2025年7月18日
ここでは、既存のプラットフォームの高コストと限られた柔軟性を克服するように設計された、オープンソースで変更可能な常温 ex vivo 灌流システムのプロトコルを提示し、前臨床生物医学研究におけるよりアクセスしやすく、コスト効率が高く、反復的な使用を可能にします。
ヒトの腫瘍微小環境は、細胞レベルで予測が困難な方法で薬物の摂動に反応する生きた進化する複合体です。私たちの目標は、詳細な調査のために、生理学的条件に近い条件下でヒト腫瘍微小環境を ex vivo で維持することでした。ここで紹介するこのマシンは、研究用途向けの手頃な価格の常温プロフランスシステムの不足に対処し、多数の望ましい実験エンドポイントの反復研究を可能にします。
私たちの研究室は、完全に自己的な豊富さのために機械をさらに縮小し、免疫腫瘍学および細胞療法の研究のためのシステムを可能にすることに引き続き取り組んでいきます。まず、ドラム漏斗をワークステーションの右側に置き、注ぎ口をテーブルの前端を超えて伸ばします。円形の低反発フォームをドラムのベースにフィットさせ、振動板をフォームの下に配置します。
流出のために注ぎ口の近くに4インチの隙間を残します。次に、コネクタチューブが左上隅を向くようにフォームインサートの上に2つの給湯ブランケットを置き、各チューブに3/16インチのオスルアーバーブを挿入します。折りたたまれた、無菌の、暖かいドレープを取ります。
折り目の角から2ミリ切り取って流出穴を作り、ドラムの上に置きます。次に、3D プリントされたコンセント コネクタを入手し、磁石を溝に挿入します。このアセンブリを流出口を通してドレープの下に置き、切断穴をコネクタと磁石の穴に合わせます。
余分なドレープを上げてドラム漏斗を覆い、輪ゴムまたはゴムタイを使用して固定します。余分なドレープを上に折りたたんで、無菌バリアを確立します。次に、完全に折りたたまれたドレープの上に 2 番目のウォーター ジャケットを置きます。
次に、30 インチの 1/4 インチ チューブを取り、近位端をドラム漏斗注ぎ口の基部にある出口に接続し、後で接続するリザーバー ホルダーの近くに置きます。次に、ワークステーションの左側近くに配置された移動式カートにポンプを置きます。スタンドをポンプのすぐ後ろに2つのクランプに配置し、クランプがポンプから6インチ上に持ち上がるようにします。
さらに、2つのポンプヘッドを入手し、それぞれをポンプの1つに固定します。2つの酸素供給器を水平方向にスタンドのクランプに置きます。次に、動脈および静脈の 1/8 インチのガス流入チューブを、それぞれの酸素供給器の右上下コネクタに接続します。
次に、フィルターに直接通じる線を除き、血液透析キットからすべてのチューブを取り外します。血液透析フィルターのすぐ右側に大きなローラーポンプを1つ配置し、血液を流入させます。次に、透析液の流入と流出のために、血液ローラーポンプの右側に2つの小さな蠕動ポンプを配置します。
2つの1/8インチ蠕動チューブを入手し、白いポンプクランプに挿入します。各チューブの両端にメスの1/8インチルアーバーブを取り付けます。透析液バッグをフィルター流入口に接続するには、1/8インチチューブをバッグのルアーコネクターに取り付けます。
オスの1/8インチルアーをチューブの端に取り付け、流入蠕動ポンプチューブに接続します。流入回路と流出回路を適切な血液透析フィルターポートに接続します。リザーバーをリザーバーホルダーの内側に置き、外部の測定マークと黄色のキャップ付きコネクタを外側に向けて配置します。
次に、36 インチの 5/16 インチのチューブを切断します。このチューブの遠位端にYコネクタを取り付け、近位端をリザーバーの底にある流出スピゴットに接続します。5/16インチのチューブを4インチで2本切断し、それぞれをYコネクタの端に取り付けます。
これらのチューブのもう一方の端をポンプヘッドの水平突起に接続します。次に、4/1インチのチューブを4インチで2本切断し、ポンプヘッドの各垂直バーブに1つずつ接続します。もう一方の端を各酸素供給器の左下の突起に取り付けます。
次に、5/16インチチューブの30インチセグメントを取ります。チューブを半分に切断し、遠位切断端に 5/16 インチの Y コネクタを配置します。近位端を静脈人工肺の流出バーブに取り付けます。
残りの半分を Y コネクタの上部バーブに取り付け直します。サイドサンプリング回路の場合は、2インチの1/4インチチューブを切断します。そして、ニードルドライバーを使用して、近位端を伸ばします。
このストレッチチューブを5/16インチYコネクタの残りのバーブに取り付けます。キュベットシャントセンサーを接続した後、メスTコネクタの水平部分をオスルアーを取り付けた1/8インチチューブに接続します。サンプリングクレーブをTコネクタの垂直面に取り付けます。
