Opisano metody przygotowania wstrzykiwalnego żelu macierzy z tkanki decelularyzowanej oraz jego wstrzykiwania do mięśnia sercowego szczura in vivo.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisano metody przygotowania wstrzykiwalnego żelu macierzy z tkanki decelularyzowanej oraz jego wstrzykiwania do mięśnia sercowego szczura in vivo.
Niniejszy protokół przedstawia metody przygotowania wstrzykiwalnego żelu z macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) do zastosowań w inżynierii tkankowej mięśnia sercowego. W skrócie, tkanka odkomórkowiona zostaje liofilizowana, zmielona, poddana trawieniu enzymatycznemu, a następnie doprowadzona do fizjologicznego pH. Liofilizacja usuwa całą zawartość wody z tkanki, w wyniku czego powstaje sucha macierz ECM, którą można zmielić na drobny proszek za pomocą małej młynki. Po zmieleniu proszek ECM jest trawiony pepsyną w celu utworzenia wstrzykiwalnej macierzy. Po dostosowaniu do pH 7.4 ciekawy materiał macierzy może zostać wstrzyknięty do mięśnia sercowego. Wyniki poprzednich analiz charakterystyki wykazały, że żele macierzy otrzymywane z odkomórkowanej tkanki osierdzia i mięśnia sercowego zachowują natywne składniki ECM, w tym różnorodne białka, peptydy i glikozaminoglikany. Biorąc pod uwagę zastosowanie tego materiału w inżynierii tkankowej, szczególnie przydatna jest charakterystyka in vivo; tutaj przedstawiono metodę wykonywania wstrzyknięcia śródściennego do wolnej ściany lewej komory (LV) jako sposób analizy odpowiedzi gospodarza na żel macierzy w modelu małych zwierząt. Dostęp do jamy klatki piersiowej uzyskuje się poprzez przeponę, a wstrzyknięcie wykonuje się nieco powyżej wierzchołka w wolnej ścianie LV. Rusztowanie pochodzenia biologicznego można zwizualizować poprzez znakowanie biotyną przed wstrzyknięciem, a następnie barwienie przekrojów tkankowych neutrawidyną sprzężoną z peroksydazą chrzanową i wizualizację za pomocą barwienia diaminobenzydyną (DAB). Analiza obszaru wstrzyknięcia może być również przeprowadzona za pomocą barwienia histologicznego i immunohistochemicznego. W ten sposób wykazano, że wcześniej badane żele macierzy osierdziowej i mięśnia sercowego tworzą włókniste, porowate sieci i promują angiogenezę w obszarze wstrzyknięcia.
1. Przygotowanie tkanek do wstępnej obróbki
2. Przygotowanie wstrzykiwalnej ECM
3. Iniekcje wewnątrzmięśniowe w mięsień sercowy
4. Reprezentatywne wyniki
Poprzednia charakterystyka materiałów macierzy przygotowanych w ten sposób wykazała retencję różnych makrocząsteczek. W szczególności za pomocą spektrometrii mas zidentyfikowano liczne białka włókniste i glikoproteiny (tabela 1). Jeśli okaże się, że materiały macierzy przetworzone zgodnie z tym protokołem nie zawierają już złożonego zestawu makrocząsteczek, może to oznaczać, że zastosowany protokół decelularyzacji jest zbyt agresywny. Po pełnej liofilizacji wysuszona ECM osierdzia przypomina bardzo sztywny, pognieciony papier. Inne rodzaje tkanek będą przypominać wypełniacze do paczek. Jeśli materiał zostanie dobrze zmielony, ECM powinna przejść przez sito i zostać zebrana w słoiku na dnie. Jeśli w próbce pozostanie wilgoć, ECM będzie się zbrylać i utknie w komorze mielącej. Po trawieniu roztwór ECM powinien mieć mleczny kolor i być całkowicie wolny od widocznych cząstek. Będzie on również nieco bardziej lepki niż sam HCl. Jeśli ECM nie ulegnie prawidłowemu trawieniu, w fiolce nadal będą znajdować się duże cząstki; alternatywnie ECM może wytrącić się z roztworu. Po skorygowaniu pH w roztworze nie następuje widoczna zmiana, a ECM pozostaje mętnym, jednorodnym płynem. Jeśli zacznie on żelować, lepkość wzrośnie, a pobranie materiału do strzykawki stanie się trudne lub niemożliwe. W takim przypadku należy przeprowadzić etap korekty pH w lodzie, używając schłodzonych wcześniej roztworów. Po przygotowaniu iniekcji należy przechowywać je w lodzie do momentu użycia. Jeśli iniekcja przebiegła pomyślnie, obszar wokół końcówki igły bieleje i widoczna jest mała grudka (bolus). Jeśli tego nie zaobserwowano, iniekcja mogła trafić do komory zamiast do ściany. Podczas zszywania zwierzęcia po iniekcji najważniejszym krokiem jest staranne zamknięcie przepony. Jeśli zostanie to wykonane prawidłowo, przepona będzie ściśle przylegać do płuc i będzie wyglądać na wklęsłą. Jeśli w płucach pozostanie jakiekolwiek powietrze, przepona pozostanie wypukła lub będzie miała obszar, w którym wybrzusza się jak balon. Podczas badania histologicznego miejsca iniekcji we wczesnym punkcie czasowym (od 30 minut do 4 godzin po iniekcji) powinien być widoczny różowy, włóknisty obszar pozbawiony komórek — jest to zreorganizowany materiał macierzy po iniekcji (rycina 2). Sieć ta często rozprzestrzenia się śródmiąższowo i może być obecna w wielu przekrojach. Możliwym wyjaśnieniem obserwacji tylko bardzo małego obszaru żelu macierzy jest to, że część iniekcji ominęła cel wewnątrzścienny i została wstrzyknięta do komory LV lub wyciekła z miejsca iniekcji. Dodatkowo, w zależności od czasu żelowania, stopień rozprzestrzeniania śródmiąższowego może być różny.

