Posiew tkankowy całego narządu

Hodowle in vitro całych narządów są często wykorzystywane w celu dokładnego modelowania funkcji tkanek i narządów w różnych warunkach testowych. Posiewy całych narządów mogą obejmować decelularyzację wyciętego narządu lub usunięcie komórek w celu wykorzystania natywnej struktury narządu. Po tym następuje recelularyzacja z nowymi komórkami. Zastosowanie specjalistycznych bioreaktorów jest często włączane do procesu recelularyzacji w celu naśladowania wzrostu tkanek w organizmie. W tym filmie przedstawimy podstawowe zasady hodowli tkanek całego narządu i zademonstrujemy procedurę w laboratorium.

Proces ten rozpoczyna się od pobrania narządu od dawcy. W tym przykładzie pokazujemy płuco dawcy od małpy. W procesie zwanym perfuzją detergentu izolowany narząd jest systematycznie oczyszczany z rodzimej populacji komórek przez serię płukań, w wyniku czego powstaje sterylna bezkomórkowa matryca narządu. Następnie macierz tkankowa jest rekomórkowana przy użyciu określonych typów komórek, takich jak ustalona linia komórek macierzystych. Komórki mogą być również oddawane przez osobę, która otrzymuje zmodyfikowaną tkankę, co nazywa się autologicznym przeszczepem komórek. Łagodzi to odrzucenie i zwiększa biokompatybilność narządu. Alternatywnie można użyć komórek od innego dawcy, co nazywa się przeszczepem allogenicznym. Może być konieczne podjęcie takich działań, jeśli nie można pobrać wystarczającej liczby komórek od potencjalnego biorcy. Po wysianiu komórek w narządzie wykorzystuje się bioreaktory tkankowe do stymulowania proliferacji komórek i kierowania wzrostem tkanek. Reaktory te mają na celu dynamiczną hodowlę narządu i naśladowanie rodzimego środowiska występującego in vivo. Na przykład narząd można podłączyć do pompy perystaltycznej w celu symulacji przepływu krwi. Teraz, gdy znasz już zasady hodowli narządów, przyjrzyjmy się przykładowej procedurze obejmującej całą hodowlę narządów płuc dawcy.

Na początek płuca dawcy umieszcza się w tacce preparcyjnej, a tętnicę płucną kaniuluje się poprzez wprowadzenie żeńskiego łącznika luer do otwartej jamy. Drugi żeński łącznik luer jest następnie wkładany do otworu tchawicy. Następnie wkrapla się sól fizjologiczną buforowaną fosforanami lub PBS zawierającą 30 jednostek na mililitr heparyny i pięć mikrogramów na mililitr nitroprusydu sodu, aby ułatwić rozszerzenie naczyń krwionośnych i usunięcie uwięzionego powietrza z płuc. Roztwór jest wydalany przez naturalny odrzut i powtarzany jeszcze dwa razy przed zamknięciem kaniuli, aby zatrzymać roztwór w płucach i rozpuścić resztki krwi. Następnie oba przedsionki są szarpane, a nasadka kaniuli luer tchawicy jest usuwana, aby ułatwić drenaż płynów. Perfuzję kontynuuje się z roztworem PBS, heparyny i nitroprusydu sodu, aż do usunięcia jak największej ilości krwi z naczynia płucnego. Aby rozpocząć deceluturację, płuca są napompowane i przesiąknięte wodą dejonizowaną. Po pięciu płukaniach tętniczych i naczyniowych płuca są wyjmowane z wody i zanurzane w detergentie o nazwie Triton w celu usunięcia komórek, przy minimalnym wpływie na macierz narządu. Płuca są napełniane dwukrotnie roztworem Triton, a następnie inkubowane przez noc w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Po inkubacji płuca przemuje się jeszcze pięć razy świeżą wodą dejonizowaną. Następnie płuca zanurza się w 2% roztworze deoksycholanu sodu, a następnie przemywa się je jeszcze kilkakrotnie wodą i roztworem buforowym, aby ułatwić decelularyzację i usunięcie resztek komórkowych. Po całkowitym oczyszczeniu narząd jest przechowywany w sterylnym roztworze PBS w temperaturze czterech stopni Celsjusza do momentu użycia.

