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.
स्टेम सेल अनुसंधान और बायोइन्जिनियरिंग तकनीक में हाल ही में उल्लेखनीय प्रगति पुनर्जन्म और आर्थोपेडिक और periodontal क्षेत्रों में साधारण ऊतकों में क्षति की मरम्मत के लिए biomaterials के उपयोग में काफी प्रगति की है। अंग उत्थान की जैविक प्रक्रियाओं को अच्छी तरह से पता लगाया नहीं किया गया है क्योंकि हालांकि, संरचनाओं और इस तरह के फेफड़ों के रूप में और अधिक जटिल तीन आयामी (3 डी) अंगों के कार्यों को पुनर्जीवित करने का प्रयास बहुत सफल नहीं किया गया है। यह एंजियोजिनेसिस, नई रक्त वाहिकाओं के गठन, अंग उत्थान में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि स्पष्ट होता जा रहा है। नवनियुक्त vasculatures ऑक्सीजन, पोषक तत्वों और अंग उत्थान के लिए आवश्यक हैं कि विभिन्न सेल घटकों वितरित लेकिन यह भी regenerating स्थानीय ऊतकों को शिक्षाप्रद संकेतों प्रदान नहीं केवल गठन किया था। इसलिए, सफलतापूर्वक एक वयस्क में फेफड़ों को पुनर्जीवित करने के लिए, तो वह स्थानीय फेफड़ों के ऊतकों की ड्राइव उत्थान angiogenesis में जो फेफड़ों के विशिष्ट microenvironments पुनरावृत्ति करने के लिए आवश्यक है। सह यद्यपिnventional में विवो ऐसे हाइड्रोजेल (जैसे, आतंच या कोलेजन जैल या Matrigel – Engelbreth-होल्म-झुंड माउस सार्कोमा कोशिकाओं द्वारा स्रावित ईसीएम प्रोटीन मिश्रण) अमीर बाह्य मैट्रिक्स (ईसीएम) के चमड़े के नीचे आरोपण के रूप में एंजियोजिनेसिस assays, बड़े पैमाने पर पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है फेफड़ों में biomaterials के Orthotopic आरोपण के लिए तरीकों अच्छी तरह से स्थापित नहीं किया गया है क्योंकि angiogenesis के सामान्य तंत्र, फेफड़ों-विशिष्ट एंजियोजिनेसिस अच्छी तरह विशेषता नहीं किया गया है। इस प्रोटोकॉल के लक्ष्य को जेल के अंदर मेजबान फेफड़ों व्युत्पन्न angiogenesis के सफल आवृत्ति के लिए अनुमति देता है, रहने वाले वयस्क माउस के फेफड़ों की सतह पर आतंच जेल प्रत्यारोपण के लिए एक अनूठा तरीका लागू है। यह दृष्टिकोण फेफड़ों-विशिष्ट microenvironment सामान्य और रोग की स्थिति में दोनों angiogenesis और वायुकोशीय उत्थान को नियंत्रित करता है जिसके द्वारा तंत्र का पता लगाने के लिए शोधकर्ताओं सक्षम बनाता है। प्रत्यारोपित biomaterials के रिलीज के बाद से सटे एल के भौतिक और रासायनिक संकेतों की आपूर्ति औरUng ऊतकों, रोगग्रस्त फेफड़ों पर इन biomaterials के आरोपण संभावित फेफड़ों के रोगों के विभिन्न प्रकारों के लिए नई चिकित्सकीय दृष्टिकोण विकसित करने के लिए शोधकर्ताओं, सक्रिय करने के लिए आसन्न रोगग्रस्त ऊतकों मानक के अनुसार कर सकते हैं।
इस प्रोटोकॉल के समग्र लक्ष्य के शोधकर्ताओं फेफड़ों संवहनी और वायुकोशीय विकास की आणविक तंत्र को चिह्नित करने के लिए अनुमति देता है जो वयस्क माउस, की फेफड़ों के सतह पर आतंच जेल प्रत्यारोपण के लिए एक विधि लागू करने के लिए, और सक्षम biomimetic सामग्री विकसित करने के लिए इस ज्ञान का लाभ उठाने के लिए है विभिन्न फेफड़ों के रोगों के इलाज के लिए शारीरिक फेफड़ों संवहनी और वायुकोशीय गठन recapitulating की।
