領域特異的脱細胞化肺組織の解剖と単離
概要
ここに提示されるのは、局所脱細胞化肺組織の単離のためのプロトコルである。このプロトコルは、細胞外マトリックスおよび細胞-マトリックス相互作用の複雑さを研究するための強力なツールを提供します。
Abstract
肺移植は、重度の肺疾患の後期段階の患者にとって唯一の選択肢であることがよくありますが、これは適切なドナー肺の供給と移植後の急性および慢性の両方の拒絶反応の両方のために制限されています。病気の肺の交換のための新しいバイオエンジニアリングアプローチを確認することは、患者の生存率を改善し、現在の移植方法論に関連する合併症を回避するために不可欠です。代替アプローチは、典型的には急性および慢性拒絶反応の原因である細胞成分を欠く脱細胞化全肺の使用を含む。肺は非常に複雑な器官であるため、血管系、気道、肺胞組織など、特定の領域の細胞外マトリックス成分を調べることは興味深いことです。このアプローチの目的は、研究者が完全に脱細胞化された肺から領域特異的組織を解剖および分離できる簡単で再現性のある方法を確立することです。現在のプロトコルはブタとヒトの肺のために考案されていますが、他の種にも適用される可能性があります。このプロトコルでは、組織の4つの領域、すなわち気道、血管系、肺胞、およびバルク肺組織が指定されました。この手順により、従来のバルク分析方法とは対照的に、脱細胞化肺組織の内容をより正確に表す組織のサンプルを調達できます。
Introduction
慢性閉塞性肺疾患(COPD)、特発性肺線維症(IPF)、嚢胞性線維症(CF)などの肺疾患は、現在、治療法のないままです1,2,3,4。肺移植は、多くの場合、後期の患者にとって唯一の選択肢ですが、適切なドナー肺の供給と移植後の急性および慢性の両方の拒絶反応の両方のために、これは限られた選択肢のままです3,5,6。そのため、新しい治療戦略が非常に重要です。呼吸生物工学における有望なアプローチの1つは、脱細胞化された天然肺組織から調製された組織由来足場の適用です。無細胞全肺足場は、天然の細胞外マトリックス(ECM)組成と生物活性の複雑さの多くを保持しているため、全臓器工学のために、また肺疾患メカニズムを研究するための改良モデルとして集中的に研究されてきました7,8,9,10。並行して、オルガノイドおよび他の組織培養モデルにおける細胞間および細胞-ECM相互作用を研究するためのヒドロゲルおよび他の基質として、肺を含む異なる器官からの脱細胞化組織を利用することへの関心が高まっている11,12,13,14,15,16,17.これらは、腫瘍源に由来するマトリゲルなどの市販の基質よりも関連性の高いモデルを提供します。しかしながら、ヒト肺由来ヒドロゲルに関する情報は、現時点では比較的限られている。我々は以前に脱細胞化ブタ肺に由来するヒドロゲルを記載し、それらの機械的および材料的特性の両方を特徴付け、ならびに細胞培養モデルとしてのそれらの有用性を実証した18,19。最近の報告は、脱細胞化された正常および罹患(COPD、IPF)ヒト肺に由来するヒドロゲルの初期機械的および粘弾性特性を詳述した20。また、脱細胞化正常およびCOPDヒト肺のグリコサミノグリカン含有量を特徴付ける初期データ、および細胞間および細胞-ECM相互作用の研究へのそれらの適用性も提示しました11。
これらの例は、調査目的で脱細胞化ヒト肺ECMを利用することの力を示しています。しかし、肺は複雑な器官であり、構造と機能の両方が、ECM組成やこわばりなどの他の特性など、肺のさまざまな領域で異なります21,22。そのため、気管と大気道、中小気道、肺胞、大血管、中血管、小血管など、肺の個々の領域でECMを研究することは興味深いことです。この目的のために、私たちは、脱細胞化されたヒトおよびブタの肺を解剖し、続いてそれらの解剖学的領域のそれぞれを単離するための信頼性が高く再現性のある方法を開発しました。これにより、正常な肺と罹患した肺の両方における局所タンパク質含量の詳細な差異分析が可能になった21。
Protocol
Representative Results
Discussion
ヒトおよび他の種からの脱細胞化組織は、3Dヒドロゲルを含むex vivo培養モデルにおけるECM組成および細胞-ECM相互作用を研究するための生体材料として頻繁に利用されている12,13。他の臓器と同様に、脱細胞化肺は、以前は健康な肺と罹患した肺(すなわち、気腫性およびIPF)のECM組成の違いを決定するために利用されており、ECMダイナミクスお…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、ヒト肺調達のためのUVM剖検サービスと、解剖技術全体への貢献に対してRobert Pouliot博士に感謝しています。これらの研究はR01 HL127144-01(DJW)の支援を受けた。
Materials
| Bonn Scissors | Fine Science Tools | 14184-09 | |
| Dumont #5 – Fine Forceps | Fine Science Tools | 11254-02 | |
| Forceps, Curved, S/S, Blunt, Serrated – 130mm | CellPath | N/A | |
| Hardened Fine Scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
| Moria Iris Forceps | Fine Science Tools | 11373-22 | |
| Pyrex Glass Casserole Dish | Cole-Parmer | 3175-10 |
参考文献
- López-Campos, J. L., Tan, W., Soriano, J. B. Global burden of COPD. Respirology. 21 (1), 14-23 (2016).
