Extracellular Matrix-derived Foam Fabrication via Lyophilization: A Procedure to Generate Biological Scaffolds from ECM of Decellularized Tissues
JoVE Encyclopedia of Experiments
Kankeronderzoek
0 weergaven • 2:31 min • April 30th, 2023
ECM-derived foams are highly porous scaffolds obtained using the extracellular matrix - a non-cellular component of the tissue microenvironment.
To fabricate an ECM-derived foam, begin by taking a homogenous suspension of ultra-fine ECM powder in a tube. Incubate the suspension at a warm temperature with constant agitation to prevent ECM clumping.
Next, using a syringe, transfer the liquified ECM suspension to the desired mold. Refrigerate the mold overnight for the ECM to solidify. The ECM solidifies to form a three-dimensional network structure.
Finally, place the solid ECM-containing mold into a lyophilizer flask. Connect the flask to a freeze dryer system. Inside the lyophilizer, the sample is subjected to an ultracold temperature and low pressure. This results in the formation of ice crystals in the interstitial spaces of the ECM network.
In due course, the pressure and the temperature of the lyophilizer rise gradually. These conditions facilitate sublimation - a process in which the solid directly converts to its gaseous form rather than undergoing melting.
The gaseous vapors evaporate, leaving behind empty spaces inside the ECM network, thereby generating a porous ECM-derived scaffold.
Incubate the ECM suspension at 37 degrees Celsius with continuous agitation at 120 rpm until the suspension is warm. Then, use 0.2 molar acetic acid to dilute the sample suspension to the desired concentration. With the 3-milliliter syringe and an 18G needle, fill the desired mold with the ECM suspension.
Foams can be fabricated in a range of geometries depending on the shape of the mold. Cover and freeze the molds at minus 20 or minus 80 degrees Celsius. Then, place the molds into a lyophilizer flask. Connect the flask to the laboratory freeze dryer system and dry the molds for 24 hours or until fully dried.
Overzicht
Dit artikel beschrijft de fabricage van ECM-afgeleide schuimen, wat zeer poreuze scaffolds zijn gemaakt van de extracellulaire matrix. Het proces omvat het creëren van een suspensie van ECM-poeder, het stollen hiervan in mallen en vervolgens lyofilisatie om een poreuze structuur te verkrijgen.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschappelijk gebied
- Biomaterialen
- Tissue Engineering
- Fabricage van scaffolds
Achtergrond
- De extracellulaire matrix (ECM) speelt een cruciale rol in weefselmicro-omgevingen.
- Schuimen afgeleid van ECM kunnen natuurlijke weefseleigenschappen nabootsen.
- Poreuze steigers zijn essentieel voor celgroei en weefselregeneratie.
- Lyofilisatie is een belangrijke techniek voor het creëren van poreuze structuren.
Doel van de studie
- Om een methode te ontwikkelen voor het fabriceren van schuimen afgeleid van ECM.
- Om de eigenschappen van scaffolds te onderzoeken voor potentiële toepassingen in tissue engineering.
- Om de condities voor het creëren van poreuze structuren te optimaliseren.
Gebruikte methoden
- Bereiding van een homogene suspensie van ECM-poeder.
- Incubatie van de suspensie bij gecontroleerde temperaturen met agitatie.
- Gebruik van mallen voor het vormgeven van de ECM-suspensie.
- Lyofilisatie om poreuze scaffolds te creëren.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle fabricage van ECM-afgeleide schuimen met de gewenste porositeit.
- Demonstratie van de structurele integriteit van de scaffolds.
- Karakterisering van de effecten van temperatuur en druk tijdens lyofilisatie.
- Nadruk op potentiële toepassingen in de regeneratieve geneeskunde.
Conclusies
- ECM-afgeleide schuimen kunnen effectief worden geproduceerd met de beschreven methode.
- De resulterende scaffolds zijn veelbelovend voor toepassingen in tissue engineering.
- Verdere studies zijn nodig om de biologische compatibiliteit te beoordelen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Schuimen afgeleid van de ECM bieden een biologisch relevant 3D-steunsysteem dat fysiologisch betekenisvolle celkweek- en weefselregeneratiestudies ondersteunt. Door gebruik te maken van natuurlijke componenten van de extracellulaire matrix zonder chemische crosslinking, verbetert deze methode de targetvalidatie en het mechanistisch de-risking bij de ontwikkeling van preklinische modellen. Deze aanpak maakt een reproduceerbare, schaalbare productie mogelijk van ziekterelevante systemen voor lead-identificatie en assay-ontwikkeling in regeneratieve geneeskunde-pipelines.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk met behulp van de natuurlijke ECM-micro-omgeving om pathway-afhankelijkheden te verduidelijken en mechanische ambiguïteit te verminderen.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door een weefselspecifiek, celcompatibel scaffold te bieden voor functionele targetvalidatie.