Rysunek 1. Wyniki elektroforezy w żelu poliakrylamidowym (PAGE). (A) Standard masy cząsteczkowej. (B) Kolagen typu I z ogona szczura (2.5 mg/mL) w porównaniu do rozpuszczonej macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) osierdzia ludzkiego (C) i świńskiego (D) (7 mg/mL). Zwróć uwagę na obecność kolagenu, a także kilku innych białek i peptydów w próbkach macierzy osierdziowej.

Tabela 1. Składniki ECM zidentyfikowane za pomocą spektrometrii masowej.

Rysunek 2. Wtryski do mięśnia sercowego: żelowanie in vivo. Barwienie H&E wtrysków macierzy osierdziowej ludzkiej (A) i świńskiej (B), które uległy żelowaniu in vivo po 45 minutach. Strzałki wskazują miejsce rozmieszczenia macierzy, zabarwionej na jaśniejszy róż niż mięsień sercowy. Pasek skali wynosi 500 μm.

Rysunek 3. Infiltracja komórek naczyniowych. Barwienie fluorescencyjne naczyń w wstrzykniętych żelach macierzowych ludzkich (A-C) i świńskich (D-F) po dwóch tygodniach. Komórki śródbłonka są znakowane na zielono (A, D), natomiast komórki mięśni gładkich na czerwono (B, E). Obrazy z nałożonymi kanałami przedstawiono w C i F. Pasek skali wynosi 100 μm. Białe linie przerywane wskazują obszar wstrzyknięcia macierzy, określony na podstawie analizy H&E sąsiedniego przekroju.

