Ex vivo Kultura perfuzyjna dużych naczyń krwionośnych w bioreaktorze wydrukowanym w 3D
28 lipca 2023
Ten protokół przedstawia konfigurację i działanie nowo opracowanego, wydrukowanego w 3D bioreaktora do hodowli ex vivo naczyń krwionośnych w trakcie perfuzji. System został zaprojektowany tak, aby mógł być łatwo przyjęty przez innych użytkowników, praktyczny, niedrogi i możliwy do dostosowania do różnych zastosowań eksperymentalnych, takich jak podstawowa biologia i badania farmakologiczne.
Opracowaliśmy prosty, ekonomiczny i adaptowalny bioreaktor do hodowli naczyń krwionośnych in vitro. Zastosowanie przepływu fizjologicznego i sił pulsacyjnych do naczyń krwionośnych zapewnia, że komórki w tkance pozostają żywotne. Zastosowanie bioreaktorów, takich jak ten, który opisaliśmy tutaj, umożliwia hodowlę naczyń krwionośnych ex vivo i zmniejsza zależność od eksperymentów na zwierzętach w badaniach.
Zastosowanie sił hemodynamicznych ma kluczowe znaczenie dla utrzymania zdrowych naczyń krwionośnych w hodowli, podczas gdy bioreaktory profuzyjne są doskonałym rozwiązaniem do osiągnięcia tego dynamicznego środowiska. Systemy opisane w istniejącej literaturze są często trudne do powielenia, drogie i niełatwe do dostosowania. Opracowaliśmy nowy system perfuzyjny o nazwie EasyFlow.
System ten jest ekonomiczny w produkcji, obejmuje różny zakres tkanek i można go łatwo modyfikować, dzięki czemu naukowcy mogą dostosować go do swoich potrzeb eksperymentalnych. Produkcja jest open source, oparta na modelu 3D i jest dostępna w wersji papierowej. Można go również dostosować do potrzeb badań opartych na tym modelu 3D.
EasyFlow jest obecnie wykorzystywany do testowania mechanizmów naprawy naczyń krwionośnych, takich jak komórki macierzyste lub terapie oparte na biomateriałach. Naszym celem jest również wykorzystanie tego bioreaktora do indukowania dojrzewania naczyń krwionośnych wytworzonych za pomocą inżynierii tkankowej.
Przegląd
Niniejszy protokół przedstawia konfigurację i obsługę nowo opracowanego, wydrukowanego w technologii 3D bioreaktora do hodowli naczyń krwionośnych ex vivo w warunkach perfuzji. System został zaprojektowany tak, aby był łatwy w obsłudze dla innych użytkowników, praktyczny, przystępny cenowo i możliwy do dostosowania do różnych zastosowań eksperymentalnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Technologia bioreaktorów
- Biologia naczyniowa
- Inżynieria tkankowa
Wstęp
- Istniejące systemy bioreaktorów są często kosztowne i trudne do odtworzenia.
- Przepływ fizjologiczny oraz siły pulsacyjne są kluczowe dla utrzymania żywotności komórek w naczyniach krwionośnych.
- Ograniczenie zależności od eksperymentów na zwierzętach jest kluczowym celem w badaniach naczyniowych.
- Opracowanie modeli open-source może zwiększyć dostępność dla badaczy.
Cel badania
- Przedstawienie kosztowo efektywnego i elastycznego bioreaktora do hodowli naczyń krwionośnych.
- Ułatwienie badania mechanizmów naprawy naczyniowej.
- Zapewnienie platformy do testowania terapii opartych na komórkach macierzystych i biomateriałach.
Zastosowane metody
- Opracowanie systemu perfuzji EasyFlow.
- Przyłożenie sił hemodynamicznych do hodowlanych naczyń krwionośnych.
- Produkcja w modelu open-source w oparciu o model 3D.
- Adaptacja systemu do różnych potrzeb eksperymentalnych.
Główne wyniki
- System EasyFlow jest ekonomiczny i łatwy w modyfikacji.
- Pozwala na pracę z różnorodnymi tkankami do celów badawczych.
- Pierwotne zastosowania obejmują badanie mechanizmów naprawy naczyniowej.
