Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Dissektion und Isolierung von regionenspezifisch dezellularisiertem Lungengewebe

Published: September 29, 2023 doi: 10.3791/65276

Summary

Hier wird ein Protokoll zur Isolierung von regional dezellularisiertem Lungengewebe vorgestellt. Dieses Protokoll bietet ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung von Komplexitäten in der extrazellulären Matrix und Zell-Matrix-Interaktionen.

Abstract

Die Lungentransplantation ist oft die einzige Option für Patienten in den späteren Stadien einer schweren Lungenerkrankung, die jedoch sowohl durch die Versorgung mit geeigneten Spenderlungen als auch durch die akute und chronische Abstoßung nach der Transplantation begrenzt ist. Die Entwicklung neuer biotechnologischer Ansätze für den Ersatz erkrankter Lungen ist unerlässlich, um das Überleben der Patienten zu verbessern und Komplikationen im Zusammenhang mit den derzeitigen Transplantationsmethoden zu vermeiden. Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung von dezellularisierten ganzen Lungen, denen zelluläre Bestandteile fehlen, die typischerweise die Ursache für akute und chronische Abstoßungsreaktionen sind. Da die Lunge ein so komplexes Organ ist, ist es von Interesse, die extrazellulären Matrixkomponenten bestimmter Regionen zu untersuchen, darunter das Gefäßsystem, die Atemwege und das Alveolargewebe. Ziel dieses Ansatzes ist es, einfache und reproduzierbare Methoden zu etablieren, mit denen Forscher regionsspezifisches Gewebe aus vollständig dezellularisierten Lungen sezieren und isolieren können. Das aktuelle Protokoll wurde für die Lunge von Schweinen und Menschen entwickelt, kann aber auch auf andere Tierarten angewendet werden. Für dieses Protokoll wurden vier Geweberegionen spezifiziert: Atemwege, Gefäße, Alveolen und Lungengewebe. Dieses Verfahren ermöglicht die Gewinnung von Gewebeproben, die den Inhalt des dezellularisierten Lungengewebes im Gegensatz zu herkömmlichen Bulk-Analysemethoden genauer darstellen.

Introduction

Lungenerkrankungen, einschließlich chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), idiopathischer Lungenfibrose (IPF) und Mukoviszidose (CF), sind derzeit nicht heilbar 1,2,3,4. Die Lungentransplantation ist oft die einzige Option für Patienten in späteren Stadien, jedoch bleibt dies eine begrenzte Option, sowohl aufgrund der Bereitstellung geeigneter Spenderlungen als auch aufgrund der akuten und chronischen Abstoßung nach der Transplantation 3,5,6. Daher besteht ein dringender Bedarf an neuen Behandlungsstrategien. Ein vielversprechender Ansatz in der respiratorischen Biotechnik ist die Anwendung von Gewebegerüsten, die aus dezellularisiertem nativem Lungengewebe hergestellt werden. Da azelluläre Gerüste der gesamten Lunge einen Großteil der Komplexität der Zusammensetzung der nativen extrazellulären Matrix (EZM) und der Bioaktivität beibehalten, wurden sie intensiv für das Whole-Organ-Engineering und als verbesserte Modelle für die Untersuchung von Lungenkrankheitsmechanismen untersucht 7,8,9,10. Parallel dazu besteht ein zunehmendes Interesse an der Verwendung von dezellularisiertem Gewebe aus verschiedenen Organen, einschließlich der Lunge, als Hydrogele und andere Substrate für die Untersuchung von Zell-Zell- und Zell-ECM-Interaktionen in Organoid- und anderen Gewebekulturmodellen 11,12,13,14,15,16,17 . Diese liefern relevantere Modelle als kommerziell erhältliche Substrate wie Matrigel, die aus Tumorquellen gewonnen werden. Allerdings sind die Informationen über aus der menschlichen Lunge gewonnene Hydrogele derzeit relativ begrenzt. Wir haben bereits Hydrogele beschrieben, die aus dezellularisierten Schweinelungen gewonnen wurden, und sowohl ihre mechanischen als auch materiellen Eigenschaften charakterisiert sowie ihre Nützlichkeit als Zellkulturmodelle nachgewiesen18,19. In einem kürzlich veröffentlichten Bericht wurde die anfängliche mechanische und viskoelastische Charakterisierung von Hydrogelen beschrieben, die aus dezellularisierten, normalen und erkrankten (COPD, IPF) menschlichen Lungen gewonnen wurden20. Wir haben auch erste Daten zur Charakterisierung des Glykosaminoglykangehalts von dezellularisierten normalen und COPD-menschlichen Lungen sowie deren Anwendbarkeit für die Untersuchung von Zell-Zell- und Zell-EZM-Interaktionenvorgestellt 11.

