Przedstawione techniki pobierania wątroby, kaniulacji i perfuzji przy użyciu naszego zastrzeżonego urządzenia umożliwiają zaawansowane ustawienia perfuzji w celu usprawnienia eksperymentów z decelularyzacją i recelularyzacją w wątrobach szczurów.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawione techniki pobierania wątroby, kaniulacji i perfuzji przy użyciu naszego zastrzeżonego urządzenia umożliwiają zaawansowane ustawienia perfuzji w celu usprawnienia eksperymentów z decelularyzacją i recelularyzacją w wątrobach szczurów.
Decelularyzacja i recelularyzacja narządów miąższowych może umożliwić wytwarzanie funkcjonalnych organów in vitro, a kilka protokołów decelularyzacji wątroby gryzoni zostało już opublikowanych. Naszym celem było usprawnienie procesu decelularyzacji poprzez budowę autorskiego urządzenia perfuzyjnego umożliwiającego selektywną perfuzję przez żyłę wrotną i/lub tętnicę wątrobową. Ponadto staraliśmy się przeprowadzić perfuzję w warunkach oscylacji ciśnienia otoczenia, aby poprawić jednorodność decelularyzacji. Jednorodność decelularyzacji perfuzyjnej była do tej pory niedocenianym czynnikiem. Podczas decelularyzacji obszary w obrębie narządu, które są słabo ukrwione, mogą nadal zawierać komórki, podczas gdy macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) w obszarach dobrze ukrwionych może być już dotknięta alkalicznymi detergentami. Oscylacyjne zmiany ciśnienia mogą naśladować zmiany ciśnienia w jamie brzusznej, które zachodzą podczas oddychania, aby zoptymalizować mikroperfuzję w wątrobie. W przedstawionym tutaj badaniu bezkomórkowe matryce wątroby szczura analizowano za pomocą barwienia histologicznego, analizy zawartości DNA i odlewania korozyjnego. Perfuzja przez tętnicę wątrobową wykazała bardziej jednorodne wyniki niż perfuzja żyły wrotnej. Zastosowanie warunków ciśnienia oscylacyjnego poprawiło skuteczność decelularyzacji perfuzyjnej. Najlepsze wyniki uzyskano u wątroby perfundowanej przez tętnicę wątrobową i w warunkach oscylacji ciśnienia. Zaprezentowane techniki pobierania wątroby, kaniulacji i perfuzji przy użyciu naszego autorskiego urządzenia umożliwiają zaawansowane konfiguracje perfuzji w celu usprawnienia eksperymentów z decelularyzacją i recelularyzacją w wątrobach szczurów.
Decelularyzacja i recelularyzacja mogą umożliwić generowanie funkcjonalnych, nadających się do przeszczepu organów in vitro 1. Usuwając komórki i materiał antygenowy (np. DNA, epitopy alfa-Gal) z narządu, można uzyskać nie- lub mniej immunogenną macierz zewnątrzkomórkową (ECM). Macierz ta zachowuje trójwymiarową mikroanatomię narządu i może służyć jako idealna biomatryca do ponownego zasiedlenia komórkami o innym, prawdopodobnie ksenogenicznym pochodzeniu 2. W ten sposób zdecelularyzowana matryca wątroby szczura może zostać ponownie zasiedlona ludzkimi komórkami wątroby. Ta humanizowana mikrowątroba może służyć jako model ex vivo do badań nad chorobami (np. wrodzonymi chorobami metabolicznymi, chorobami wirusowymi lub nowotworami złośliwymi) lub do przedklinicznych testów farmaceutycznych 3.
Kilka różnych protokołów decelularyzacji perfuzji wątroby szczurów zostało już opublikowanych 4-13. We wszystkich protokołach decelularyzacja została osiągnięta przez perfuzję alkalicznych detergentów jonowych lub niejonowych przez kaniulowaną żyłę wrotną. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, byliśmy pierwszą grupą, która zgłosiła decelularyzację wątroby szczura przez selektywną perfuzję przez żyłę wrotną i / lub tętnicę wątrobową szczura 14. Umożliwienie selektywnej perfuzji różnych układów naczyniowych w wątrobie może umożliwić lepsze wyniki decelularyzacji, a ponadto może odgrywać ważną rolę w ponownym zasiedlaniu komórek.