- System wspomaga dojrzewanie naczyń krwionośnych inżynierii tkankowej.
Wnioski
- Bioreaktor EasyFlow oferuje praktyczne rozwiązanie dla badań naczyniowych.
- Wspiera on żywotność naczyń krwionośnych w hodowli dzięki warunkom dynamicznym.
- System ten może znacząco zmniejszyć zapotrzebowanie na modele zwierzęce w badaniach.
Najczęściej zadawane pytania
Zastosowanie w przemyśle
Standaryzowana hodowla perfuzyjna ex vivo dużych naczyń krwionośnych wypełnia krytyczną lukę w translacyjnych badaniach naczyniowych, umożliwiając prowadzenie fizjologicznie istotnych i powtarzalnych badań poza modelami zwierzęcymi. Platforma bioreaktora drukowanego w technologii 3D wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka i przyspiesza testowanie hipotez terapeutycznych w zakresie naprawy naczyń i inżynierii tkankowej. Możliwość ta zwiększa pewność prognostyczną na styku fazy odkryć i rozwoju przedklinicznego w obszarze portfela kardiologicznego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie mechanizmów naprawy naczyniowej w kontrolowanych warunkach hemodynamicznych.
- Wspiera walidację funkcjonalną hipotez terapeutycznych opartych na biomateriałach i komórkach macierzystych.
- Ułatwia biologiczną redukcję ryzyka poprzez utrzymanie żywotności tkanki ex vivo.
- Zwiększa pewność prognostyczną w wyborze celów w badaniach nad chorobami naczyniowymi.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia powtarzalną platformę do ilościowej oceny reakcji naczyń na potencjalne terapie.
- Standaryzuje dynamiczne warunki hodowli w celu zapewnienia porównywalności i skalowalności testów.
- Umożliwia przygotowanie zwalidowanych systemów biologicznych dla dalszych etapów procesów przesiewowych.
- Wspiera wiarygodną ocenę wpływu związków lub biomateriałów na tkankę naczyniową.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodne z fizjologicznymi warunkami istotnymi dla danej choroby w badaniach nad translacyjnymi biomarkerami.
- Łączy odkrycia z etapu wstępnego z walidacją przedkliniczną poprzez zmniejszenie zależności od modeli zwierzęcych.
- Wspiera decyzje o kontynuowaniu prac w programach regeneracji naczyń i inżynierii tkankowej w oparciu o analizę ryzyka.
- Umożliwia prowadzenie badań nad dojrzewaniem inżynieryjnych naczyń krwionośnych w warunkach fizjologicznie istotnego przepływu.
Integracja potoków i przepływów pracy
Ten wydrukowany w technologii 3D bioreaktor wpisuje się w kontinuum od etapu odkryć do badań przedklinicznych, umożliwiając hodowlę naczyń ex vivo, testy mechanistyczne oraz modelowanie translacyjne.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie ścieżek w strategiach naprawy naczyniowej.
- Przesiewanie: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne warunki testowe do ewaluacji ilościowej.
- Analityka: Umożliwia dynamiczny odczyt żywotności naczyń oraz ich odpowiedzi w warunkach przepływu fizjologicznego.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość od odkryć in vitro do walidacji w modelach przedklinicznych.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Oferuje otwartoźródłową, adaptowalną platformę do szerokiego zastosowania w badaniach i rozwoju (R&D).
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach naczyniowych.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność procesów hodowli naczyń.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową poprzez zmniejszenie zależności od modeli zwierzęcych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów do regeneracji naczyniowej.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Do optymalnego wykorzystania wymagana jest wiedza z zakresu biologii naczyniowej i inżynierii tkankowej.
- Wymagany jest dostęp do infrastruktury druku 3D oraz aparatury do perfuzji.
- Niezbędna jest standaryzacja międzyzespołowa w celu zapewnienia powtarzalnych warunków dynamicznej hodowli.
- Metoda jest adaptowalna dla różnych typów naczyń i modeli eksperymentalnych.
- Ograniczenia praktyczne obejmują czas trwania hodowli oraz kompatybilność tkanek, zgodnie z aktualnymi danymi.
