Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC nr 17-0164-S1A0) Narodowego Szpitala Uniwersyteckiego w Seulu.
1. Produkcja rusztowań
UWAGA: Dwuwarstwowe rusztowania przełyku są produkowane przez połączenie elektroprzędzenia i druku 3D. Wewnętrzna membrana rusztowania rurowego została wykonana z elektroprzędzalnego poliuretanu (PU) z obracającymi się trzpieniami ze stali nierdzewnej, jak kolektory9.
- Do przygotowania rurkowych nanowłókien PU należy przygotować 20% (w/v) roztwór polimeru PU, mieszając z N,N-dimetyloformamidem (DMF) przez 8 godzin w temperaturze pokojowej.
- Umieścić roztwór PU na strzykawce za pomocą metalowej igły (22 G) i elektrowirować na obracających się trzpieniach ze stali nierdzewnej (średnica = 2 mm) w odległości 30 cm między końcówką igły a obracającym się kolektorem.
UWAGA: Zasilacz jest ustawiony na prąd stały wysokiego napięcia o potencjale 15 kV. Szybkość podawania roztworu ustala się na 0,5 ml/h za pomocą pompy strzykawkowej.
- Wykonaj rurową warstwę nanowłókien na powierzchni trzpienia obracającego się z prędkością 3,14 m/s.
- Wysuszyć nanowłókno PU w piecu próżniowym w temperaturze 40 °C przez noc, aby całkowicie usunąć resztki rozpuszczalnika.
UWAGA: Wydrukowana w 3D zewnętrzna ściana rusztowania przełyku jest przygotowywana przy użyciu systemu szybkiego prototypowania. Sprzęt do drukowania 3D składa się z dozownika, dyszy, regulatora kompresji/ciepła, 3-osiowego stopnia konwersji i systemu oprogramowania.
- Granulki PCL rozpuszcza się w temperaturze 100 °C w cylindrze grzewczym, a następnie drukuje na powierzchni nanowłókien pod wysokim ciśnieniem (7 barów) pod kontrolą systemu bioplottingu. Rozmiar dyszy wynosi 300 μm, a odległość pasm wynosi 700 μm.
- Po zdjęciu dwuwarstwowego rusztowania z trzpienia sterylizować, mocząc w 70% etanolu w świetle ultrafioletowym.
UWAGA: Bardziej szczegółowa charakterystyka rusztowania została opisana w poprzednich badaniach10.
2. Wysiewanie komórek na szczepach i uprawa w bioreaktorze
UWAGA: Mezenchymalne komórki macierzyste (hMSC) pochodzące z ludzkiej tkanki tłuszczowej zakupione od firmy zostały użyte bez modyfikacji.
- Przed przeszczepem komórek wysterylizuj wydrukowane w 3D rusztowanie przełyku przez 1 godzinę w świetle ultrafioletowym, zwilż je przez 10 minut etanolem i umyj 3x solą fizjologiczną buforowaną fosforanami (PBS).
- Hodowla i namnażanie hMSC w pożywce wzrostowej (podłoże podstawowe/suplement wzrostu). Dwuwarstwowe rusztowania rurowe przeniesiono na nieprzylegające 24-dołkowe płytki do hodowli tkankowych.
- Aby przymocować komórki do wewnętrznej powierzchni rusztowania, delikatnie dodaj zawiesinę hMSC o gęstości 1 x 106 komórek/ml w macierzy błony podstawnej zawierającej pożywkę wzrostową.
- Zawiesinę matrycy błony podstawnej równomiernie osadzić na wewnętrznej powierzchni dwuwarstwowego rusztowania rurowego.
- Mocno przymocuj rusztowanie rurowe z nasionami hMSC do akrylowego uchwytu w komorze hodowlanej bioreaktora za pomocą systemu bioreaktora z przepływem pulsacyjnym.
UWAGA: Specjalnie zaprojektowany system bioreaktora składa się z pompy, pułapki bąbelkowej, komory przepływowej, manometru, zaworu sterującego i zbiornika medium. Stosując naprężenie ścinające w komorze hodowlanej, należy pozostawić czas odpoczynku 1-2 min11.
- Dodaj pożywkę wzrostową do komory hodowlanej i zastosuj naprężenie ścinające 0,1 dyn/cm2 wywołane przepływem w wilgotnej atmosferze zawierającej 5% CO210.
UWAGA: Wartość naprężenia ścinającego wywołanego przepływem została obliczona poprzez symulację perystaltyki tkanki przełyku pochodzącej z ludzkiego ciała z poprzednich badań10.
- Określ odpowiedzi komórek na wewnętrznych powierzchniach dwuwarstwowych rusztowań rurowych bez hodowli w bioreaktorze po 5 dniach za pomocą zestawu do oznaczania żywotności ALIVE/DEAD zgodnie z instrukcjami producenta. Uzyskuj obrazy za pomocą mikroskopii konfokalnej za pomocą narzędzia Z-stack.
- Trzeciego dnia obserwuj morfologię powierzchni rusztowania rurowego wysiewanego przez hMSC za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM).