W opisanym tutaj badaniu, wątroby były perfundowane w specjalnie zaprojektowanym urządzeniu do perfuzji, umożliwiającym perfuzję w warunkach oscylacji ciśnienia. Te warunki ciśnienia naśladują fizjologiczną zależną od układu oddechowego perfuzję wątroby: in situ wątroba wisi pod kopułą przepony, której ruch podczas oddychania ma bezpośredni wpływ na perfuzję wątroby. Wdech w szczególności prowadzi do obniżenia przepony i ściśnięcia wątroby, optymalizując odpływ wątrobowo-żylny, podczas gdy wydech prowadzi do uniesienia wątroby i obniżenia ciśnienia wewnątrzbrzusznego w celu optymalizacji dopływu wrotno-żylnego 15.
Naszym celem było ocenienie, czy warunki oscylacji ciśnienia mają wpływ na jednorodność decelularyzacji perfuzji wątroby szczura poprzez naśladowanie warunków wewnątrzbrzusznych ex vivo. Jednorodność procesu decelularyzacji może być niedocenianym czynnikiem w decelularyzacji perfuzyjnej. Wszystkie znane środki stosowane do decelularyzacji wątroby powodują zmiany w ECM. Komórki w słabo perfuzjowanych obszarach pozostają w ECM, podczas gdy inne obszary są już całkowicie pozbawione komórek. Aby rozpuścić pozostałe komórki, czas trwania perfuzji lub ciśnienie muszą zostać podwyższone, powodując więcej zmian w dobrze ukrwionych obszarach. Dlatego detergenty do decelularyzacji powinny być rozprowadzane jednorodnie w narządzie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zwierzęta były utrzymywane w Instytucie Medycyny Eksperymentalnej (Facility for Experimental Medicine, FEM, Charité, Berlin, Niemcy), a wszystkie protokoły doświadczalne zostały przeanalizowane i zatwierdzone przez Państwowy Urząd Zdrowia i Spraw Lokalnych (LAGeSo, Berlin, Niemcy; nr rej. O 0365/11).
1. Pobieranie wątroby
2. Roztwory detergentów
3. Decelularyzacja

Rysunek 1: Schemat urządzenia perfuzyjnego do selektywnej perfuzji tętniczej i żylnej wrotnej czterech wątrób szczura w warunkach oscylującego ciśnienia.(zmodyfikowany na podstawie Struecker et al. 14)

Rysunek 2: Schemat układu perfuzyjnego. Połącz komorę perfuzyjną (1 400 cm3)(1) z końcem dystalnym (4) pułapki pęcherzykowej (5) poprzez dostęp żylny wrotny (2) lub dostęp tętniczy (3). Pułapka pęcherzykowa (5) powinna być wyposażona w zatyczkę (4) na końcu dystalnym oraz odpowietrznik (6). Podłącz pułapkę pęcherzykową (5) do przedłużki Heidelbergera (7). Połącz przedłużkę Heidelbergera z segmentem pompy (8). Następnie podłącz segment pompy (8) do kolejnej przedłużki Heidelbergera (9). Włóż ostatnią przedłużkę Heidelbergera (9) do butelki z roztworem detergentu (10). Podłącz respirator (11) do komory perfuzyjnej (lub do rozdzielacza ciśnienia w przypadku perfuzji wielokrotnych). Aby odprowadzić płyny z reaktora, podłącz odpływ do butelki na odpady (12).


Rysunek 3: Protokół perfuzji dla wszystkich grup eksperymentalnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jednorodność, a tym samym skuteczność różnych protokołów decelularyzacji, oceniono za pomocą obserwacji makroskopowej, analizy histologicznej oraz analizy zawartości pozostałego DNA w decelularyzowanych macierzach wątroby. Ponadto wykonano odlew korozyjny w celu wizualizacji nienaruszonej mikroanatomii wątrób po decelularyzacji.
