vasi sanguigni.
- Ridurre la dipendenza dagli esperimenti sugli animali è un obiettivo fondamentale nella ricerca vascolare.
- Lo sviluppo di modelli open source può migliorare l'accessibilità per i ricercatori.
Scopo dello studio
- Presentare un bioreattore economico e adattabile per la coltura di vasi sanguigni.
- Facilitare lo studio dei meccanismi di riparazione vascolare.
- Fornire una piattaforma per testare terapie basate su cellule staminali e biomateriali.
Metodi Utilizzati
- Sviluppo del sistema di perfusione EasyFlow.
- Applicazione di forze emodinamiche a vasi sanguigni coltivati in vitro.
- Produzione open-source basata su un modello 3D.
- Adattamento del sistema per diverse esigenze sperimentali.
Risultati principali
- Il sistema EasyFlow è economico e facile da modificare.
- Accomoda una varietà di tessuti per la ricerca.
- Le applicazioni iniziali includono il test dei meccanismi di riparazione vascolare.
- Il sistema supporta la maturazione di vasi sanguigni ingegnerizzati.
Conclusioni
- Il bioreattore EasyFlow offre una soluzione pratica per la ricerca vascolare.
- Promuove la vitalità dei vasi sanguigni in coltura attraverso condizioni dinamiche.
- Questo sistema può ridurre in modo significativo la necessità di modelli animali nella ricerca.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La coltura perfusa es vivo standardizzata di vasi sanguigni di grandi dimensioni affronta un'importante lacuna nella ricerca vascolare traslazionale, consentendo studi fisiologicamente rilevanti e riproducibili al di fuori dei modelli animali. La piattaforma di bioreattore stampata in 3D supporta la riduzione del rischio meccanicistico e accelera la verifica di ipotesi terapeutiche per la riparazione vascolare e l'ingegneria tissutale. Questa capacità migliora l'affidabilità predittiva nell'interfaccia tra scoperta scientifica e sviluppo preclinico per i portafogli cardiovascolari.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette l'analisi dei meccanismi di riparazione vascolare in condizioni emodinamiche controllate.
- Consente la validazione funzionale di ipotesi terapeutiche basate su cellule staminali e biomateriali.
- Facilita la riduzione del rischio biologico mantenendo la vitalità del tessuto ex vivo.
- Migliora l'affidabilità predittiva nella selezione di target nella ricerca sulle malattie vascolari.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce una piattaforma riproducibile per la valutazione quantitativa delle risposte vascolari a terapie sperimentali.
- Standardizza le condizioni di coltura dinamica per garantire confrontabilità e scalabilità dei saggi.
- Consente la preparazione di sistemi biologici validati per flussi di lavoro di screening successivi.
- Permette una valutazione affidabile degli effetti di composti o biomateriali sui tessuti vascolari.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Si allinea a condizioni fisiologiche rilevanti per le malattie negli studi traslazionali sui biomarcatori.
- Colma il divario tra le scoperte nella fase di identificazione e la validazione preclinica, riducendo la dipendenza dai modelli animali.
- Supporta decisioni di avanzamento basate sulla valutazione del rischio per programmi di riparazione vascolare e ingegneria tissutale.
- Facilita gli studi sulla maturazione di vasi sanguigni ingegnerizzati in condizioni di flusso fisiologicamente rilevanti.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo bioreattore stampato in 3D si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo la coltura di vasi ex vivo, test meccanicistici e modellizzazione traslazionale.
- Biologia della scoperta Supporta il test delle ipotesi e la chiarificazione dei percorsi per le strategie di riparazione vascolare.
- Screening: Fornisce condizioni di saggio standardizzate e riproducibili per la valutazione quantitativa.
- Analitica: Fornisce letture dinamiche della vitalità dei vasi e della loro risposta in condizioni di flusso fisiologico.
- Ricerca traslazionale Consente la continuità dalla scoperta in vitro alla validazione in modelli preclinici.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma open-source e adattabile per un'ampia R&D adozione
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella ricerca vascolare.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione, la riproducibilità e la scalabilità dei flussi di lavoro per la coltura dei vasi.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione e l'efficienza del capitale riducendo la dipendenza dai modelli animali.
- Impatto sul portafoglio: Permette la priorizzazione e lo sviluppo mirato dei candidati per la riparazione vascolare, adeguati al livello di rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specialistiche in biologia vascolare e ingegneria tissutale per un utilizzo ottimale.
- Necessita dell'accesso a infrastrutture per la stampa 3D e strumentazione per la perfusione.
- Richiede una standardizzazione tra team diversi per ottenere condizioni di coltura dinamiche riproducibili.
- È adattabile a una gamma di tipi di vasi e modelli sperimentali.
- I limiti pratici includono la durata della coltura e la compatibilità del tessuto, come supportato dai dati attuali.