- Namocuj rusztowanie, które było inkubowane z hMSC z 2,5% aldehydem glutarowym i OsO4 przez 24 godziny i odwodnić etanolem.
- Pokryj utrwalone hMSC platyną za pomocą napylarki w warunkach atmosferycznych argonu i uzyskaj obrazy SEM przy napięciu przyspieszającym 25 kV.
3. Przygotowanie chirurgiczne do chirurgii zwierząt
UWAGA: Preparaty chirurgiczne są stosowane zarówno przed gastrostomią, jak i przeszczepem przełyku.
- Ustaw sterylne narzędzia chirurgiczne: ostrze skalpela, retraktor Weitlanera, uchwyt na mikroigły, kleszczyki do mikroszwów, kleszczyki do mikrotkanek, mikronożyczki, uchwyt igły Mayo-Hegar, nożyczki operacyjne, nożyczki do tęczówki, kleszcze opatrunkowe, kleszczyki do tkanek, kleszcze do odłamków, kleszcze do tęczówki, strzykawka 5 ml (igła 21 G), strzykawka 10 ml (igła 22 G), szew poliamidowy 9-0, szew poliglaktynowy 4-0.
- Znieczulić zwierzę za pomocą domięśniowego wstrzyknięcia tiletaminy/zolazepamu (dawka 50 mg/g) i 2% chlorowodorku ksylazyny (dawka 2 mg/kg).
UWAGA: Dorosłe szczury Sprague-Dawley (SD) o wadze 398-420 g wykorzystano do przeszczepu przełyku.
- Przed przeniesieniem na obłożnik chirurgiczny należy sprawdzić odpowiedni stan znieczulenia zwierzęcia, szczypiąc ogon kleszczami.
- Umieść zwierzę w pozycji leżącej na sterylnej serwicie i za pomocą maszynki do strzyżenia usuń włosy z szyi (w przypadku przeszczepu przełyku) lub brzucha (w przypadku gastrostomii). Następnie wyszoruj miejsce operowane betadyną i 70% etanolem.
- Przed nacięciem wstrzyknąć podskórnie środek przeciwbólowy, taki jak buprenorfina (0,05-0,1 mg/kg) w celu złagodzenia bólu.
4. Operacja gastrostomii z użyciem rurki T u szczurów
UWAGA: Zmodyfikowana gastrostomia została przeprowadzona u wszystkich zwierząt doświadczalnych, aby umożliwić tymczasowe obejście niedoustnego karmienia przez sondę (n = 5).
- Niech szczury poszczą dzień przed operacją. Przygotować operację jak w punkcie 3.
- Odsłoń żołądek przez nacięcie w linii środkowej skóry i mięśni brzucha znieczulonych szczurów.
- Za pomocą ostrza skalpela wykonać otwór o średnicy 3 mm w przedniej ścianie żołądka.
- Włóż końcówkę silikonowej rurki T do miejsca uszkodzenia, aby przymocować ją do ściany żołądka.
- Zszyj prawidłowo, aby rurka T nie odczepiła się od ściany żołądka.
- Wyjmij dystalny koniec wszczepionej rurki T przez tunel podskórny do tylnej części szyi.
- Włożyć nasadkę heparyny do końca rurki T, aby zapobiec cofaniu się treści żołądka.
UWAGA: Użyj angiocewnika, aby połączyć koniec rurki T z nasadką heparyny.
- Zszyj wszystkie warstwy powłoki brzusznej i skóry za pomocą szwów poliglaktynowych 4-0.
- Trzymaj wszystkie szczury doświadczalne oddzielnie w klatce metabolicznej po zakończeniu gastrostomii.
5. Przeszczep przełyku
UWAGA: Przeszczep przełyku dwuwarstwowego rusztowania rurowego jest wykonywany 1 tydzień po gastrostomii (n = 5). Przed przeszczepem należy zaszczepić hMSC (gęstość komórek: 1 x 106 komórek/ml w macierzy błony podstawnej) w wewnętrznej ścianie każdego rusztowania i inkubować przez 3 dni w systemie bioreaktora. Procedura chirurgiczna jest następująca.
- Usuń włosy na szyi zwierząt modelowych i wykonaj standardowe obłożenie pola operacyjnego w celu przeprowadzenia operacji aseptycznej.
UWAGA: Zaleca się stworzenie dużego obszaru golenia, aby utrzymać operację asceptyczną u zwierzęcia.
- Po przednim środkowym nacięciu szyi należy oddzielić mięśnie paska i odsłonić strukturę tchawiczo-przełykową.
- Tępo wypreparuj nerw błędny z przełyku przed wycięciem segmentu, w przeciwnym razie oddychanie zwierzęcia jest upośledzone.
- W powiększeniu odizoluj lewą stronę przełyku od tchawicy i ostrożnie oddziel górną część od tarczycy.
- Stworzyć ubytek o długości 5 mm na pełnym obwodzie zawierający wszystkie warstwy przełyku za pomocą nożyczek chirurgicznych.