Diese Beispiele veranschaulichen die Leistungsfähigkeit der Verwendung von dezellularisierten menschlichen Lungen-ECMs für Untersuchungszwecke. Die Lunge ist jedoch ein komplexes Organ, und sowohl die Struktur als auch die Funktion variieren in verschiedenen Regionen der Lunge, einschließlich der EZM-Zusammensetzung und anderer Eigenschaften wie Steifigkeit21,22. Daher ist es von Interesse, die EZM in einzelnen Regionen der Lunge zu untersuchen, einschließlich der Luftröhre und der großen Atemwege, der mittleren und kleinen Atemwege und der Lungenbläschen sowie der großen, mittleren und kleinen Blutgefäße. Zu diesem Zweck haben wir eine zuverlässige und reproduzierbare Methode entwickelt, um dezellularisierte Lungen von Menschen und Schweinen zu sezieren und anschließend jede dieser anatomischen Regionen zu isolieren. Dies ermöglichte eine detaillierte Differentialanalyse des regionalen Proteingehalts sowohl in der normalen als auch in der erkrankten Lunge21.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit der IACUC der University of Vermont (UVM) durchgeführt. Alle menschlichen Lungen wurden von UVM Autopsy Services entnommen und die damit verbundenen Studien wurden gemäß den Richtlinien des IRB von UVM durchgeführt.

HINWEIS: Die Dezellularisierung der Lunge von Schweinen und Menschen wurde bereits von unserer Gruppe 7,8,9,10,21 beschrieben. Kurz gesagt, ganze Lungenlappen werden durch sequentielle Perfusion der Atemwege und Gefäße mit einer Reihe von 2-Liter-Detergenzien- und Enzymlösungen unter Verwendung einer Peristaltikpumpe dezellularisiert: 0,1 % Triton-X 100, 2 % Natriumdesoxycholat, 1 M Natriumchlorid, 30 μg/ml DNase/1,3 mM MgSO 4/2 mM CaCl2, 0,1 % Peressigsäure/4 % Ethanol, und eine Reinigung mit deionisiertem Wasser. Zu den Standardmethoden zur Bestätigung einer effizienten Dezellularisierung gehören die Bestimmung von <50 ng/mg doppelsträngiger DNA in dezellularisierten Lungen und die Abwesenheit von DNA-Fragmenten durch Gelelektrophorese sowie die Kernfärbung durch Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (H&E) 9,21.

1. Einrichtung

  1. Sammeln Sie alle notwendigen Geräte, die für das Präparieren erforderlich sind, einschließlich einer Glasauflaufform, zwei Paar chirurgischer Pinzetten, einer Pinzette und einer chirurgischen Schere, und eines Autoklaven, bevor Sie es verwenden.
  2. Entnehmen Sie einen Abschnitt der Lunge, legen Sie ihn in die Glasauflaufform und richten Sie ihn so aus, dass das obere Ende der Atemwege deutlich zu sehen ist.
  3. Identifizieren Sie das proximale Ende des Gefäßsystems und lassen Sie es bis zu späteren Schritten intakt. Das Ende des Gefäßsystems sollte deutlich sichtbar und vollständig undurchsichtig weiß sein.
  4. Entfernen Sie mit einer Pinzette und einer chirurgischen Schere alle Pleura, die möglicherweise die Außenseite der Lunge auskleidet, und entsorgen Sie sie.