35 लाख से अधिक अमेरिकियों क्रोनिक प्रतिरोधी फेफड़े के रोग और फेफड़े के तंतुमयता सहित पुरानी फेफड़ों के रोगों से ग्रस्त हैं। इन रोगियों को काफी उनके दैनिक जीवन 1-3 ख़राब है जो इस तरह की सांस की तकलीफ, सीने में जकड़न, सता खांसी, और थकान के रूप में लंबे समय तक चलने क्रोनिक श्वसन लक्षण है। इन फेफड़ों के रोगों के लिए प्रभावी उपचार विकसित करने के लिए प्रयास की एक बड़ी राशि के बावजूद, वर्तमान में कोई इलाज नहीं है; इसलिए, इन रोगियों के लिए जीवन की गुणवत्ता में गरीब और आर्थिक है और मानव लागत हाय कर रहे हैंजीएच 4-7। वर्तमान में, फेफड़ों प्रत्यारोपण अंतिम चरण पुरानी फेफड़ों के रोगों के साथ रोगियों को बचाने के लिए एक ही रास्ता है। हालांकि, क्योंकि प्रत्यारोपण दाताओं, उच्च लागत, गंभीर जटिलताओं, और कम जीवित रहने की दर 8-11 की कमी की वजह से, प्रत्यारोपण के एक इष्टतम तरीका नहीं है। ऊतक इंजीनियरिंग तकनीक में हाल ही में तेजी से प्रगति की मूल कोशिकाओं या प्रेरित स्टेम (आईपीएस) कोशिकाओं 12,13 के विभिन्न प्रकारों के साथ decellularized पूरे फेफड़ों repopulating द्वारा प्रत्यारोपण फेफड़ों bioengineer शोधकर्ताओं के लिए सक्षम है। हालांकि, इन bioengineered फेफड़ों केवल आरोपण 12,14,15 के बाद कई घंटे के लिए मेजबान पशुओं में कार्य कर रहे हैं। फेफड़ों की जटिल संरचना और कार्यों को पुनर्जीवित करने के लिए biomaterials के उपयोग भी काफी असफल रहा है। वयस्क फेफड़ों के उत्थान है कि सरकार कुंजी जैविक प्रक्रियाओं को अच्छी तरह से पता लगाया नहीं किया गया है क्योंकि यह हो सकता है। फेफड़ों में, नाड़ी तंत्र के गठन जल्द से जल्द और सबसे महत्वपूर्ण घटनाओं में से एक duri हैएनजी के विकास और उत्थान 16-21। हाल में ही ऑक्सीजन, पोषक तत्वों और अंग गठन के लिए आवश्यक विभिन्न सेल घटकों देने, बल्कि आसपास की कोशिकाओं को 22-25 के लिए शिक्षाप्रद विनियामक संकेतों प्रदान नहीं फेफड़ों में vasculatures का गठन किया। इस प्रकार, एंजियोजिनेसिस वयस्क फेफड़ों 24,26,27 में पुनर्योजी alveolarization में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसके अलावा, अविनियमित एंजियोजिनेसिस ऐसे क्रोनिक प्रतिरोधी फेफड़े के रोग (सीओपीडी) 28, bronchopulmonary डिस्प्लासिया (बीपीडी) 21-23, और फेफड़े फाइब्रोसिस 29 के रूप में पुरानी फेफड़ों के रोगों के लिए योगदान देता है। इस प्रकार, फेफड़ों इंजीनियरिंग या पुरानी फेफड़ों के रोगों के इलाज के लिए और अधिक कुशल रणनीति विकसित करने के लिए, यह फेफड़ों-विशिष्ट angiogenesis के मौलिक तंत्र को समझने के लिए आवश्यक है।
प्रत्येक अंग शारीरिक और रोग की स्थिति 30-33 के बीच भिन्न हो सकती है, जो अद्वितीय यांत्रिक और रासायनिक गुणों, प्रदर्शित करता है। ये अंग विशेष microenvironबयान endothelial सेल व्यवहार को विनियमित करने और एक अंग विशेष तरीके 24,34-36 में संवहनी नेटवर्क के गठन आर्केस्ट्रा। इस प्रकार, फेफड़ों के उत्थान के लिए और अधिक कुशल रणनीति विकसित करने, फेफड़ों-विशिष्ट angiogenesis के अंतर्निहित तंत्र समझ में आ जाना चाहिए। इस तरह के चमड़े के