Decelularyzacja i recelularyzacja płuc naczelnych przy użyciu specjalistycznego bioreaktora wielkonarządowego

Ryan W. Bonvillain; Michelle E. Scarritt; Nicholas C. Pashos; Jacques P. Mayeux; Christopher L. Meshberger; Aline M. Betancourt; Deborah E. Sullivan; Bruce A. Bunnell

doi:10.3791/50825

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Decelularyzacja i recelularyzacja płuc naczelnych przy użyciu specjalistycznego bioreaktora wielkonarządowego

9.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/50825

⸱

15 grudnia 2013

Ryan W. Bonvillain¹^,² , Michelle E. Scarritt¹ , Nicholas C. Pashos¹ , Jacques P. Mayeux¹ , Christopher L. Meshberger¹ , Aline M. Betancourt¹^,³ , Deborah E. Sullivan¹^,³ , Bruce A. Bunnell¹^,²^,⁴

¹Center for Stem Cell Research and Regenerative Medicine, Tulane University School of Medicine, ²Division of Regenerative Medicine, Tulane National Primate Research Center, ³Department of Microbiology and Immunology, Tulane University School of Medicine, ⁴Department of Pharmacology, Tulane University School of Medicine

W tym artykule

Podsumowanie

Decelularyzacja całego narządu tworzy naturalne biologiczne rusztowania, które mogą być wykorzystane w medycynie regeneracyjnej. Przedstawiono opis modelu regeneracji płuc u naczelnych u zwierząt innych niż człowiek, w którym całe płuca są decelularyzowane, a następnie wysiewane dorosłymi komórkami macierzystymi i komórkami śródbłonka w bioreaktorze ułatwiającym krążenie naczyniowe i wentylację płynnych mediów.

Streszczenie

Nie ma wystarczającej liczby dostępnych płuc, aby zaspokoić obecne i przyszłe potrzeby w zakresie transplantacji narządów. Biosztuczna regeneracja tkanek jest atrakcyjną alternatywą dla klasycznego przeszczepu narządów. Technologia ta wykorzystuje naturalną biologiczną macierz zewnątrzkomórkową (ECM) narządu jako rusztowanie, na którym można wysiewać i hodować komórki autologiczne lub macierzyste/progenitorowe w sposób ułatwiający regenerację oryginalnej tkanki. Naturalny ECM jest izolowany w procesie zwanym decelularyzacją. Decelularyzacja odbywa się poprzez traktowanie tkanek szeregiem detergentów, soli i enzymów w celu skutecznego usunięcia materiału komórkowego przy jednoczesnym pozostawieniu ECM w stanie nienaruszonym. Badania przeprowadzone z wykorzystaniem decelularyzacji, a następnie recelularyzacji płuc gryzoni wykazały marginalny sukces w generowaniu tkanki płucnej, która jest zdolna do wymiany gazowej in vivo. Chociaż modele gryzoni stanowią niezbędny dowód słuszności koncepcji, nie można ich bezpośrednio przełożyć na użytkowanie przez ludzi. Zwierzęta naczelne (NHP) stanowią bardziej odpowiedni model do zbadania wykorzystania produkcji narządów biosztucznej do ewentualnego zastosowania klinicznego.

Przedstawiono protokoły osiągnięcia całkowitej decelularyzacji płuc pobranych od makaka rezusa NHP. Powstałe w ten sposób bezkomórkowe płuca mogą być obsiane różnymi komórkami, w tym mezenchymalnymi komórkami macierzystymi i komórkami śródbłonka. Manuskrypt opisuje również rozwój systemu bioreaktorów, w którym płuca makaków z nasionami komórek mogą być hodowane w warunkach mechanicznego rozciągania i naprężenia zapewnianego przez wentylację podciśnieniową, a także pulsacyjną perfuzję przez naczynia krwionośne; Wiadomo, że siły te kierują różnicowaniem odpowiednio wzdłuż linii płucnej i śródbłonka. Przedstawiono reprezentatywne wyniki decelularyzacji i wysiewu komórek.

Wprowadzenie

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 rusztowan....