- Voorspellende waarde: Verhoogt het vertrouwen bij de identificatie van lead-candidates door ziekterelevante 3D-modellen die in vivo responsen beter voorspellen.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream compound screening met behoud van de ECM-ultrastructuur en bioactiviteit.
- Operationele waarde: Waarborgt assay-standaardisatie en reproduceerbaarheid door lyofilisatie-gecontroleerde porositeit en scaffold-homogeniteit.
- Schaalbaarheid: Maakt hergebruik van het platform mogelijk voor meerdere ECM-bronnen en malgeometrieën, wat de gereedheid voor high-throughput screening vergroot.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Handhaaft translationele continuïteit door de architectuur van natuurlijk weefsel na te bootsen, wat de uitlijning van biomarkers en het mechanistisch verminderen van risico's ondersteunt.
- Operationele waarde: Faciliteert risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door middel van reproduceerbare fabricage van scaffolds en kwantitatieve structurele karakterisering.
- Voorspellend vertrouwen: Verbindt targetvalidatie in de ontdekkingsfase met preklinische werkzaamheidsbeoordeling via ziekte-relevante celkweekplatforms.
Integratie van pijplijn & workflow
Deze methode is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie via leadidentificatie tot preklinische evaluatie, en biedt een reproduceerbaar scaffoldplatform dat hypothesetesten en workflows voor compoundscreening ondersteunt.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en de verduidelijking van signaalpaden door een ECM-micro-omgeving te bieden die lijkt op de natuurlijke omgeving voor cellulaire assays.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via gestandaardiseerde, poreuze scaffolds die reproduceerbare celzaaiing en blootstelling aan verbindingen ondersteunen.
- Analytics: Genereert kwantitatieve structurele resultaten (porositeit, poriegrootte, morfologie) die vergelijking tussen ECM-bronnen en procescondities mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Ondersteunt preklinische continuïteit door ziekterellevante 3D-modellen te creëren die in overeenstemming zijn met weefselspecifieke biomarkerexpressie.
- Herbruikbaarheid binnen de organisatie: Vestigt een herbruikbare platformcapaciteit voor het genereren van weefselspecifieke scaffolds voor meerdere projecten en therapeutische gebieden.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen, targetvalidatie en vermindering van mechanistische ambiguïteit door fysiologisch relevante 3D-cultuur.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van scaffoldproductie via gecontroleerde lyofilisatieparameters.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een laat stadium via verbeterde preklinische voorspellendheid.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van de prestaties van de scaffold in functionele assays.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in de hantering van biomaterialen, ECM-karakterisering en optimalisatie van het lyofilisatieproces.
- Is afhankelijk van toegang tot vriesdroogapparatuur, temperatuurgecontroleerde incubatoren en steriele vormsystemen.
- Vereist standaardisatie tussen teams van de bereiding van ECM-suspensies, gelatieprotocollen en lyofilisatiecycli.
- Houdt rekening met aanpassingen voor verschillende weefselafgeleide ECM's en doelceltypen in 3D-cultuur.
- Praktische beperkingen omvatten batch-to-batch variabiliteit van ECM en de noodzaak van endotoxinecontrole bij therapeutische toepassingen.
Veelgestelde vragen over Biofarmacie
Fabriceren van een nier Cortex extracellulaire Matrix afkomstige Hydrogel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Het bestuderen van normale weefsel straling effecten met behulp van extracellulaire matrix hydrogels
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Vervaardiging van een biomimetische nanomatrix met Janus Base Nanotubes en Fibronectin voor stamcelhechting
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Productie van biologisch verkregen Injecteerbare Materialen voor myocard Tissue Engineering
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Cryomilling of Decellularized Tissue: A Technique to Obtain Fine Extracellular Matrix Powder
Gerelateerde video's
0 Bekeken
ECM Suspension Preparation: A Technique to Obtain Homogenous Suspension from Tissue-derived Extracellular Matrix
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Bioscaffold Fabrication by Electrospraying: A Technique to Generate Microcarrier Scaffolds Derived from Extracellular Matrix of Decellularized Tissue
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Fabricage van extracellulaire matrix-afgeleide schuimen en microdragers Weefsel-specifieke Cell Cultuur en Delivery Platforms
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Synthese van biocompatibel Liquid Crystal elastomeerschuimen als Cell Stellingen voor 3D Ruimtelijke Cell Cultures
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Verwerking van menselijke cardiale weefsels richting de extracellulaire Matrix zelf monteren Hydrogel voor In Vitro en In Vivo toepassingen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026