Makroskopia
Podczas decelularyzacji wątroby stają się prześwitujące, co wskazuje na usunięcie zawartości komórkowej. Wątroby perfundowane p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Chociaż przedstawiona technika pobierania i decelularyzacji wątroby szczura jest łatwa do odtworzenia, należy wziąć pod uwagę kilka krytycznych kroków:
Podczas przygotowań do pobrania wątroby ważne jest, aby unikać ciężkiego krwawienia, ponieważ aktywuje ono krzepnięcie krwi i może prowadzić do tworzenia się skrzepów krwi w wątrobie. Naszym zdaniem korzystne jest nacięcie aorty brzusznej bezpośrednio przed kaniulacją żyły wrotnej, aby uniknąć napływu krwi przez tętnicę wątrobową podczas perfuz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby serdecznie podziękować Steffenowi Lippertowi, Khalidowi Aliyevowi, Korinnej Jöhrens i Katharinie Struecker za ich pomoc podczas tego projektu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Samodzielnie zbudowana kaniula tętnicza | |||
| Portex Niesterylne rurki polietylenowe | SIMS Portex | REF 800/110/100 | 0,28 mm ID 0,61 mm OD |
| Portex Niesterylne rurki polietylenowe | SIMS Portex | REF 800/110/200 | 0,58 mm ID 0,96 mm OD |
| Venodrop Bezpieczny cewnik motylkowy | Fresenius Kabi | 3275851 | 21 G |
| kaniula żyły wrotnej | |||
| Cewnik żył obwodowych | BD | 393224 | BD Venflon Pro 20G |
| Zawór trójdrożny | smiths medical | 888-101RE | |
| Patyczki bawełniane | Hecht-Assistent | 4302 | |
| Płatki kosmetyczne | Opatrunek chirurgiczny Shaoxing Zhengde | 13H118-03 | |
| Bandaż z gazy | Hubei Haige Instrumenty medyczne | 14388 | |
| Ringer Solution | Fresenius Kabi | 13 HKP022 | 1000 ml |
| 10 ml Strzykawka | Braun | 4606108V | 10 ml/ Luer Solo |
| 5 ml Strzykawka | Braun | 4606061V | 5 ml /Luer Solo |
| Szew (Jedwab 6/0) | Resorba | H1F | LOT 105001.81 |
| serweta medyczna | Shaoxing Zhengde Opatrunek chirurgiczny | D0613011 | |
| chirurgiczny uchwyt na igły do narzędzi | |||
| Geuder | 17570 | ||
| mikrokleszczyki | Inox-Electronic | 91150-20 | |
| mikronożyczki | Martin | 11-740-11 | |
| mikrokleszczyki | S& T | ||
| Zacisk | Nożyczki Aesculap | BH111R | |
| F S T | 14501-14 | ||
| kleszcze chirurgiczne | Aesculap | BD 557 | |
| Maska decelularyzacyjna | |||
| Resmed | 14.24.11.0004 | SmartAIR ST | |
| Charite, laboratorium inżynierii medycznej | na zamówienie urządzenie | decelularyzacji | |
| pompa perystaltyczna ismatec reglo ICC | IDEX | ISM4408 | 4-kanałowy |
| Przedłużenie Heidelberger 75 cm | Fresenius Kabi | 2873 | 75 cm |
| MS/CA segment | pompy IDEX | IS 3510 | MS/CA/click'n'go/POM-C |
| Rurka CA 2-korkowa | Pharmed | BPT NSF-51 | |
| pułapka bąbelkowa | Produkt | ||
| Luer Lock złącze węża | Neolab | nr 02-1887 | |
| Detergenty | |||
| SDS granulki | Carl Roth | CN30.4 | 2,5 kg |
| Triton X-100 | Carl Roth | 3051.1 | 10 L |
| PBS | Gibco | 14190-094 | DPBS |
| barwienie | |||
| Eozyna 1% | Morphisto | 10177 | |
| Mayer hematoksylina | AppliChem | A4840 | |
| barwienie gomori | Morphisto | 11104 | |
| barwienie AlcainBlue-PAS | Morphisto | 11388 | |
| Czerwień bezpośrednia 80 | Sigma Aldrich | 365548 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.