2. Freilegung der Atemwege

  1. Arbeiten Sie mit einer Spreiztechnik mit der chirurgischen Schere vorsichtig vor, um die zusätzlichen Atemwege freizulegen.
    1. Suchen Sie den größten Atemweg, der in der Regel einen Durchmesser von ca. 2-4 cm hat. Eine weitere Möglichkeit, einen Atemweg zu identifizieren, ist die Betrachtung von Knorpelringen, die visuell oder durch Abtasten des Gewebes erkannt werden können.
    2. Tasten Sie mit einer Pinzette die Länge der Atemwege ab, um die Position des unsichtbaren Atemwegs bis zu einer Tiefe von etwa 1 Zoll zu bestimmen.
      HINWEIS: Da die Atemwege mit Knorpelringen ausgekleidet sind, sind sie charakteristisch härter als die anderen Lungengewebe. Daher sollte das Auffinden und Abtasten der unsichtbaren Atemwege relativ einfach sein.
    3. Halten Sie die chirurgische Schere parallel zu den Atemwegen und führen Sie die geschlossenen Spitzen in das Gewebe ein, das die unsichtbaren Atemwege direkt umgibt.
    4. Öffnen Sie langsam die chirurgische Schere, um die umgebende Membran vorsichtig auseinander zu ziehen. Entfernen Sie anschließend die chirurgische Schere und vermeiden Sie es, Gewebe zu schneiden.
    5. Wiederholen Sie diesen Vorgang während des gesamten Dissektionsverfahrens mit Unterbrechungen, um die Atemwege weiter freizulegen.
  2. Schneiden Sie mit der chirurgischen Schere die Atemwege an den Verzweigungspunkten ab und präparieren Sie entlang jeder Äste unabhängig voneinander.
    HINWEIS: Ein Verzweigungspunkt ist eine Stelle, an der sich ein Atemweg in zwei separate Atemwege aufteilt.
  3. Trennen Sie Regionen der Atemwege, sobald Sie sicher sind, dass die intakten Enden identifizierbar bleiben und für eine weitere Präparation leicht lokalisiert werden können.
  4. Legen Sie durchtrennte Bereiche der Atemwege in den entsprechenden Schlauch. Die Größe der abgetrennten Regionen variiert je nach Probe, liegt aber im Allgemeinen zwischen 1 und 5 cm Länge. Die Breite variiert je nach relativer Lage entlang des Atemwegsbaums, wobei die distalen Regionen eine geringere Breite aufweisen als die proximaleren Regionen.

3. Freilegen und Herausschneiden von Gefäßregionen

  1. Üben Sie sanften Druck auf die Gefäße aus und ziehen Sie sich langsam von den Atemwegen weg. Lassen Sie das Gefäßsystem leicht dehnen und verwenden Sie eine chirurgische Schere, um das Gefäßsystem weiter von den Atemwegen zu trennen.
    Anmerkungen: Zu viel Druck reißt das Gefäßsystem. Wenn das Gefäßsystem reißt, legen Sie einfach diesen Abschnitt des Gefäßsystems in den entsprechend beschrifteten Schlauch und identifizieren Sie sein intaktes Ende.
  2. Wenn eine Verzweigungsstelle im Gefäßbaum freigelegt wurde, verwenden Sie eine chirurgische Schere und Pinzette, um tiefere Regionen des Gefäßsystems freizulegen.
    1. Führen Sie zunächst die geschlossenen Spitzen der OP-Schere knapp unterhalb einer Verzweigungsstelle und zwischen den beiden entsprechenden Gefäßregionen ein.
    2. Öffnen Sie die Schere langsam, um das darunter liegende Gewebe auseinander zu spreizen.
    3. Verwenden Sie intermittierend eine Pinzette, um das Gewebe zu entfernen, das mit der chirurgischen Schere auseinandergespreizt wurde, sowie alle anderen Gewebe, die das Gefäßsystem direkt umgeben.
  3. Wenn das Gefäßsystem Regionen der Atemwege bedeckt oder für einen Schritt des Dissektionsverfahrens umständlich wird, durchtrennen Sie das Gefäßsystem an einem Verzweigungspunkt und präparieren Sie entlang eines der beiden Zweige unabhängig voneinander weiter.
  4. Trennen Sie Regionen des Gefäßsystems, sobald Sie sicher sind, dass die intakten Enden identifizierbar bleiben und für eine weitere Präparation leicht lokalisiert werden können.

