Cultura de tecidos de órgãos inteiros

Culturas in vitro de órgãos parciais ou inteiros são frequentemente usadas para modelar com precisão a função de tecidos e órgãos em várias condições de teste. Toda a cultura do órgão pode envolver a descelularização de um órgão excisado ou a remoção de células para utilizar a estrutura de órgãos nativos. Isso é seguido pela recelularização com novas células. O uso de bioreatores especializados são frequentemente incorporados ao processo de recelularização para imitar o crescimento tecidual no corpo. Este vídeo apresentará os princípios fundamentais por trás de toda a cultura do tecido de órgãos e demonstrará o procedimento em laboratório.

Esse processo começa com a colheita de um órgão doador. Neste exemplo, mostramos um pulmão doador de um macaco. Através de um processo chamado perfusão de detergente, o órgão isolado é sistematicamente purificado de sua população de células nativas por uma série de lavagens, resultando em uma matriz de órgãos acelulares estéreis. Em seguida, a matriz tecidual é recelularizada usando tipos de células específicas, como uma linha de células-tronco estabelecida. As células também podem ser doadas pela pessoa que está recebendo o tecido projetado, chamado transplante de células autólogas. Isso atenua a rejeição e aumenta a biocompatibilidade do órgão. Alternativamente, as células podem ser usadas a partir de um doador diferente, chamado transplante alergênico. Isso pode precisar ser perseguido se um número suficiente de células não puder ser colhida do receptor potencial. Uma vez que as células são semeadas no órgão, os bioreatores de tecido são usados para estimular a proliferação celular e o crescimento direto do tecido. Esses reatores visam culturalmente o órgão e imitar o ambiente nativo encontrado in vivo. Por exemplo, o órgão pode ser conectado a uma bomba peristáltica para simular o fluxo sanguíneo. Agora que você aprendeu sobre os princípios da cultura de órgãos, vamos dar uma olhada em um procedimento de exemplo envolvendo toda a cultura de órgãos de pulmões doadores.

Para começar, os pulmões doadores são colocados em uma bandeja de dissecação e a artéria pulmonar cânulada introduzindo um conector de luer fêmea na cavidade aberta. Um segundo conector luer fêmea é então inserido na abertura traqueal. O soro fisiológico tamponado de fosfato ou PBS contendo 30 unidades por mililitros de heparina e cinco microgramas por mililitro de nitroprusside de sódio é então incutido para facilitar o alargamento dos vasos sanguíneos e a remoção de ar preso dos pulmões. A solução é expelida pelo recuo natural e repetida mais duas vezes antes de cobrir a cânula, para manter a solução nos pulmões para dissolver qualquer sangue residual. Em seguida, ambos os atrias são lacerados e a tampa da cânula luer traqueal é removida para facilitar a drenagem de fluidos. A perfusão continua com a solução pbs, heparina e nitroprusside de sódio até que o máximo de sangue possível seja removido da vasculatura pulmonar. Para começar a descelurização, os pulmões são inflados e permeados por água deionizada. Após cinco lavagens arteriais e vasculares, os pulmões são removidos da água e submersos em um detergente chamado Tritão para remover células enquanto impactam minimamente a matriz do órgão. Os pulmões são inflados mais duas vezes com a solução Triton antes de incubar durante a noite a quatro graus Celsius. Após a incubação, os pulmões são lavados mais cinco vezes com água deionizada fresca. Em seguida, os pulmões ficam submersos em 2% de solução de desoxicorto de sódio e depois lavados várias vezes com solução de água e tampão para facilitar a descelularização e remoção de detritos celulares. Quando totalmente limpo, o órgão é armazenado em solução PBS estéril a quatro graus Celsius até o uso.

Para imitar o comportamento natural dos pulmões pode ser usado um bioreator especializado, como o mostrado aqui. Primeiro, a câmara principal do reator está cheia de meios de cultura que foram equilibrados à atmosfera de 5% de dióxido de carbono. Em seguida, o órgão é instalado. Uma vez conectada, a tampa é fixa e todo o ar é removido da tubulação usando uma seringa. O bioreator é então movido para uma incubadora de cultura tecidual para equilibrar. Em seguida, os pulmões são ventilados com aproximadamente uma respiração completa a cada dois minutos e o meio circula pela vasculatura, através da bomba peristáltica, a aproximadamente 10 mililitros por minuto durante um total de 30 minutos.

Para a semeadura das vias aéreas, os pulmões são inflados com uma suspensão celular contendo células-tronco mesenquimais derivadas da medula óssea. Para recelularizar os alvéolos, que são responsáveis pela troca de oxigênio e dióxido de carbono que ocorre nos pulmões. Os pulmões são então incubados durante a noite para permitir que as células se conectem à matriz descelularizada. Após a incubação durante a noite, a ventilação é reiniciada, e as células podem crescer na matriz de órgãos por vários dias. Em seguida, a semeadura vascular é completada pela introdução gradual de células endoteliais usando a bomba peristáltica para iniciar a recelularização de pequenos vasos e, em seguida, cultivadas estaticamente por várias horas para facilitar o desenvolvimento de um órgão preciso celular. O meio cultural volta a circular, e as células são cultivadas por uma semana para promover o crescimento e o apego em condições dinâmicas. Uma vez que o crescimento do tecido esteja completo, a histologia é realizada para confirmar a fixação e o crescimento das células-tronco mesenquimais e das células endoteliais na vasculatura e nas vias aéreas do órgão. A histologia mostra a fixação de células-tronco mesenquimais e células endoteliais aos alvéolos dentro do andaime matriz, e pequenos vasos vasculares, criando a aparência do tecido pulmonar nativo.

Agora que você aprendeu sobre toda a cultura de órgãos, vamos dar uma olhada em algumas aplicações práticas desta tecnologia fora do foco principal da medicina regenerativa e substituição de órgãos. Toda a cultura dos órgãos também pode ser usada como uma forma de testar agentes farmacêuticos ou dispositivos de entrega de medicamentos. Por exemplo, neste estudo, as tireoides embrionárias do camundongo foram explantadas, cultivadas e utilizadas como modelo de órgão para observar como os agentes farmacêuticos experimentais são transportados através do órgão e do tecido. Esta simulação pode, em última análise, levar a uma representação mais realista de como uma droga é transferida dentro de um órgão in vivo. Finalmente, toda a cultura do tecido de órgãos pode ser usada para estudar o comportamento dos tecidos em várias condições. Por exemplo, discos intervertebrais foram colhidos a partir de caudas bovinas para estudar os possíveis mecanismos, de degeneração discal. Bioreatores especialmente projetados foram empregados para induzir o carregamento mecânico no disco, a fim de entender melhor como essas cargas impactam a degeneração.

Você acabou de assistir o vídeo de Jove sobre cultura de tecido de órgãos. Agora você deve entender como órgãos inteiros.podem ser cultivados in vitro, e como essa técnica é aplicada no campo da bioengenharia. Obrigado por assistir.