Recapitulation of the organ-specific microenvironment, which stimulates local angiogenesis, is indispensable for successful regeneration of damaged tissues. This report demonstrates a novel method to implant fibrin gels on the lung surface of living mouse in order to explore how the lung-specific microenvironment modulates angiogenesis and alveolar regeneration in adult mouse.
جعلت تقدما كبيرا مؤخرا في تقنيات أبحاث الخلايا الجذعية والهندسة الحيوية تقدما كبيرا في استخدام المواد الحيوية لتجديد وإصلاح الأضرار في أنسجة بسيطة في مجالات تقويم العظام واللثة. ومع ذلك، فإن محاولات لتجديد هياكل ومهام أكثر تعقيدا ثلاثية الأبعاد (3D) أجهزة مثل الرئتين لم تكن ناجحة جدا لأن العمليات البيولوجية للتجديد الجهاز لم يتم استكشافها بشكل جيد. لقد أصبح من الواضح أن الأوعية الدموية، وتشكيل الأوعية الدموية الجديدة، ويلعب دورا رئيسيا في تجديد الجهاز. شكلت حديثا vasculatures تقديم ليس فقط الأكسجين والمغذيات ومكونات الخلية المختلفة المطلوبة لتجديد الجهاز ولكن أيضا توفير إشارات مفيدة إلى الأنسجة المحلية تجديد. لذلك، لتجديد الرئتين في البالغين بنجاح، فمن الضروري أن ألخص في microenvironments الرئة المحددة التي الأوعية الدموية محركات تجديد أنسجة الرئة المحلية. وإن كانت المشاركةnventional في الجسم الحي المقايسات الأوعية الدموية، مثل زرع تحت الجلد من المصفوفة خارج الخلية (ECM) الغنية الهلاميات المائية (على سبيل المثال، الفيبرين أو الكولاجين والمواد الهلامية أو Matrigel – خليط من البروتين ECM يفرز من قبل خلايا Engelbreth-هولم-سرب الماوس ساركوما)، وتستخدم على نطاق واسع لاستكشاف الآليات العامة من الأوعية الدموية، الأوعية الدموية في الرئة محددة لم تميزت جيدا لأن طرق لزرع مثلي من المواد الحيوية في الرئة لم راسخة. والهدف من هذا البروتوكول هو إدخال طريقة فريدة من نوعها لزرع هلام الليفين على سطح الرئة المعيشة الماوس الكبار، والسماح لخلاصة الناجح لاستضافة المستمدة الرئة الأوعية الدموية داخل الجل. هذا النهج يمكن الباحثين لاستكشاف الآليات التي المكروية الرئة محددة تسيطر الأوعية الدموية وتجديد السنخية في كل الظروف العادية والمرضية. ومنذ إطلاق المواد الحيوية مزروع وتوريد إشارات الفيزيائية والكيميائية إلى l المجاورالأنسجة اونغ، زرع هذه المواد الحيوية على الرئة المريضة يمكن أن يحتمل تطبيع الأنسجة المريضة المجاورة، وتمكين الباحثين لتطوير مناهج علاجية جديدة لأنواع مختلفة من أمراض الرئة.
ويتمثل الهدف العام من هذا البروتوكول هو تقديم طريقة لزرع هلام الليفين على سطح الرئة من الماوس الكبار، والذي يسمح للباحثين لتوصيف الآليات الجزيئية من الأوعية الدموية في الرئة والتنمية السنخية، وللاستفادة من هذه المعرفة من أجل تطوير مواد قادرة بيوميمتيك من تلخص الفسيولوجية الأوعية الدموية في الرئة وتشكيل السنخية لعلاج أمراض الرئة المختلفة.