4. Identifizierung und Entfernung von Alveolargewebe

  1. Kneifen Sie mit einer Pinzette oder Pinzette kleine Regionen des Alveolargewebes zusammen und reißen Sie sie dann vorsichtig ab.
    1. Lokalisieren Sie eine Geweberegion, die sich nicht in unmittelbarer Nähe der Atemwege oder der Gefäße befindet.
    2. Drücken Sie mit der Pinzette einen kleinen Bereich des Gewebes zusammen, der frei von Gefäßen oder Atemwegen zu sein scheint.
    3. Reißen Sie den eingeklemmten Bereich des Gewebes aus der Lunge.
  2. Beobachten Sie den Bereich des entnommenen Gewebes und bestätigen Sie, ob es sich um Alveolargewebe handelt oder nicht.
    HINWEIS: Alveolargewebe ist in der gesamten Lunge vorhanden und kann und sollte daher während des gesamten Dissektionsverfahrens entfernt werden. Jegliches Gewebe, das nicht leicht als primär Alveolen, Gefäße oder Atemwege identifiziert werden kann, sollte als Schüttgewebe kategorisiert und in das entsprechend gekennzeichnete Röhrchen gelegt werden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ein allgemeines Schema des Protokolls ist in Abbildung 1 dargestellt. Einmal gemeistert, ist die regionale Dissektion von dezellularisiertem Lungengewebe leicht reproduzierbar. Die Bestimmung der Kategorisierung jeder abgetrennten Gewebeprobe ist für den Erfolg des Dissektionsverfahrens unerlässlich. Gefäßgewebe ist wesentlich elastischer als die Atemwege, daher ist die Verwendung einer Pinzette zur Dehnung des Gewebes oft ein starker Indikator dafür, ob es sich bei einer bestimmten Probe um Gefäße oder Atemwege handelt. Typischerweise verläuft das Gefäßgewebe parallel zu den Atemwegen (Abbildung 2A). Gefäßgewebe neigt auch dazu, weißer und undurchsichtiger zu erscheinen (Abbildung 2B) als Atemwegsgewebe (Abbildung 2C). Die im Protokoll beschriebene chirurgische Scherenspreiztechnik ist in Abbildung 3 dargestellt. Größere Proben der Atemwege sind von Knorpelringen umgeben, die etwas weißer erscheinen als die Atemwege selbst. Daher ist die Beobachtung von Knorpelringen ein unmittelbarer Indikator dafür, dass es sich bei der fraglichen Probe um die Atemwege handelt (Abbildung 4). Die Bestimmung, ob es sich bei einer Probe hauptsächlich um Lungenbläschen handelt, ist etwas komplizierter, da die Lungenbläschen in der gesamten Lunge vorhanden sind und zu klein sind, um sie mit bloßem Auge zu beobachten. Einmal entfernt, neigt das Alveolargewebe dazu, sich in eine knollenartige Form zurückzuziehen und erscheint relativ homogen (Abbildung 5). Manchmal kann das Alveolargewebe gesprenkelt erscheinen, aber es sollte niemals sichtbare weiße Streifen enthalten, da dies auf das Vorhandensein von mittelgroßen bis großen Atemwegen oder Gefäßen hindeuten kann. In Fällen, in denen weiße Streifen oder andere nicht identifizierbare Strukturen beobachtet werden, sollte die Gewebeprobe als Bulk-Lunge kategorisiert und in das entsprechend gekennzeichnete Röhrchen gegeben werden. Dieser Dissektionsprozess ist ungenau und daher klassifizieren wir die Kategorie des alveolären Gewebes als alveolär angereichert. Mit diesem Protokoll ist es unmöglich, eine 100% reine Alveolargewebeprobe zu erhalten. Wir haben jedoch bereits mit Hilfe der Massenspektrometrie gezeigt, dass die EZM-Zusammensetzung zwischen einzelnen Regionen der dezellularisierten Lunge variiert, einschließlich der gesamten Lungen-EZM (wECM), der alveolär angereicherten EZM (aECM), der Atemwegs-ECM (airECM) und der Gefäß-ECM (vECM) (Abbildung 6A-F)21. Insbesondere haben wir in dezellularisierten Lungen, die von Patienten ohne Lungenerkrankung in der Vorgeschichte gewonnen wurden, eine Anreicherung von Basalmembran-assoziierten Proteinen (d.h. Lamininen) in aECM charakterisiert, während airECM mit Knorpel-assoziierten EZM-Proteinen, wie Aggrecan (ACAN), angereichert ist und vECM mit Fibronektin (FN1) und anderen löslichen EZM-Proteinen, die mit Blutgefäßen assoziiert sind, angereichert ist (Abbildung 6G, H)21. Darüber hinaus haben wir bereits gezeigt, dass die EZM-Zusammensetzung bei Patienten mit IPF oder COPD regionenspezifisch verändert ist, was die Notwendigkeit von Methoden zur Befragung einzelner Lungenregionen unterstreicht, wie hier beschrieben21.

