Ex Vivo Cultura de Perfusão de Grandes Vasos Sanguíneos em Biorreator Impresso em 3D
28 de julho de 2023
Este protocolo apresenta a instalação e operação de um biorreator impresso em 3D recentemente desenvolvido para a cultura ex vivo de vasos sanguíneos em perfusão. O sistema foi projetado para ser facilmente adotado por outros usuários, prático, acessível e adaptável a diferentes aplicações experimentais, como biologia básica e estudos farmacológicos.
Desenvolvemos um biorreator simples, econômico e adaptável para a cultura de vasos sanguíneos in vitro. A aplicação de fluxo fisiológico e forças pulsáteis aos vasos sanguíneos garante que as células dentro do tecido permaneçam viáveis. A aplicação de biorreatores, como o que descrevemos aqui, possibilita o cultivo de vasos sanguíneos ex vivo e reduz a dependência de experimentos animais em pesquisas.
A aplicação de forças hemodinâmicas é crucial para manter um vaso sanguíneo saudável em cultura, enquanto os biorreatores de profusão são uma ótima solução para alcançar esse ambiente dinâmico. Os sistemas descritos na literatura existente são muitas vezes difíceis de replicar, caros e não fáceis de adaptar. Desenvolvemos um novo sistema de perfusão intitulado EasyFlow.
Este sistema é econômico para produzir, acomoda uma gama diferente de tecidos, e é simples de modificar para que os pesquisadores possam adaptá-lo às suas necessidades experimentais. A produção é open source, baseada em um modelo 3D, e é acessível através do papel. Além disso, pode ser adaptado às necessidades da pesquisa com base neste modelo 3D.
Atualmente, o EasyFlow está sendo empregado para testar mecanismos de reparo vascular, como células-tronco ou terapias baseadas em biomateriais. Também pretendemos usar este biorreator para induzir a maturação de vasos sanguíneos manipulados por tecidos.
Visão Geral
Este protocolo apresenta a configuração e operação de um biorreator recém-desenvolvido, fabricado em impressão 3D, para o cultivo ex vivo de vasos sanguíneos em perfusão. O sistema foi projetado para ser facilmente adotado por outros usuários, prático, acessível e adaptável a diferentes aplicações experimentais.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Tecnologia de biorreator
- Biologia vascular
- Engenharia de tecidos
Contexto
- Os sistemas de biorreator existentes são frequentemente caros e difíceis de replicar.
- Os fluxos fisiológicos e as forças pulsáteis são cruciais para manter a viabilidade celular em vasos sanguíneos.
- Reduzir a dependência de experimentos com animais é um objetivo fundamental na pesquisa vascular.
- O desenvolvimento de modelos de código aberto pode aumentar a acessibilidade para pesquisadores.
Objetivo do Estudo
- Apresentar um biorreator econômico e adaptável para o cultivo de vasos sanguíneos.
- Facilitar o estudo dos mecanismos de reparação vascular.
- Fornecer uma plataforma para testar terapias baseadas em células-tronco e biomateriais.
Métodos Utilizados
- Desenvolvimento do sistema de perfusão EasyFlow.
- Aplicação de forças hemodinâmicas a vasos sanguíneos cultivados.
- Produção de código aberto baseada em um modelo 3D.
- Adaptação do sistema para diversas necessidades experimentais.
Resultados Principais
- O sistema EasyFlow é econômico e fácil de modificar.
- Ele acomoda uma variedade de tecidos para pesquisa.
- As aplicações iniciais incluem testar mecanismos de reparo vascular.
- O sistema apoia a maturação de vasos sanguíneos produzidos por engenharia de tecidos.
Conclusões
- O biorreator EasyFlow oferece uma solução prática para a pesquisa vascular.
- Ele promove a viabilidade de vasos sanguíneos em cultura por meio de condições dinâmicas.
- Este sistema pode reduzir significativamente a necessidade de modelos animais na pesquisa.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O cultivo padronizado ex vivo com perfusão de vasos sanguíneos grandes atende uma lacuna crítica na pesquisa translacional vascular, permitindo estudos fisiologicamente relevantes e reprodutíveis fora de modelos animais. A plataforma de biorreator impressa em 3D possibilita a desmistificação mecanicista e acelera a verificação de hipóteses terapêuticas para reparo vascular e engenharia de tecidos. Essa capacidade aumenta a confiança preditiva na interface entre descoberta e desenvolvimento pré-clínico para portfólios cardiovasculares.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação dos mecanismos de reparo vascular sob condições hemodinâmicas controladas.
- Apóia a validação funcional de hipóteses terapêuticas baseadas em células-tronco e biomateriais.
- Facilita a redução de riscos biológicos ao manter a viabilidade do tecido ex vivo.
- Aprimora a confiabilidade preditiva na seleção de alvos na pesquisa de doenças vasculares.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Oferece uma plataforma reproduzível para avaliação quantitativa da resposta dos vasos a terapias experimentais.
- Padroniza as condições de cultivo dinâmico para comparação e escalabilidade dos ensaios.
- Permite a preparação de sistemas biológicos validados para fluxos de trabalho de triagem posteriores.
- Permite avaliação confiável dos efeitos de compostos ou biomateriais sobre o tecido vascular.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha-se com condições fisiológicas relevantes para doenças em estudos translacionais de biomarcadores.
- Conecta descobertas em fase de pesquisa à validação pré-clínica, reduzindo a dependência de modelos animais.
- Apoia decisões de avanço ajustadas ao risco em programas de reparo vascular e engenharia de tecidos.
- Facilita estudos de maturação de vasos sanguíneos engenheirados sob fluxo fisiologicamente relevante.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este biorreator impresso em 3D integra-se ao continuum de descoberta a pré-clínico ao permitir o cultivo de vasos ex vivo, testes mecanicistas e modelagem translacional.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a clarificação de vias em estratégias de reparação vascular.
- Triagem: Oferece condições padronizadas e reprodutíveis de ensaio para avaliação quantitativa.
- Análises: Fornece leituras dinâmicas da viabilidade e resposta do vaso sob fluxo fisiológico.
- Pesquisa Translacional: Permite a continuidade desde a descoberta in vitro até a validação em modelos pré-clínicos.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma aberta e adaptável para ampla adoção em P&D.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na pesquisa vascular.
- Valor Operacional: Aprimora a padronização, reprodutibilidade e escalabilidade dos fluxos de trabalho de cultivo de vasos.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de prosseguimento ou interrupção e a eficiência do capital ao reduzir a dependência de modelos animais.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização e o avanço ajustados ao risco de candidatos a reparação vascular.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em biologia vascular e engenharia de tecidos para uso ideal.
- Necessita de acesso à infraestrutura de impressão 3D e instrumentação de perfusão.
- Exige padronização entre equipes para condições de cultura dinâmica reprodutíveis.
- Adaptável a uma variedade de tipos de vasos e modelos experimentais.
- As limitações práticas incluem duração da cultura e compatibilidade tecidual, conforme dados atuais.