Rysunek 4. Komórki macierzyste w obszarze wstrzyknięcia macierzy. Barwienie Hoechst dla jąder (niebieski) oraz c-kit (zielony) identyfikuje komórki macierzyste w obszarach wstrzyknięcia macierzy u człowieka (A) i świni (B). Pasek skali wynosi 50 μm.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejsza metoda umożliwia wytwarzanie pochodnych biologicznie, wstrzykiwalnych rusztowań do inżynierii tkanki mięśnia sercowego. Chociaż metody te zostały początkowo opracowane w celu wytwarzania i testowania in vivo żelu z macierzy mięśnia sercowego i zaprezentowano je tutaj z wykorzystaniem żelu z macierzy osierdzia, protokół ten można dostosować do użytku z dowolną tkanką, pod warunkiem, że tkanka ta może zostać odpowiednio zdecelularyzowana. Decelularyzacja powinna zostać przeprowadzona i zweryfikowana prze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wykorzystanie zwierząt: Wszystkie eksperymenty w niniejszym badaniu zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi opublikowanymi przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (Institutional Animal Care and Use Committee) na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego oraz Amerykańskie Stowarzyszenie Akredytacji Opieki nad Zwierzętami Laboratoryjnymi (American Association for Accreditation of Laboratory Animal Care).
Badania te zostały częściowo sfinansowane przez program NIH Director's New Innovator Award, będący częścią NIH Roadmap for Medical Research, w ramach grantu nr 1-DP2-OD004309-01. S.B.S-N. pragnie podziękować NSF za przyznanie stypendium Graduate Research Fellowship.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Odczynniki: | |||
| Pepsyna | Sigma-Aldrich | p6887-1G | Liofilizowany |
| Biotyna | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 21217 | |
| Neutravidyna-HRP | Thomas Scientific | 21130 | |
| Sprzęt: | |||
| Młyn Wiley Mini Mill | Thomas Scientific | 3383L10 | |
| Liofilizator Labconco | Labconco Corp. | 7670520 | |
| Wyposażenie chirurgiczne: | |||
| Betadine | Purdue Products L.P. | 67618-154-16 | |
| Roztwór Ringera z mleczanem | MWI Veterinary Supply | 003966 | |
| Żel KY | MWI Veterinary Supply | 28658 | |
| Lidokaina, 2% | MWI Veterinary Supply | 17767 | |
| Klorowodorek buprenorfiny | Reckitt Benckiser | 12496-0757-1 | |
| Maść zastępcza do łez | Fisher Scientific | NC9860843 | |
| Potrójna maść antybiotykowa | Fisher Scientific | 19082795 | |
| Izofluran | MWI Veterinary Supply | 60307-120-25 | |
| Otoskop | MWI Veterinary Supply | 008699 | |
| Kurek odcinający | MWI Veterinary Supply | 006245 | |
| szew Vicryl 3-0 | MWI Veterinary Supply | J327H | |
| Szew z Proline 5-0 | MWI Veterinary Supply | s-1173 | |
| igła tnąca odwrotna (RC) | Ethicon Inc. | 8684G | |
| Mikro clampy hemostatyczne | Fine Science Tools | 13013-14 | |
| Mikrokleszczyki do zębów szczura | Fine Science Tools | 11084-07 | |
| Skalpel nr 10 | Fine Science Tools | 10110-01 | |
| Nożyczki tępe | Fine Science Tools | 14108-09 | |
| Ostre nożyczki zakrzywione | Fine Science Tools | 14085-08 | |
| Duże pęsety ząbkowane | Fine Science Tools | 1106-12 | |
| przewód ssawiący PE160 | BD Biosciences | 427430 | |
| Klipery | MWI Veterinary Supply | 21608 | |
| Zszywki skórne/zszywacz skórny | Ethicon Inc. | PRR35 | |
| Ogólne materiały i odczynniki: | |||
| Mieszadła magnetyczne | |||
| 0,1 M HCl | |||
| 1 M NaOH | |||
| 10x PBS | |||
| 1x PBS | |||
| 70% etanol | |||
| strzykawki 0,1 ml | |||
| strzykawka 10 ml | |||
| patyczki higieniczne | |||
| Klej chirurgiczny | |||
| Obłożenie chirurgiczne | |||
| Klematy ręcznikowe | |||
| Mały odkurzacz ręczny |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.