أكثر من 35 مليون أميركي يعانون من أمراض الرئة المزمنة بما فيها مرض الانسداد الرئوي المزمن والتليف الرئوي. هذه المرضى الذين لديهم طويلة الأمد أعراض تنفسية مزمنة مثل ضيق في التنفس، وضيق الصدر، والسعال المزعجة، والتعب، التي تعوق بشكل كبير الحياة اليومية 1-3. وعلى الرغم من كمية كبيرة من الجهد لتطوير علاجات فعالة لهذه الأمراض الرئة، وحاليا لا يوجد علاج. وبالتالي، ونوعية الحياة لهؤلاء المرضى والفقراء والاقتصادية والتكاليف البشرية ومرحباGH 4-7. حاليا، زرع الرئة هو السبيل الوحيد لإنقاذ المرضى الذين يعانون من أمراض الرئة المزمنة في نهاية المرحلة. ومع ذلك، بسبب نقص المتبرعين زرع، وارتفاع تكلفة، ومضاعفات خطيرة، وانخفاض معدل البقاء على قيد الحياة 8-11، زرع ليس النهج الأمثل. وقد مكن التقدم السريع الذي حدث مؤخرا في تقنيات هندسة الأنسجة الباحثون إلى مهندس بيولوجي الرئة التي تزرع في الجسم عن طريق إعادة إسكانها الرئة كلها decellularized مع أنواع مختلفة من الخلايا الاصلية أو الجذعية المحفزة (آي بي إس) خلايا 12،13. ومع ذلك، فإن هذه الرئتين الهندسة البيولوجية وظيفية في الحيوانات المضيفة فقط لعدة ساعات بعد زرع 12،14،15. استخدام المواد الحيوية لتجديد الهياكل وظائف معقدة من الرئتين كما تم ناجحة إلى حد ما. قد يكون هذا بسبب العمليات البيولوجية الرئيسية التي تحكم الكبار تجديد الرئة لم تستكشف جيدا. في الرئة، وتشكيل نظام الأوعية الدموية هي واحدة من أقدم وأهم الأحداث الدوريتطوير نانوغرام وتجديد 16-21. شكلت حديثا vasculatures في الرئة يتم تسليم سوى الأكسجين والمغذيات ومكونات الخلية المختلفة اللازمة لتشكيل الجهاز، ولكن أيضا توفير إشارات التنظيمية مفيدة للخلايا المحيطة 22-25. وهكذا، الأوعية الدموية يلعب الأدوار الرئيسية في alveolarization التجدد في الرئتين الكبار 24،26،27. وبالإضافة إلى ذلك، يساهم الأوعية الدموية حررت لأمراض الرئة المزمنة مثل مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) 28، وخلل التنسج القصبي الرئوي (برميل يوميا) 21-23، والتليف الرئوي 29. وهكذا، لوضع استراتيجيات أكثر فعالية لهندسة الرئتين أو علاج أمراض الرئة المزمنة، فمن الضروري لفهم الآليات الأساسية لتكوين الأوعية الدموية في الرئة محددة.
يعرض كل جهاز الخواص الميكانيكية والكيميائية فريدة من نوعها، والتي قد تختلف بين الظروف الفسيولوجية والمرضية 30-33. هذه microenviron جهاز محددالإدلاء بالبيانات تنظم السلوكيات خلية البطانية والانسجام في تشكيل شبكة الأوعية الدموية في الجهاز بطريقة محددة 24،34-36. وهكذا، لوضع استراتيجيات أكثر كفاءة لتجديد الرئة، والآلية الكامنة وراء تكوين الأوعية الدموية في الرئة محددة يجب أن يكون مفهوما. بينما التقليدية في الجسم الحي المقايسات الأوعية الدموية تحت الجلد مثل هيدروجيل غرس وقد استخدمت على نطاق واسع للأبحاث الأوعية الدموية 37-39، وتلك الأساليب لا ألخص الأوعية الدموية جهاز معين. مؤخرا، تم تطوير طريقة رواية لزرع Matrigel في قالب مرن على الرئة الماوس وأظهرت لتجنيد بنجاح الأوعية الدموية والخلايا الظهارية الرئة في المواد الهلامية 22. وهذا النهج الفريد تسمح للباحثين لاستكشاف آلية تكوين الأوعية الدموية في الرئة محددة وكذلك التفاعلات بين الأوعية الدموية وخلايا الرئة غير الوعائية في الظروف الفسيولوجية والمرضية. منذ 1) Matrigel ليست مناسبة للالتطبيق السريري. 