Decellularization van gehele menselijk hart binnen een hydrofoor tasje in een omgekeerde richting
26 november 2018
Deze methode kan decellularization voor een complexe solide orgel met behulp van een eenvoudig protocol gebaseerd op osmotische schok en perfusie van Ionische detergent met minimale orgel matrix verstoring. Het bestaat uit een roman decellularization-techniek voor menselijke harten binnen een hydrofoor etui met real-time bewaking van flow dynamics en cellulaire puin uitstroom.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over het genereren van gevasculariseerde steigers, die echt de heilige graal van het weefsel engineering veld. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat een onder druk gestelde zak in een omgekeerde oriëntatie de decellularisatie van niet-transplanteerbare menselijke organen verbetert en ons dat op een steriele manier over een geschikt tijdsbestek laat doen. Om het hart voor te bereiden op decellularisatie, voert u eerst een interne inspectie uit op mogelijke defecten.
Als er een septumdefect aanwezig is, corrigeer dan het defect met de juiste hechtingen. Vervolgens ligate de superieure en inferieure vena cavas met 2-0 zijde hechting. Hecht de rechter atriumwand met 5-0 PROLENE en ontleed de aorta uit de buurt van de belangrijkste longslagader voor de volgende cannulation.
Plaats de connectoren, afhankelijk van de diameter van het vat, in de aorta en de longslagader en zet de connectoren vast met 2-0 zijden hechtingen. Met behulp van een van de longaderopeningen, steek een buizenlijn door het linkeratrium naar de linkerventrikel, en sluit een infuuslijn aan op de connector in de aorta en een uitstroomlijn naar de connector in de longslagader. Plaats het voorbereide hart in een polyester zakje in de omgekeerde oriëntatie en plaats het zakje in een perfusiecontainer.
Sluit elk van de lijnen aan op de respectievelijke poorten in de rubberen stop, afhankelijk van de diameter van de container, en steek de stop in het deksel van de perfusiecontainer om het polyester zakje te verzegelen. Vervolgens, doorsnede PBS via de infusiepoort van de rubberstop om de uitstroom van de longslagader en van de lijn ingevoegd in de linker ventrikel te controleren, met behulp van deze stroom om het orgaan van eventuele resterende sporen van bloed in de vasculatuur schoon te maken. Wanneer het hart klaar is, plaats de geassembleerde bioreactor in een rechte oriëntatie, en sluit de infusielijn, druk-hoofd lijn, longslagader-uitstroom lijn, en bioreactor drainerende lijn naar de rubberen dop oppervlak poorten op de top van de perfusie bioreactor.
Dan, decellulariseren het hart voor vier uur met hypertonische oplossing, twee uur met hypotonische oplossing, 120 uur met natrium dodecylsulfaat, of SDS, en een laatste wasbeurt met 120 liter PBS, allemaal onder constante 120 millimeter kwikdruk zoals gemeten bij de aortawortel. Voeg tijdens de laatste 10 liter van de PBS-was 500 milliliter steriele 2,1%perazijnzuuroplossing toe die met 10 normale natriumhydroxide aan de perfusieoplossing wordt geneutraliseerd om het steiger te steriliseren. Typisch, de stroomsnelheid in de aorta tijdens het decellularisatieproces geleidelijk afneemt als de perfusie oplossing verandert van hypertoniek naar hypotonische.
Daarentegen neemt de stroomsnelheid toe wanneer de perfusieoplossing wordt gewijzigd van een hypotonische oplossing naar SDS, waarna de infusiestroom schommelingen aantoont. De uitstroom van de longslagader toont een vergelijkbare trend met de hyper- en hypotonische oplossingen. De uitstroom tijdens de SDS-perfusie vertoont echter een algehele daling.