最後に、1/8 インチのオス ルアーを T コネクタの反対側の水平側に接続します。次に、長さ12インチの1/8インチチューブを切断し、近位端をサンプリングクレーブに接続します。オスの1/8インチルアーを遠位端に取り付け、2番目のメスTコネクタに接続します。
この T コネクタの片側に、1/4 インチのオス ルアーを取り付け、2 インチの 1/4 インチ チューブを使用してリザーバー流入バーブに接続します。5/16 インチ チューブの遠位端に、別の 5/16 インチ Y コネクタを取り付けます。約 55 インチの 1/4 インチ チューブを入手し、Y コネクタの上部バーブに接続します。
血液透析血液回路の場合は、1/4インチのオスルアーを1/4インチチューブの遠位端に取り付けます。このチューブを大きなローラーポンプに通し、赤い裏地のチューブで識別される血液透析フィルターの上部にある血液流入ポートに接続します。次に、24インチの1/4インチチューブを取り、オスルアーを近位端に取り付けます。
このチューブを血液透析フィルターの青い線の血液流出ポートに接続します。次に、遠位端をリザーバーの流入バーブに取り付けます。36 インチの 1/4 インチ チューブを取り、5/16 インチ Y コネクタのバーブにしっかりとフィットするように伸ばします。
次に、3つの四方活栓を入手し、直線的に接続します。このアセンブリをメス T コネクタの垂直ポートに取り付けます。このコンポーネントを 1/4 インチ チューブの左側から 12 インチに挿入します。
次に、外部フローセンサーを薬物注入部位のすぐ下流の1/4インチチューブに取り付けます。流量センサーの遠位 2 インチに切り込みを入れ、とげのある端を持つ圧力センサーを 1/4 インチのチューブに挿入します。チューブの遠位部分をドラム漏斗の中央に配置します。
次に、長さ 30 インチの 5/16 インチのチューブを切断し、その近位端を動脈人工肺の右側の流出バーブに接続します。このチューブを中間点で切断し、5/16インチのYコネクタを挿入します。次に、1/4インチチューブの36インチセグメントを切断し、5/16インチYコネクタのバーブに接続します。
外部流量センサーを再度取り付けます。下流に2インチ切り込みを入れ、動脈流入のためにドラム漏斗中心に配置されたチューブ端に圧力センサーを接続します。次に、30インチの1/4インチチューブを切断し、1/4インチのオスルアーを近位端に取り付けて、最終的に標本の下大静脈流出に接続します。
このチューブをリザーバーから 6 インチ切り取り、両端に 1/4 インチのオス ルアーを取り付けます。垂直ポートにサンプリングクレーブ付きのメスTコネクタを挿入します。前述の方法に従って灌流液を回路に導入します。
検体を再温めて接続し、灌流を開始します。ブタ肝灌流の最初の24時間で、肝動脈と門脈の流れはそれぞれ平均107ミリリットルと501ミリリットル/分で、安定した流入圧力は80ミリメートルと7.1ミリメートルでした。ブタ肝臓の動脈、門脈、静脈の酸素飽和度は平均95%85%と74%で、pHは7.2付近にとどまりました。
血糖値は着実に低下しました。ヘマトクリットとヘモグロビンは安定したままで、カリウムはわずかに低下しました。ブタの肝臓は41ミリリットルの胆汁を産生し、ヒトの灌流で中程度の乳酸上昇を示しました。
動脈および静脈の流入量は毎分平均 113 ミリリットルと 317 ミリリットルで、酸素飽和度は動脈静脈、門脈静脈、肝静脈で 98%92% と 86% に達しました。ヒトの肝臓は生理学的pH、安定したヘマトクリットとヘモグロビンを維持し、1時間あたり平均1.4ミリリットルの胆汁産生でグルコースの低下と乳酸の増加を示しました。組織学により、灌流後に生存可能な肝実質と腫瘍の形態が確認されました。
モバイルセットアップにより、灌流肝臓のCTイメージングが可能になり、in vivoスキャンに匹敵するX線撮影品質が得られました。このシステムは、糸球体とランゲルハンス島が保存された腎臓と膵臓の灌流もサポートしました。
本記事では、オープンソースで変更可能な等温的ex vivo灌流システムのプロトコルを紹介します。このシステムは、前臨床バイオメディカル研究におけるアクセシビリティの向上とコスト効率の改善を目的として設計されています。
オープンソースの常温灌流システムにより、無傷の人および動物の臓器を実際に解析することが可能となり、トランスレーショナルリサーチや初期探索段階におけるメカニズムのデリスキングが促進されます。コストを削減し、実験の柔軟性を高めることで、本プラットフォームはターゲット検証や機能研究に向けた、生理学的に妥当な前臨床モデルへのアクセスを拡大します。本システムのモジュール性とデータ豊富なアウトプットは、予測精度への信頼性とポートフォリオの機敏性を求める企業のR&Dパイプラインにおいて、再利用可能な資産としての価値を提供します。
このモジュール式灌流システムは、無傷の臓器における仮説検証と機能評価を可能にすることで、初期探索、ターゲットバリデーション、および前臨床研究を橋渡しします。