- Raherison, C., Girodet, P. -. O. Epidemiology of COPD. European Respiratory Review. 18 (114), 213-221 (2009).
- Glass, D. S., et al. Idiopathic pulmonary fibrosis: Current and future treatment. The Clinical Respiratory Journal. 16 (2), 84-96 (2022).
- Dickinson, K. M., Collaco, J. M. Cystic Fibrosis. Pediatrics in Review. 42 (2), 55-67 (2021).
- DeFreitas, M. R., McAdams, H. P., Azfar Ali, H., Iranmanesh, A. M., Chalian, H. Complications of lung transplantation: update on imaging manifestations and management. Radiology: Cardiothoracic Imaging. 3 (4), e190252 (2021).
- Young, K. A., Dilling, D. F. The future of lung transplantation. Chest. 155 (3), 465-473 (2019).
- Wagner, D. E., et al. Comparative decellularization and recellularization of normal versus emphysematous human lungs. Biomaterials. 35 (10), 3281-3297 (2014).
- Booth, A. J., et al. Acellular normal and fibrotic human lung matrices as a culture system for in vitro investigation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 186 (9), 866-876 (2012).
- Uhl, F. E., Wagner, D. E., Weiss, D. J. Preparation of decellularized lung matrices for cell culture and protein analysis. Methods in Molecular Biology. 1627, 253-283 (2017).
- Wagner, D. E., et al. Three-dimensional scaffolds of acellular human and porcine lungs for high throughput studies of lung disease and regeneration. Biomaterials. 35 (9), 2664-2679 (2014).
- Uhl, F. E., et al. Functional role of glycosaminoglycans in decellularized lung extracellular matrix. Acta Biomaterialia. 102, 231-246 (2020).
- Saldin, L. T., Cramer, M. C., Velankar, S. S., White, L. J., Badylak, S. F. Extracellular matrix hydrogels from decellularized tissues: structure and function. Acta Biomaterialia. 49, 1-15 (2017).
- Giobbe, G. G., et al. Extracellular matrix hydrogel derived from decellularized tissues enables endodermal organoid culture. Nature Communications. 10 (1), 5658 (2019).
- Petrou, C. L., et al. Clickable decellularized extracellular matrix as a new tool for building hybrid-hydrogels to model chronic fibrotic diseases in vitro. Journal of Materials Chemistry. B. 8 (31), 6814-6826 (2020).
- Nizamoglu, M., et al. An in vitro model of fibrosis using crosslinked native extracellular matrix-derived hydrogels to modulate biomechanics without changing composition. Acta Biomaterialia. 147, 50-62 (2022).
- Marhuenda, E., et al. Lung extracellular matrix hydrogels enhance preservation of type ii phenotype in primary alveolar epithelial cells. International Journal of Molecular Sciences. 23 (9), 4888 (2022).
- Zhou, J., et al. Lung tissue extracellular matrix-derived hydrogels protect against radiation-induced lung injury by suppressing epithelial-mesenchymal transition. Journal of Cellular Physiology. 235 (3), 2377-2388 (2020).
- Pouliot, R. A., et al. Development and characterization of a naturally derived lung extracellular matrix hydrogel. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 104 (8), 1922-1935 (2016).
- Pouliot, R. A., et al. Porcine lung-derived extracellular matrix hydrogel properties are dependent on pepsin digestion time. Tissue Engineering. Part C, Methods. 26 (6), 332-346 (2020).
- de Hilster, R. H. J., et al. Human lung extracellular matrix hydrogels resemble the stiffness and viscoelasticity of native lung tissue. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 318 (4), L698-L704 (2020).
- Hoffman, E. T., et al. Regional and disease specific human lung extracellular matrix composition. Biomaterials. 293, 121960 (2023).
- Sicard, D., et al. Aging and anatomical variations in lung tissue stiffness. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 314 (6), L946-L955 (2018).
