Alle hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door het Institutioneel Comité voor dierenverzorging en -gebruik (IACUC nr. 17-0164-S1A0) van het Seoul National University Hospital.
1. Steigerproductie
OPMERKING: Tweelaagse slokdarmsteigers worden vervaardigd door elektrospinning en 3D-printen te combineren. Het binnenste membraan van de buisvormige steiger werd vervaardigd door elektrospinenpolyurethaan (PU) met roterende roestvrijstalen mandrels als de collectoren9.
- Voor de bereiding van buisvormige PU nanovezels, bereiden een 20% (w / v) oplossing van PU polymeer door roeren in N,N-dimethylformamide (DMF) voor 8 uur bij kamertemperatuur.
- Plaats de PU-oplossing op de spuit met een stompe metalen naald (22 G) en elektrospin op roterende roestvrijstalen mandrelen (diameter = 2 mm) op een afstand van 30 cm tussen de naaldpunt en de roterende collector.
LET OP: De voeding is ingesteld op een hoogspanningsstroom van 15 kV potentieel. De voersnelheid van de oplossing wordt vastgesteld op 0,5 mL/h met behulp van een spuitpomp.
- Maak een buisvormige nanovezellaag op het oppervlak van de mandrel die 3,14 m/s draait.
- Droog de PU nanovezel 's nachts in een vacuümoven op 40 °C om het resterende oplosmiddel volledig te verwijderen.
OPMERKING: De 3D-geprinte buitenwand van het slokdarmsteiger wordt voorbereid met behulp van een rapid prototyping systeem. De 3D-printapparatuur bestaat uit een dispenser, een sproeier, compressie/warmtecontroller, een 3-assige conversiefase en een softwaresysteem.
- PCL-pellets worden opgelost bij 100 °C in een verwarmingscilinder en vervolgens afgedrukt op het oppervlak van de nanovezels bij hoge druk (7 bar) onder controle van een bioplottingsysteem. De nozzle grootte is 300 μm en de streng afstand is 700 μm.
- Na het verwijderen van de twee-gelaagde steiger uit de mandrel, steriliseren door te weken in 70% ethanol onder ultraviolet licht.
OPMERKING: Meer gedetailleerde kenmerken van het schavot zijn gemeld in eerdere studies10.
2. Celzaaien op de grafts en bioreactor teelt
OPMERKING: Menselijke vet-afgeleide mesenchymale stamcellen (hMSCs) gekocht bij een bedrijf werden gebruikt zonder wijziging.
- Steriliseer voorafgaand aan de celtransplantatie het 3D-geprinte slokdarmsteiger gedurende 1 uur onder ultraviolet licht, nat het gedurende 10 minuten met ethanol en was het 3x met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS).
- Cultuur en uitbreiding van de hMSC's in groeimedium (basale medium/growth supplement). Twee-gelaagde buisvormige steigers werden overgebracht naar niet-aanhangende 24 goed weefsel cultuur platen.
- Om de cellen aan het binnenoppervlak van het schavot te bevestigen, voegt u de hMSC-suspensie met een dichtheid van 1 x 106 cellen/mL voorzichtig toe in de matrix van het keldermembraan met het groeimedium.
- Gelijkmatig deponeren van de kelder membraan matrix suspensie op het binnenoppervlak van de twee-laags buisvormige steiger.
- Bevestig de hMSC-geplaatste buisvormige steiger stevig aan de acrylhouder in de kweekkamer van de bioreactor met behulp van een pulsatile flow bioreactor systeem.
OPMERKING: Het op maat ontworpen bioreactorsysteem bestaat uit een pomp, bellenval, stroomkamer, drukmeter, regelbare klep en een gemiddeld reservoir. Bij het aanbrengen van afschuifstress in de kweekkamer, laat een rusttijd van 1-2 min11.
- Voeg groeimedium toe aan de kweekkamer en breng 0,1 dyne/cm2 door stroming veroorzaakte schuifspanning aan onder een bevochtigde atmosfeer met 5% CO210.
OPMERKING: De waarde van door de stroming veroorzaakte afschuifstress werd berekend door het simuleren van de peristalsis van het slokdarmweefsel afkomstig van het menselijk lichaam uit eerdere studies10.
- Bepaal de celreacties op de binnenoppervlakken van de tweelaagse buisvormige steigers zonder bioreactorteelt na 5 dagen met behulp van een LIVE/DEAD Viability Assay Kit volgens de instructies van de fabrikant. Verkrijg beelden via confocale microscopie met behulp van de Z-stack tool.