UWAGA: Przed przeszczepem przełyku należy przeciąć przygotowane rusztowania za pomocą nożyczek chirurgicznych, aby dopasować je do długości miejsca przeszczepu.
- Pod mikroskopem wykonać mikrozespolenia na obu końcach dystalnego ubytku przełyku za pomocą nici do szwów 9-0. Umieść pierwszy szew między prawym dolno-tylnym brzegiem górnej resztki przełyku a rusztowaniem. Kontynuuj szycie od prawej do lewej między pozostałością górnego przełyku a rusztowaniem. Zespolenie rusztowania należy wykonać w taki sam sposób, jak górny brzeg pozostałości dolnego przełyku.
UWAGA: Wykonaj zespolenie mikronaczyniowe stosowane w chirurgii klinicznej do przeszczepu przełyku. Praca z mikroskopem w celu precyzyjnego, wodoszczelnego zszycia miejsca implantu.
- Następnie należy położyć otaczający płat tarczycy na miejscu przeszczepu, aby zapewnić stabilne utrzymanie i naczyniowe zaopatrzenie przeszczepów.
- Po przeszczepie zszyj podskórnie mięśnie i tkankę skórną szwem 4-0 vicryl.
- Trzymaj wszystkie szczury doświadczalne pojedynczo w klatkach metabolicznych.
6. Zabiegi pooperacyjne
UWAGA: Zabiegi pooperacyjne są wykonywane zarówno po przeszczepie gastrostomii, jak i przełyku.
- Po zamknięciu rany brzusznej umieść szczury w indywidualnych klatkach metabolicznych i umieść klatki na urządzeniach grzewczych na podczerwień, aby zapobiec hipotermii.
- Monitoruj zwierzęta, dopóki nie osiągną i nie utrzymają pozycji leżącej mostka (tj. leżenia wyprostowanego na klatce piersiowej).
- Aby zminimalizować stan zapalny w miejscu operacji, należy podawać szczurom antybiotyk gentamycynę (20 mg/kg) dziennie.
- Karmienie doustne płynem należy rozpocząć w trzeciej dobie po operacji, aż do punktu końcowego badania. Podawaj całą formułę odżywczą (20,6 g/100 ml [g%] węglowodanów, 3,8 g białka, 0,2 g tłuszczu) przez nasadkę z heparyną 3 razy dziennie, począwszy od następnego dnia po zabiegu.
- Codziennie sprawdzaj wygląd i masę ciała zwierząt. Sprawdź, aby poradzić sobie z zachowaniem, takim jak samookaleczające się miejsce nacięcia lub opór przed wlotem rurki, a także różne powikłania chirurgiczne. Gdy masa ciała modeli szczurzych gwałtownie spada o 20% lub więcej, należy przeprowadzić eutanazję przez wdychanie CO2 .
7. Histologia i immunohistochemia
UWAGA: Do analizy histologicznej, cała tkanka przełyku zwierząt poddanych eutanazji jest pobierana za pomocą nożyczek chirurgicznych. Barwienie hematoksyliną i eozyną oraz barwienie trichromem Massona przeprowadzono przy użyciu standardowych technik histologicznych. Immunohistochemię przeprowadzono zgodnie z następującym protokołem.
- Napraw cały przełyk zawierający przeszczepione miejsca w 4% paraformaldehydzie. Utwórz blok parafinowy i wytnij odcinki o grubości 4 μm.
- Odparafinować skrawki tkanek i odwodnić je w serii etanolowej. Zanurz szkiełka tkankowe w buforze cytrynianowym i podgrzewaj przez 10 minut w kuchence mikrofalowej. Schłodzić komórki zimnym PBS przez 20 min. Zanurz w 3% nadtlenku wodoru na 6 min i myj PBS przez 10 min.
- Inkubować w 3% albuminie surowicy bydlęcej (BSA) przez 1 godzinę w temperaturze pokojowej w celu zablokowania niespecyficznych reakcji skrawków tkanki.
- Przemyć 3x PBS przez 5 min. Inkubować z pierwszorzędowymi przeciwciałami przeciwko Desminie (rozcieńczonej do 1:200), keratynie 13 (rozcieńczonej do 1:100) i czynnikowi von Willebranda (vWF; rozcieńczonym do 1:100) przez noc w temperaturze 4 °C.
- Myć 3x PBS przez 15 min. Inkubować z odpowiednim przeciwciałem drugorzędowym w stężeniu 1:500 dla Desminy i Keratyny 13 w temperaturze pokojowej. Następnie umyj szkiełka dwukrotnie PBS przez 10 min.
UWAGA: Wycinki tkanek dla vWF inkubowano przy użyciu zestawu sprzężonego z peroksydazą chrzanową (patrz Tabela materiałów), a następnie wizualizowano za pomocą 3,3'-diaminobenzydyny (DAB).
- Mocować za pomocą szklanego szkiełka nakrywkowego i 4',6-diamidyno-2-fenolindolu (DAPI) zawierającego podłoże montażowe.