नीचे हाइड्रोजेल आरोपण के रूप में विवो पारंपरिक एंजियोजिनेसिस assays के angiogenesis अनुसंधान 37-39 के लिए बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया है, उन तरीकों अंग विशेष एंजियोजिनेसिस पुनरावृत्ति नहीं है। हाल ही में, माउस फेफड़ों पर एक इलास्टिक सांचे में Matrigel प्रत्यारोपण के लिए एक उपन्यास विधि विकसित की है और सफलतापूर्वक जैल 22 में रक्त वाहिकाओं और फेफड़ों के उपकला कोशिकाओं की भर्ती के लिए दिखाया गया है। यह अनूठा तरीका शोधकर्ताओं शारीरिक और रोग की स्थिति में रक्त वाहिकाओं और गैर-संवहनी फेफड़ों की कोशिकाओं के बीच फेफड़ों-विशिष्ट angiogenesis के तंत्र के रूप में अच्छी तरह से बातचीत का पता लगाने के लिए अनुमति देगा। 1) Matrigel नैदानिक आवेदन के लिए उपयुक्त नहीं है; 2) ईएक और अधिक नैदानिक प्रासंगिक दृष्टिकोण के रूप में, हाइड्रोजेल और मेजबान फेफड़े के ऊतकों और 3) फेफड़ों पर लोचदार ढालना संभावित श्वसन के दौरान फेफड़ों की कार्यक्षमता और दर्द की हानि का कारण बनता है के बीच बातचीत प्रभावित कर सकता है जेल कास्ट करने के लिए इस्तेमाल किया lastic मिट्टी, एक 3 डी आतंच मैट्रिक्स वाहिकाजनक कारकों से युक्त (संवहनी endothelial वृद्धि कारक (वीईजीएफ़) / बुनियादी fibroblast वृद्धि कारक (bFGF)) लोचदार सांचे में कास्टिंग बिना माउस फेफड़ों पर प्रत्यारोपित कर दिया गया है, और सफलतापूर्वक मेजबान फेफड़ों व्युत्पन्न एंजियोजिनेसिस recapitulated गया है। आतंच जेल, थ्रोम्बिन-cleaved फाइब्रिनोजेन से उत्पन्न बहुलक तंतुओं, फंसाने के लिए विवो 40,41 में angiogenesis में तेजी लाने के लिए इस तरह के bFGF और वीईजीएफ़ रूप वाहिकाजनक कारकों की एक किस्म में जाना जाता है। क्योंकि इसके पुनर्योजी क्षमता और biodegradable प्रकृति 42 की, आतंच जेल व्यापक रूप से ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में प्रयोग किया जाता है।
इस अनुच्छेद के रहने वाले Adul के फेफड़ों की सतह पर आतंच जेल प्रत्यारोपण के लिए एक उपन्यास और अद्वितीय दृष्टिकोण का परिचयटी माउस और मेजबान फेफड़ों व्युत्पन्न एंजियोजिनेसिस विवो में जैल अंदर recapitulated है कि यह दर्शाता है। फेफड़ों के विशिष्ट एंजियोजिनेसिस अध्ययन करने के लिए सक्षम बनाता है शोधकर्ताओं जो इस विधि की संभावना फेफड़ों के रोगों के विभिन्न प्रकारों के लिए नई चिकित्सकीय दृष्टिकोण के विकास के लिए नेतृत्व और काफी सफलतापूर्वक वयस्क फेफड़ों को पुनर्जीवित करने के प्रयासों को अग्रिम जाएगा।
यह लेख वयस्क माउस रहने के फेफड़ों की सतह पर biomaterials के प्रत्यारोपण के लिए एक नई विधि का परिचय। इस प्रणाली के साथ, मेजबान फेफड़ों व्युत्पन्न एंजियोजिनेसिस सफलतापूर्वक सामग्री के अंदर recapitulated है। इस प्रणाली ?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन (एएम), अमेरिका के रक्षा विभाग (BC074986), और बोस्टन बच्चों के अस्पताल संकाय कैरियर विकास फैलोशिप (टीएम, एएम) से धन के द्वारा समर्थित किया गया। लेखकों तकनीकी सहायता के लिए अमांडा जियांग और एलिसाबेथ जियांग धन्यवाद।
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 |