- Op de derde dag, observeer oppervlakte morfologie van de hMSC-gezaaide buissteiger door middel van een scanning elektronenmicroscoop (SEM).
- Bevestig het schavot dat werd geïncubeerd met hMSC met 2,5% glutaraldehyde en OsO4 voor 24 uur en dehydrateer met ethanol.
- Coat de vaste hMSCs met platina met behulp van een sputter coater onder argon atmosferische omstandigheden en verkrijgen SEM beelden bij een versnellende spanning van 25 kV.
3. Chirurgische voorbereiding voor dierchirurgie
OPMERKING: Chirurgische preparaten worden toegepast vóór zowel gastrostomie als slokdarmtransplantatie.
- Het opzetten van de steriele chirurgische instrumenten: Scalpel blad, Weitlaner oprolmechanisme, micronaald houder, microsuture tangen, microtissue tangen, microschaar, Mayo-Hegar naaldhouder, werkende schaar, iris schaar, dressing forceps, weefsel tangen, splintertangen, iristangen, 5 mL spuit (21 G naald), 10 mL spuit (22 G naald), 9-0 polyamide hechting, 4-0 polyglactine hechting.
- Verdoven het dier met een intramusculaire injectie van tiletamine/zolazepam (dosis 50 mg/g) en 2% xylazinehydrochloride (dosis 2 mg/kg).
OPMERKING: Volwassen Sprague-Dawley (SD) ratten met een gewicht van 398-420 g werden gebruikt voor slokdarmtransplantatie.
- Controleer voordat u overgaat naar het chirurgische gordijn de juiste verdoving van het dier door de staart met de tangen te knijpen.
- Plaats het dier in een supine positie op het steriele laken en gebruik tondeuse om het haar te verwijderen uit de nek (voor slokdarmtransplantatie) of buik (voor gastrostomie). Scrub vervolgens de chirurgische site met betadine en 70% ethanol.
- Vóór incisie injecteert u onderhuids een pijnstiller zoals buprenorfine (0,05-0,1 mg/kg) voor pijnbestrijding.
4. Gastrostomie chirurgie met behulp van een T-buis in Ratten
OPMERKING: Bij alle proefdieren werd een gemodificeerde gastrostomie uitgevoerd om tijdelijke bypass nonorale sondevoeding (n = 5) mogelijk te maken.
- Laat ratten snel de dag voor de operatie. Bereid de operatie voor zoals in sectie 3.
- Stel de maag bloot door middel van een middellijn incisie van de huid en buikspieren van de verdoofde ratten.
- Maak een 3 mm opening in de voorste maagwand met een scalpelmes.
- Plaats de punt van de siliconen T-buis in de defectplaats om deze aan de maagwand te bevestigen.
- Hecht goed zodat de T-buis zich niet losmaakt van de maagwand.
- Haal het distale uiteinde van de geïmplanteerde T-buis door de onderhuidse tunnel in de achterkant van de nek.
- Plaats de heparined op het einde van de T-buis om te voorkomen dat de maaginhoud naar achteren stroomt.
OPMERKING: Gebruik een angiokatheter om het uiteinde van de T-buis te verbinden met de heparined.
- Hecht alle lagen van de buikwand en huid met behulp van 4-0 polyglactine hechtingen.
- Houd alle experimentele ratten gescheiden in een metabole kooi nadat de gastrostomie is voltooid.
5. Slokdarmtransplantatie
OPMERKING: De slokdarmtransplantatie van het tweelaagse buisvormige schavot wordt 1 week na de gastrostomie (n = 5) uitgevoerd. Voorafgaand aan de transplantatie, inenten hMSCs (celdichtheid: 1 x 106 cellen/mL in keldermembraanmatrix) in de binnenwand van elke steiger en broedgedurende 3 dagen in het bioreactorsysteem. De chirurgische ingreep is als volgt.
- Verwijder het nekhaar van de modeldieren en voer standaard draperen van de chirurgische plaats uit voor aseptische chirurgie.
OPMERKING: Maak een groot scheergebied wordt aanbevolen om asceptische chirurgie op het dier te handhaven.
- Na voorste mediane incisie van de nek, scheid de riemspieren en bloot de tracheoesophageal structuur.
- Botweg ontleden van de nervus vagus van de slokdarm voor het resecteren van het segment, anders is de ademhaling van het dier aangetast.
- Onder vergroting, isoleer de linkerkant van de slokdarm van de luchtpijp en zorgvuldig scheiden van het bovenste deel van de schildklier.
- Maak een 5 mm lang volledig omtrekdefect met alle lagen van de slokdarm met behulp van een chirurgische schaar.
