Ex vivo Перфузионная культура крупных кровеносных сосудов в биореакторе, напечатанном на 3D-принтере
28 июля 2023 г.
Этот протокол представляет собой настройку и работу недавно разработанного, напечатанного на 3D-принтере биореактора для культуры ex vivo кровеносных сосудов при перфузии. Система разработана таким образом, чтобы ее могли легко адаптировать другие пользователи, она практична, доступна по цене и адаптируется к различным экспериментальным приложениям, таким как фундаментальная биология и фармакологические исследования.
Мы разработали простой, экономичный и адаптируемый биореактор для культивирования кровеносных сосудов in vitro. Приложение физиологического потока и пульсирующих сил к кровеносным сосудам гарантирует, что клетки в ткани остаются жизнеспособными. Применение биореакторов, подобных тому, который мы описали здесь, позволяет культивировать кровеносные сосуды ex vivo и снижает зависимость от экспериментов на животных в исследованиях.
Приложение гемодинамических сил имеет решающее значение для поддержания здорового кровеносного сосуда в культуре, в то время как биореакторы profusion являются отличным решением для достижения этой динамической среды. Системы, описанные в существующей литературе, часто сложны в воспроизведении, дороги и нелегко адаптируются. Мы разработали новую перфузионную систему под названием EasyFlow.
Эта система экономична в производстве, подходит для различных тканей и легко модифицируется, чтобы исследователи могли адаптировать ее к своим экспериментальным потребностям. Продукция имеет открытый исходный код, основана на 3D-модели и доступна через бумагу. Кроме того, он может быть адаптирован к потребностям исследования на основе этой 3D-модели.
В настоящее время EasyFlow используется для тестирования механизмов восстановления сосудов, таких как стволовые клетки или терапия на основе биоматериалов. Мы также стремимся использовать этот биореактор для стимуляции созревания тканеинженерных кровеносных сосудов.
Обзор
В данном протоколе представлены установка и эксплуатация недавно разработанного биореактора с 3D-печатью для эксвиво-культивирования кровеносных сосудов в условиях перфузии. Система разработана таким образом, чтобы быть доступной для других пользователей, практичной, недорогой и адаптируемой к различным экспериментальным задачам.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Технология биореакторов
- Биология сосудов
- Тканевая инженерия
Теоретическая часть
- Существующие системы биореакторов часто дорого стоят, и их сложно воспроизвести.
- Физиологический кровоток и пульсирующие силы имеют решающее значение для поддержания жизнеспособности клеток в кровеносных сосудах.
- Снижение зависимости от экспериментов на животных является ключевой целью в исследованиях сосудов.
- Разработка моделей с открытым исходным кодом может повысить доступность для исследователей.
Цель исследования
- Представить экономически эффективный и адаптируемый биореактор для культивирования кровеносных сосудов.
- Облегчить изучение механизмов восстановления сосудов.
- Обеспечить платформу для тестирования методов терапии на основе стволовых клеток и биоматериалов.
Используемые методы
- Разработка перфузионной системы EasyFlow.
- Воздействие гемодинамических сил на культивируемые кровеносные сосуды.
- Производство с открытым исходным кодом на основе 3D-модели.
- Адаптация системы под различные экспериментальные нужды.
Основные результаты
- Система EasyFlow экономична и легко модифицируется.
- Она подходит для работы с различными типами тканей в исследовательских целях.
- Первоначальные области применения включают изучение механизмов восстановления сосудов.
- Система поддерживает созревание тканеинженерных кровеносных сосудов.
Выводы
- Биореактор EasyFlow предлагает практическое решение для исследований сосудов.
- Он способствует жизнеспособности кровеносных сосудов в культуре за счет создания динамических условий.
- Данная система может значительно снизить потребность в использовании животных моделей в исследованиях.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Стандартизированное культивирование крупных кровеносных сосудов в условиях ex vivo перфузии восполняет критический пробел в трансляционных васкулярных исследованиях, позволяя проводить физиологически релевантные и воспроизводимые исследования вне живых моделей животных. Биореакторная платформа, созданная с помощью 3D-печати, способствует механистическому снижению рисков и ускоряет проверку терапевтических гипотез для восстановления сосудов и тканевой инженерии. Данная возможность повышает прогностическую достоверность на этапе перехода от фундаментальных открытий к доклинической разработке кардиоваскулярных препаратов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать механизмы восстановления сосудов в контролируемых гемодинамических условиях.
- Обеспечивает функциональную валидацию терапевтических гипотез на основе биоматериалов и стволовых клеток.
- Способствует снижению биологических рисков за счет поддержания жизнеспособности тканей ex vivo.
- Повышает точность прогнозирования при выборе мишеней в исследованиях сосудистых заболеваний.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает воспроизводимую платформу для количественной оценки реакции сосудов на исследуемые методы терапии.
- Стандартизирует условия динамического культивирования для обеспечения сопоставимости и масштабируемости анализа.
- Позволяет подготавливать валидированные биологические системы для последующих этапов скрининга.
- Обеспечивает надежную оценку воздействия соединений или биоматериалов на сосудистую ткань.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует физиологическим условиям, имеющим значение для заболевания, что необходимо для трансляционных исследований биомаркеров.
- Связывает результаты этапа поиска с доклинической валидацией, снижая зависимость от моделей на животных.
- Поддерживает принятие обоснованных с учетом рисков решений по развитию программ восстановления сосудов и тканевой инженерии.
- Обеспечивает возможность проведения исследований по созреванию инженерных кровеносных сосудов в условиях физиологически релевантного кровотока.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Этот биореактор, созданный с помощью 3D-печати, интегрируется в континуум от фундаментальных исследований до доклинических испытаний, обеспечивая возможность культивирования сосудов ex vivo, механистического тестирования и трансляционного моделирования.
- Фундаментальная биология: Оказывает поддержку в проверке гипотез и уточнении путей реализации стратегий восстановления сосудов.
- Скрининг: Обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые условия анализа для количественной оценки.
- Аналитика: Позволяет получать динамические показатели жизнеспособности сосудов и их реакции в условиях физиологического потока.
- Трансляционные исследования: Обеспечивает преемственность от открытий in vitro к валидации на доклинических моделях.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает адаптивную платформу с открытым исходным кодом для широкого внедрения в R&D.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в исследованиях сосудов.
- Операционная ценность: улучшает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость рабочих процессов культивирования сосудов.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о целесообразности дальнейшей разработки («go/no-go») и эффективность использования капитала за счет снижения зависимости от моделей на животных.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию и продвижение кандидатов для восстановления сосудов с учетом рисков.
Особенности реализации
- Для оптимального использования требуются экспертные знания в области биологии сосудов и тканевой инженерии.
- Необходим доступ к инфраструктуре 3D-печати и оборудованию для перфузии.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимых условий динамического культивирования.
- Метод adaptable к различным типам сосудов и экспериментальным моделям.
- Практические ограничения включают продолжительность культивирования и совместимость тканей в соответствии с имеющимися данными.