Figure 1
Abbildung 1: Schematische Darstellung des gesamten Dezellularisierungs- und Dissektionsprozesses der Lunge. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 2
Abbildung 2: Beispiel, das den Unterschied zwischen dezellularisiertem Atemwegs- und Gefäßgewebe während der Dissektion zeigt . (A) Anfängliche Anatomie mit nebeneinander liegenden Atemwegen und Gefäßen. (B) Atemwege und (C) Gefäße, die jeweils mit einer Pinzette gehalten werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 3
Abbildung 3: Verfahren zur Identifizierung und Entnahme von Gefäßen . (A) Ein großer Bereich des Lungengefäßsystems wird mit einer Pinzette aufrecht gehalten. Es gibt keine Knorpelringe und das Gewebe hat ein gewisses Maß an Elastizität, was bestätigt, dass es sich bei der Probe um ein Gefäßsystem handelt. (B) Eine chirurgische Schere wird verwendet, um den oberen Teil des Gefäßsystems vorsichtig zu durchtrennen. (C) Unter dem Schnitt wird mehr als genug Gefäßsystem zurückgehalten, so dass es leicht verlagert und weiter präpariert werden kann. (D) Ein Abschnitt mit distaleren Gefäßen, der durchtrennt werden kann. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 4
Abbildung 4: Verfahren zur Identifizierung und Entnahme von Atemwegen . (A) Ein großer Bereich der Atemwege wird mit einer Pinzette aufrecht gehalten. Das Bild zeigt klare Knorpelringe, die bestätigen, dass sich die Probe in den Atemwegen befindet. (B) Eine chirurgische Schere wird verwendet, um den oberen Teil der Atemwege vorsichtig zu durchtrennen. (C) Unter dem Schnitt bleiben mehr als genügend Atemwege zurück, so dass er leicht verlagert und weiter präpariert werden kann. (D) Die durchtrennten Atemwege werden in den entsprechend beschrifteten Schlauch gelegt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 5
Abbildung 5: Beispiel für eine repräsentative Probe von Alveolargewebe. Isoliertes Alveolargewebe wird mit einer Pinzette zur Untersuchung hochgehalten. Die Alveolargewebeprobe ist nach der Entnahme aus der Lunge kugelförmig und gleichmäßig gefärbt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 6
Abbildung 6: Das dezellularisierte Lungenmatrisom variiert je nach anatomischer Region. Repräsentatives Bild einer dezellularisierten menschlichen Lunge auf der ventralen (A) und dorsalen (B) Seite und anschließender Dissektion zu isolierten Atemwegs- (C) und vaskulären (D) Bäumen. € Gemahlene ECM-Pulver mit flüssigem Stickstoff aus der gesamten dezellularisierten Lungen-ECM (wECM) sowie aus mit Alveolen angereicherten (aECM), mit Atemwegen angereicherten (airECM) und mit Gefäßen angereicherten (vECM) Regionen. (F) Diagramm der Hauptkomponentenanalyse (PCA), das die Ähnlichkeit der Gesamtmatrisomzusammensetzung zwischen regionsspezifischen Proben zeigt. (G) Verhältnis der mittleren Zusammensetzung der Basalmembran aus dezellularisierten lungenspezifischen Regionen. (H) Heatmap der Top 25 Matrixosomenproteine in allen dezellularisierten Lungenregionen. Diese Abbildung ist ein Nachdruck von Hoffman et al.21. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dezellularisiertes Gewebe von Menschen und anderen Spezies wird häufig als Biomaterial für die Untersuchung der EZM-Zusammensetzung sowie der Zell-EZM-Interaktionen in Ex-vivo-Kulturmodellen, einschließlich 3D-Hydrogelen, verwendet12,13. Ähnlich wie andere Organe wurden dezellularisierte Lungen in der Vergangenheit verwendet, um Unterschiede in der EZM-Zusammensetzung in gesunden und kranken (d. h. emphysematösen und IPF) Lungen zu bestimmen, und werden zunehmend als Hydrogele zur Untersuchung der EZM-Dynamik und der Zell-EZM-Interaktionen eingesetzt 7,8,9,10,11,14,15,16,17, 18,19,20. Proteom- und Hydrogelstudien in dezellularisierten Lungen haben jedoch nur die Lunge als Ganzes betrachtet und sind daher nicht in der Lage, die Rolle einzelner anatomischer Regionen für die Gesamtstudienergebnisse zu bestimmen. Da die Lunge ein komplexes Organ ist, das in seiner physiologischen Rolle, Zusammensetzung und Struktur zwischen den anatomischen Regionen drastisch variiert, ist es wichtig, Methoden zu entwickeln, um diese einzelnen Regionen separat zu untersuchen21,22. In dieser Arbeit beschreiben wir eine innovative Methode zur Ableitung einzelner anatomischer Regionen (alveolär angereicherte Regionen, Atemwegs- und Gefäßregionen) aus dezellularisierten Lungen für eine Vielzahl von nachgeschalteten Anwendungen, einschließlich proteomischer Charakterisierung und ex vivo Hydrogelstudien21