2) هالعفن lastic المستخدمة للادلاء الجل قد تؤثر على التفاعلات بين الهلاميات المائية وأنسجة الرئة المضيفة و3) قالب مرن على الرئة يحتمل أن يسبب ضعف وظيفة الرئة وألم أثناء التنفس، كنهج ذات الصلة أكثر سريريا، والفيبرين مصفوفة 3D التي تحتوي على العوامل المولدة للأوعية (عامل نمو بطانة الأوعية الدموية (VEGF) / الأساسية عامل نمو الخلايا الليفية (bFGF)) تم زرعها على الرئة الماوس دون الصب في قالب مرن، وقد لخص بنجاح المضيف المستمدة الرئة الأوعية الدموية. هلام الليفين، الألياف البوليمر المتولدة من-المشقوق ثرومبين الفيبرينوجين، ومن المعروف إلى اعتراض مجموعة متنوعة من العوامل عائية مثل bFGF وVEGF لتسريع تكوين الأوعية الدموية في الجسم الحي 40،41. بسبب قدرته على التجدد والطبيعة القابلة للتحلل 42، ويستخدم على نطاق واسع جل الليفين في مجال هندسة الأنسجة.
يقدم هذا المقال رواية ونهجا فريدا لزرع هلام الليفين على سطح الرئة من أدول الذين يعيشونيوضح ر الماوس والتي تستضيف المستمدة الرئة الأوعية الدموية وتلخيصها داخل المواد الهلامية في الجسم الحي. هذه الطريقة، والتي تمكن الباحثين لدراسة الأوعية الدموية في الرئة محددة، من المرجح أن يؤدي إلى تطوير طرق علاجية جديدة لأنواع مختلفة من أمراض الرئة ودفع كثيرا من جهود لتجديد الرئة الكبار بنجاح.
يقدم هذا المقال طريقة جديدة لزرع المواد الحيوية على سطح الرئة المعيشة الماوس الكبار. مع هذا النظام، ولخص الأوعية الدموية المستمدة الرئة في استضافة بنجاح داخل المادة. هذا النظام يسمح للباحثين لاستكشاف الحديث المتبادل بين الخلايا البطانية، وخلايا أخرى (على سبيل ال?…
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل من جانب صناديق من جمعية القلب الأمريكية (AM)، وزارة الدفاع الأمريكية (BC074986)، ومستشفى كلية زمالة التطوير الوظيفي بوسطن للطفولة (TM، AM). الكتاب أشكر أماندا جيانغ جيانغ واليزابيث للحصول على المساعدة الفنية.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Fibrinogen from human placenta | Sigma | F4883 | For fabrication of fibrin gel |
Thrombin from bovine plasma | Sigma | T9549 | For fabrication of fibrin gel |
Recombinant mouse VEGF 164 | R&D | 493-MV | For supplementation to fibrin gel |
Recombinant mouse bFGF | R&D | 3139-FB | For supplementation to fibrin gel |
Rodent Intubation Stand | Braintree Scientific INC | RIS 100 | For intubation |
Fiber-Optic Light Source | Fisher Scientific | 12-565-35 | For intubation |
20G Elastic catheter | B.Braun | 4251652-02 | For intubation |
MiniVent Ventilator | Harvard Apparatus | CGS-8009 | For ventilation |
Stemi DV4 Steromicroscope | Fisher Scientific | 12-070-515 | For surgey |
Absobable suture | Ethicon | PDP304 | Surgical suture |
Antibody against CD31 | BD Biosciences | 553370 | Immunohistochemistry |
Antibody against AQP5 | Abcam | AB78486 | Immunohistochemistry |
Antibody against SP-B | Millipore | AB40876 | Immunohistochemistry |