OPMERKING: Snijd voorafgaand aan slokdarmtransplantatie de voorbereide steigers met behulp van een chirurgische schaar om de lengte van de transplantatieplaats te evenaren.
- Onder een microscoop, uitvoeren van microanastomose aan beide uiteinden van de distale slokdarm defect met behulp van een 9-0 hechting draad. Plaats de eerste hechting tussen de rechter inferoposterior marge van de bovenste slokdarm overblijfsel en steiger. Blijf van rechts naar links tussen het bovenste slokdarmrestant en het schavot. Anastomose het schavot op dezelfde manier als de bovenste marge van de onderste slokdarm rest.
OPMERKING: Voer microvasculaire anastomose uit zoals gebruikt in klinische chirurgie voor slokdarmtransplantatie. Werk met een microscoop voor nauwkeurige, waterdichte hechting van de implantaatplaats.
- Leg daarna de omliggende schildklierflap over de getransplanteerde plaats om een stabiel onderhoud van en vasculaire toevoer naar de grafts te garanderen.
- Na transplantatie, steek de onderhuidse spier en huidweefsel met een 4-0 vicryl hechting.
- Houd alle experimentele ratten individueel in metabole kooien.
6. Postoperatieve procedures
OPMERKING: Postoperatieve procedures worden uitgevoerd na zowel gastrostomie als slokdarmtransplantatie.
- Na sluiting van de buikwond, zet de ratten in individuele metabole kooien en plaats de kooien op infrarood opwarming apparaten om onderkoeling te voorkomen.
- Houd de dieren in de gaten totdat ze sternale recumbency bereiken en behouden (d.w.z. rechtop op de borst liggen).
- Om ontstekingop de chirurgische plaats te minimaliseren, dient u het antibioticum gentamicin (20 mg/kg) dagelijks toe aan de ratten.
- Begin orale vloeistofvoeding op de derde postoperatieve dag tot het eindpunt van het onderzoek. Lever de hele voedingsformule (20,6 g/100 ml [g%] koolhydraten, 3,8 g% eiwit, 0,2 g% vet) door de heparined 3x per dag vanaf de dag na de operatie.
- Controleer dagelijks het uiterlijk en het lichaamsgewicht van de dieren. Controleer om gedrag te beheren, zoals zelfbeschadigende incisieplaats of weerstand tegen de buisinname, evenals verschillende chirurgische complicaties. Wanneer het lichaamsgewicht van de rattenmodellen snel met 20% of meer afneemt, voert u euthanasie uit door CO 2-inademing.
7. Histologie en immunohistochemie
OPMERKING: Voor histologische analyse wordt al het slokdarmweefsel van de geëuthanaseerde dieren geëxtraheerd met behulp van een chirurgische schaar. Hematoxyline en eosine kleuring en Masson's trichrome kleuring werden uitgevoerd met behulp van standaard histologische technieken. Immunohistochemie werd uitgevoerd volgens het volgende protocol.
- Fix de hele slokdarm met de getransplanteerde sites in 4% paraformaldehyde. Maak een paraffineblok en snijd 4 μm dikke secties.
- Deparaffinize de weefselsecties en dehydrateer ze in een ethanol serie. Dompel de weefselglijbanen onder in de citrate buffer en verwarm gedurende 10 min in de magnetron. Koel de cellen met koude PBS voor 20 min. Dompel onder in 3% waterstofperoxide gedurende 6 min, en was met PBS gedurende 10 min.
- Incubeer in 3% runderserumalbumine (BSA) gedurende 1 uur bij kamertemperatuur om niet-specifieke reacties van weefselsecties te blokkeren.
- Was 3x met PBS gedurende 5 min. Incubeer met primaire antilichamen tegen Desmin (verdund tot 1:200), keratine 13 (verdund tot 1:100) en von Willebrand Factor (vWF; verdund tot 1:100) 's nachts bij 4 °C.
- Was 3x met PBS gedurende 15 min. Incubeer met het juiste secundaire antilichaam bij een concentratie van 1:500 voor Desmin en Keratine 13 bij kamertemperatuur. Was vervolgens de glijbanen twee keer met PBS gedurende 10 min.
OPMERKING: Weefselsecties voor vWF werden geïncubeerd met behulp van een mierikswortel peroxidase-geconjugeerde kit (zie Tabel met materialen) en vervolgens gevisualiseerd met behulp van 3,3'-diaminobenzidine (DAB).
- Monteer met behulp van een glazen coverslip en 4',6-diamidino-2-phenolindole (DAPI) met montagemedium.