Bioinżynieria tkanek i organów jest atrakcyjnym dodatkiem do dziedziny medycyny regeneracyjnej. Tworzenie "laboratoryjnych" narządów, które nadają się do przeszczepienia pacjentom w celu zastąpienia funkcjonalności chorych narządów, jest wysoce pożądane w celu zaspokojenia obecnego i przyszłego zapotrzebowania na przeszczepy. Zasady inżynierii tkankowej koncentrują się na wysiewaniu pożądanych typów komórek lub ich progenitorów do rusztowania, które podtrzymuje kształt zmodyfikowanej tkanki, dostarczając jednocześnie odpowiednich czynników wzrostu i warunków hodowli niezbędnych do naśladowania procesów rozwojowych lub regeneracyjnych. Podczas gdy syntetyczne rusztowania były używane do inżynierii tkankowej, naturalna macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) może być najlepszym źródłem rusztowań specyficznych dla narządów do tego celu. Decelularyzacja całego narządu to proces, który umożliwia usunięcie komórek przy jednoczesnym pozostawieniu nienaruszonych chemicznych i strukturalnych aspektów natywnego ECM. Powstałe w ten sposób rusztowanie macierzy bezkomórkowej można wykorzystać jako platformę, na której można wysiewać i hodować komórki regeneracyjne in vitro1,2.
Kilka modeli decelularyzacji płuc i późniejszej recelularyzacji dla gryzoni zostało opracowanych w celu zbadania wykonalności tej technologii3-6. Chociaż modele gryzoni stanowią niezbędny dowód słuszności koncepcji, nie można ich bezpośrednio przełożyć na potrzeby kliniczne ludzi. Niedawne badanie wykazało, że reakcje genomowe na uraz (i związany z nim stan zapalny) nie korelują dobrze między myszami a ludźmi; Odkrycia te rodzą pytania o zasadność wykorzystywania myszy jako modeli dla tak złożonych procesów biochemicznych u ludzi7. Modele naczelnych innych niż ludzie (NHP) mają tę zaletę, że są bardzo podobne do biologii człowieka na poziomie genomicznym, anatomicznym i fizjologicznym oraz pozwalają na bardziej elastyczną manipulację w celu większej ekstrapolacji na zastosowanie u ludzi. Makak rezus był używany w różnych zastosowaniach przedklinicznych i jest doskonałym modelem do badań nad inżynierią tkankową8-11. Niedawno opisaliśmy udaną decelularyzację płuc makaków rezusów (Macacca mulatta) przy użyciu procedury, która ma minimalny wpływ na płuca ECM12. Decelularyzacja płuc odbywa się poprzez traktowanie tkanki kolejno czterema roztworami decelularycznymi składającymi się z detergentów, soli i enzymów z przerywanym myciem wodą dejonizowaną (dH2O) oraz PBS. Zoptymalizowaliśmy tę procedurę, modyfikując protokół pierwotnie opisany przez Price'a i wsp.4 Zastosowano różne techniki histologiczne i analizy białek w celu scharakteryzowania składników powstałych matryc bezkomórkowych w stosunku do rodzimych płuc makaków.
W tym raporcie demonstrujemy szczegółowy protokół decelularyzacji płuc naczelnych innych niż człowiek oraz recelularyzacji powstałych w ten sposób bezkomórkowych rusztowań płuc w bioreaktorze o dużym narządzie, pierwotnie zademonstrowanym przez Calle i wsp. 13 w JoVE. Modyfikując ich pierwotny protokół w celu dostosowania go do wymagań dotyczących rozmiaru, wentylacji i perfuzji płuc dużych zwierząt, technologia została pomyślnie przeniesiona z modelu gryzoni do modelu makaka rezusa. Wszystkie badania przedstawione w tym raporcie zostały przeprowadzone zgodnie z polityką Instytucjonalnego Komitetu ds. Bezpieczeństwa Biologicznego (IBC) obowiązującą w Narodowym Centrum Badań nad Naczelnymi w Tulane. Demonstracja tej techniki jest niezbędna, ponieważ identyfikacja struktur anatomicznych i fizyczna manipulacja większymi narządami jest czasami trudna bez wizualizacji kroków protokołu. Badania, które są możliwe dzięki tym metodom, stanowią podstawę do niezbędnych badań przedklinicznych nad pozbawionymi komórek płucami makaków rezusów, w których można ocenić recelularyzację komórkami macierzystymi mezenchymalnej linii rezus i komórkami śródbłonka mikronaczyniowego rezus. Nasza wersja tego bioreaktora symuluje środowisko rozwojowe i stosuje siły mechanicznego rozciągania i naprężeń w płucach dużych zwierząt oraz umożliwia badanie recelularyzacji płuc w warunkach, o których wiadomo, że ułatwiają rozwój płuc i śródbłonka13-15.