De coronaire perfusie efficiëntie neemt ook af na verloop van tijd als de verschillende reagentia worden geperfundeerd door de vasculatuur. Als de uitstroom perfusate uit de longslagader en linker ventrikel tegelijkertijd worden verzameld, kan hun puin inhoud worden vergeleken door spectroscopie. De troebelheid van het effluent van beide vaten neemt in de loop van de tijd af tijdens de perfusies, hoewel de troebelheid van de longslagader een abruptere kleurverandering vertoont in vergelijking met die van de linkerventrikel tijdens de eerste perfusieperiode.
Evaluatie van de correlatie tussen de uitstroom troebelheid en het celpuin door een bicinchoninic zuur eiwittest uit zes gedecellulariseerde menselijke harten onthult een lineaire correlatie tussen de eiwitconcentratie en de effluent troebelheid. Tijdens het proberen van deze procedure, is het belangrijk om de stroomsnelheid te controleren en om het perfusate periodiek te verzamelen om daadwerkelijk het perfusieproces te controleren. Na deze procedure kunnen andere technieken zoals mechanische evaluatie of steriliteitstests worden gebruikt om de getrouwheid van het schavot en het potentiële gebruik ervan voor recellularisatie te evalueren om een functioneel hartweefsel te genereren.
Na de ontwikkeling maakte deze techniek de weg vrij voor onderzoekers in de regeneratieve geneeskunde en weefseltechniek om de generatie van hele gevasculariseerde organen te verkennen en het vaste orgaantransplantatieveld letterlijk te veranderen. Vergeet niet dat het werken met menselijke organen en weefsels en chemicaliën zoals SDS zeer gevaarlijk kan zijn, en draag altijd passende persoonlijke beschermingsmiddelen bij het uitvoeren van deze procedure.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze methode maakt de decellularisatie van complexe solide organen mogelijk, specifiek menselijke harten, met behulp van een eenvoudig protocol dat verstoring van de organmatrix minimaliseert. De techniek maakt gebruik van een onder druk gezette pouch voor real-time monitoring van de stroomdynamiek en de uitstroom van cellulair debris.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Tissue engineering
- Decellularisatie van organen
- Cardiovasculair onderzoek
Achtergrond
- Decellularisatie is cruciaal voor het creëren van gevasculariseerde scaffolds in tissue engineering.
- Huidige methoden verstoren vaak de orgamatrix.
- Verbeterde technieken zijn nodig voor niet-transplanteerbare menselijke organen.
- Real-time monitoring kan het decellularisatieproces verbeteren.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een nieuwe decellularisatietechniek voor menselijke harten.
- Het verbeteren van de steriliteit en efficiëntie van het decellularisatieproces.
- Het faciliteren van de generatie van gevasculariseerde scaffolds.
Gebruikte methoden
- Interne inspectie van het hart op defecten.
- Correctie van septumdefecten met hechtingen.
- Ligatie van de vena cava superior en inferior.
- Dissectie van de aorta voor canulatie.
Belangrijkste resultaten
- De onder druk gezette pouch verbetert de efficiëntie van de decellularisatie.
- Real-time monitoring maakt een betere beheersing van het proces mogelijk.
- Er werd een minimale verstoring van de organmatrix bereikt.
- De methode is toepasbaar in een steriele omgeving.
Conclusies
- Deze techniek vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in de decellularisatie van organen.
- Het is veelbelovend voor toekomstige toepassingen in tissue engineering.
- Verder onderzoek kan het gebruik ervan uitbreiden naar andere organtypen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Managers
Decellularisatie van complete menselijke harten met behulp van een onder druk gezette zak in omgekeerde oriëntatie maakt de generatie van gevasculariseerde scaffolds voor cardiac tissue engineering mogelijk, wat voldoet aan de kritieke behoefte aan transplanteerbare organen. Deze methode ondersteunt voorspellende risicobeperking door de architectuur van de extracellulaire matrix te behouden en realtime monitoring van de perfusiedynamiek mogelijk te maken, wat inzicht geeft in de kwaliteit van de scaffold en het potentieel voor recellularisatie. Hiermee wordt de techniek gepositioneerd als een fundamentele capaciteit voor het bevorderen van de ontwikkeling van bio-artificiële harten en het verminderen van de afhankelijkheid van donororganen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Target Validatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar de samenstelling van de extracellulaire matrix van het hart en de vasculaire architectuur mogelijk voor targetvalidatie in therapieën tegen hartfalen.