Aby naśladować naturalne zachowanie płuc, można użyć specjalistycznego bioreaktora, takiego jak ten pokazany tutaj. Po pierwsze, główna komora reaktora jest wypełniona pożywką hodowlaną, która została zrównoważona z atmosferą 5% dwutlenku węgla. Następnie instalowane są organy. Po podłączeniu pokrywa jest zabezpieczona, a całe powietrze jest usuwane z rurki za pomocą strzykawki. Bioreaktor jest następnie przenoszony do inkubatora kultur tkankowych w celu zrównoważenia. Następnie płuca są wentylowane około jednym pełnym oddechem co dwie minuty, a medium jest krążone w układzie naczyniowym za pośrednictwem pompy perystaltycznej z prędkością około 10 mililitrów na minutę przez łącznie 30 minut.

W celu wysiewu do dróg oddechowych płuca są napompowane zawiesiną komórkową zawierającą mezenchymalne komórki macierzyste pochodzące ze szpiku kostnego. Aby recellularyzacja pęcherzyków płucnych, które są odpowiedzialne za wymianę gazową tlenu i dwutlenku węgla, która zachodzi w płucach. Płuca są następnie inkubowane przez noc, aby umożliwić komórkom przyłączenie się do bezkomórkowego macierzy. Po całonocnej inkubacji wentylacja jest ponownie inicjowana, a komórki mogą rosnąć w macierzy narządu przez kilka dni. Następnie wysiew naczyniowy kończy się stopniowym wprowadzaniem komórek śródbłonka za pomocą pompy perystaltycznej w celu zainicjowania recelularyzacji małych naczyń, a następnie hodowli statycznej przez kilka godzin, aby ułatwić rozwój dokładnego narządu komórkowego. Pożywka hodowlana jest ponownie wprowadzana w obieg, a komórki są hodowane przez tydzień, aby promować wzrost i przywiązanie w dynamicznych warunkach. Po zakończeniu wzrostu tkanki wykonuje się histologię w celu potwierdzenia przyczepu i wzrostu zarówno mezenchymalnych komórek macierzystych, jak i komórek śródbłonka na naczyniach krwionośnych i drogach oddechowych narządu. Histologia pokazuje przyczepienie mezenchymalnych komórek macierzystych i komórek śródbłonka do pęcherzyków płucnych w rusztowaniu macierzy i małych naczyń krwionośnych, tworząc wygląd natywnej tkanki płucnej.

Teraz, gdy dowiedziałeś się już o hodowli całych narządów, przyjrzyjmy się kilku praktycznym zastosowaniom tej technologii poza głównym celem medycyny regeneracyjnej i wymiany narządów. Posiew całych narządów może być również wykorzystany jako sposób testowania środków farmaceutycznych lub urządzeń do dostarczania leków. Na przykład w tym badaniu embrionalne mysie tarczyce zostały wyklęte, wyhodowane i wykorzystane jako model narządów do obserwacji, w jaki sposób eksperymentalne środki farmaceutyczne są transportowane przez narząd i tkankę. Symulacja ta może ostatecznie doprowadzić do bardziej realistycznego odwzorowania tego, w jaki sposób lek jest przenoszony w obrębie narządu in vivo. Wreszcie, hodowla tkanek całego narządu może być wykorzystana do badania zachowania tkanek w różnych warunkach. Na przykład krążki międzykręgowe pobrano z ogonów bydlęcych w celu zbadania możliwych mechanizmów zwyrodnienia dysku. Specjalnie zaprojektowane bioreaktory wykorzystano do wywołania obciążenia mechanicznego dysku, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób obciążenia te wpływają na degenerację.

Właśnie obejrzałeś film Jowisza na temat hodowli tkanek całego narządu. Powinieneś teraz zrozumieć, w jaki sposób całe narządy mogą być hodowane in vitro i jak ta technika jest stosowana w dziedzinie bioinżynierii. Dzięki za oglądanie.