Nach der Dezellularisierung der gesamten Lunge beschreibt unsere Methode ein schrittweises Dissektionsprotokoll zur Anreicherung der Atemwege und Gefäßbäume. Die Sorgfalt ist der wichtigste Aspekt des Dissektionsverfahrens, um eine bestimmte Probe nicht falsch zu identifizieren oder eine Geweberegion willkürlich zu durchtrennen. Eine mögliche Folge von Letzterem ist, dass man den Überblick darüber verliert, wohin die Atemwege oder Gefäße innerhalb der Lunge geleitet werden. Derzeit ist es am besten, die Atemwege oder Gefäße mit einer Pinzette zu halten, bis das Gewebe bis zu dem Punkt freigelegt ist, an dem es entnommen werden kann. In Zukunft könnten Modifikationen dieses Protokolls das Anbringen einer Klemme am freiliegenden Ende der Atemwege oder des Gefäßsystems umfassen, was eine ständige Identifizierung des aktiv präparierten Gewebes ermöglichen würde. Zu den bisherigen Modifikationen gehörte die Einführung einer Spreiztechnik mit einer chirurgischen Schere, die im Protokoll beschrieben ist. Vor der Anwendung einer Spreiztechnik wurde eine manuelle Methode zur Freilegung der Atemwege oder Gefäße durchgeführt, bei der umliegendes Gewebe abgerissen wurde. Diese Modifikation ist effektiver bei der Freilegung der Atemwege oder des Gefäßsystems und begrenzt das Ausmaß der Schädigung des umliegenden Gewebes, das dann weiter in regionsspezifische Proben zerlegt werden kann.