- Operationele waarde: Biedt een reproduceerbaar scaffoldplatform voor mechanistische studies naar cel-matrixinteracties in ziek versus gezond weefsel.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert gestandaardiseerde scaffolds van menselijke oorsprong voor kwantitatieve beoordeling van celzaaien, proliferatie en functionele integratie in preklinische modellen.
- Operationele waarde: Ondersteunt de assay-gereedheid via real-time troebelheids- en proteïnecorrelatiemetrieken die procesbeheersing en batch-to-batch consistentie mogelijk maken.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert translationele continuïteit door een ziekte-relevant menselijk hartscaffold te bieden voor het evalueren van recellularisatiestrategieën en elektromechanische rijping.
- Operationele waarde: Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over voortgang mogelijk via correlatieve analyse van de troebeling van het effluent en de verwijdering van cellulair debris als kwaliteitscontrole-uitlezing.
Integratie van pipeline en workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie via lead-identificatie tot preklinische evaluatie door het bieden van een platform met een menselijk afgeleide gevasculariseerde scaffold.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van targets in de extracellulaire matrix van het hart en pathway-verduidelijking door behoud van de natuurlijke weefselarchitectuur.
- Screening: Maakt assay-standaardisatie mogelijk via kwantificeerbare troebelheid van de uitstroom en correlatie met de bicinchoninezuur-proteïneassay voor het monitoren van de decellularisatie-efficiëntie.
- Analytics: Levert meetbare resultaten, waaronder flowrate-dynamiek, drukgradiënten en profielen van debris-uitstroom, die procesoptimalisatie en go/no-go-beslissingen informeren.
- Translationeel onderzoek: Verbindt discovery met preklinische validatie door een scaffold te leveren die geschikt is voor recellularisatie en functionele beoordeling in ziektemodellen.
- Enterprise-hergebruik: Vestigt een herbruikbare capaciteit voor het genereren van scaffolds die toepasbaar is in meerdere programma's voor cardiac repair en regeneratie.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen in de trouw van het scaffold door behoud van de 3D-extracellulaire matrix en vasculaturen, waardoor mechanistische ambiguïteit in cardiac tissue engineering wordt verminderd.
- Operationele waarde: Standaardisatie en schaalbaarheid bereikt via een gepressureerd pouch-systeem dat steriele, gemonitorde decellularisatie over langere tijdsperioden mogelijk maakt.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go-beslissingen op basis van real-time perfusiemonitoring en metrieken voor debrisklaring, waardoor biologische risico's in een laat stadium in regeneratieve geneeskunde-portfolio's worden verminderd.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van scaffoldkandidaten met behulp van kwantitatieve turbiditeit-eiwitcorrelatie als vrijgavecriterium voor recellularisatie-workflows.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in organperfusie, het hanteren van decellularisatiereducties en steriele weefselverwerking.
- Afhankelijk van de infrastructuur van een perfusiebioreactor die in staat is om een constante druk van 120 mmHg en de uitwisseling van oplossingen met meerdere reagentia te handhaven.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de opvang van uitstroom, spectroscopie en eiwitassay-protocollen voor een consistente kwaliteitsbeoordeling van het scaffold.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan verschillende orgaanformaten en vasculaire architecturen bij uitbreiding buiten menselijke harten.
- Bevat praktische beperkingen met betrekking tot gevaren bij blootstelling aan reagentia (bijv. SDS, perazijnzuur), waarvoor strikte PBM- en inperkingsprotocollen vereist zijn.