Eine Einschränkung dieses Verfahrens besteht darin, dass es schwierig sein kann, das versehentliche Durchtrennen kleiner Gefäße und Atemwege zu vermeiden, da diese immer empfindlicher werden, sobald sie kleinere Durchmesser erreichen. Daher ist es vorteilhafter, auf die Beschaffung extrem kleiner Atemwege und Gefäße zu verzichten und die Region stattdessen als Bulk zu kategorisieren. Dies ist völlig akzeptabel, da das Lungengewebe eine Mischung aus allen Arten von Lungengewebe enthalten soll. Eine weitere Einschränkung ist die Schwierigkeit, reines Alveolargewebe zu isolieren, ohne dass die Probe Spuren von Gefäßen oder Atemwegen enthält. Eine einfache Möglichkeit, dies zu vermeiden, besteht darin, kleine Proben von Alveolargewebe (ca. 5 mm3) zu entnehmen, so dass die Mitte der Gewebeprobe weniger wahrscheinlich unerwünschte Gewebetypen enthält.

Die beschriebenen Methoden sind neuartig und uns sind derzeit keine anderen regionsspezifischen Lungendissektionsmethoden bekannt. Dieses Protokoll bietet die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Regionen der Lunge zu unterscheiden, was ein robusteres wissenschaftliches Verständnis der Zusammensetzung ermöglicht.

Dieses Dissektionsprotokoll könnte Anwendungen bei der Herstellung von Hydrogelen für 2D- und 3D-Zellkulturanwendungen sowie bei der Entwicklung von Biotinten für 3D-Druckanwendungen haben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Keiner der Autoren hat Interessenkonflikte.

Acknowledgments

Die Autoren danken den UVM-Autopsiediensten für die Beschaffung menschlicher Lungen und Robert Pouliot PhD für seine Beiträge zu den gesamten Dissektionstechniken. Diese Studien wurden durch R01 HL127144-01 (DJW) unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bonn Scissors Fine Science Tools 14184-09
Dumont #5 - Fine Forceps Fine Science Tools 11254-02
Forceps, Curved, S/S, Blunt, Serrated - 130mm CellPath N/A
Hardened Fine Scissors Fine Science Tools 14090-11
Moria Iris Forceps Fine Science Tools 11373-22
Pyrex Glass Casserole Dish Cole-Parmer 3175-10

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. López-Campos, J. L., Tan, W., Soriano, J. B. Global burden of COPD. Respirology. 21 (1), 14-23 (2016).
  2. Raherison, C., Girodet, P. -O. Epidemiology of COPD. European Respiratory Review. 18 (114), 213-221 (2009).
  3. Glass, D. S., et al. Idiopathic pulmonary fibrosis: Current and future treatment. The Clinical Respiratory Journal. 16 (2), 84-96 (2022).
  4. Dickinson, K. M., Collaco, J. M. Cystic Fibrosis. Pediatrics in Review. 42 (2), 55-67 (2021).
  5. DeFreitas, M. R., McAdams, H. P., Azfar Ali, H., Iranmanesh, A. M., Chalian, H. Complications of lung transplantation: update on imaging manifestations and management. Radiology: Cardiothoracic Imaging. 3 (4), e190252 (2021).
  6. Young, K. A., Dilling, D. F. The future of lung transplantation. Chest. 155 (3), 465-473 (2019).
  7. Wagner, D. E., et al. Comparative decellularization and recellularization of normal versus emphysematous human lungs. Biomaterials. 35 (10), 3281-3297 (2014).
  8. Booth, A. J., et al. Acellular normal and fibrotic human lung matrices as a culture system for in vitro investigation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 186 (9), 866-876 (2012).
  9. Uhl, F. E., Wagner, D. E., Weiss, D. J. Preparation of decellularized lung matrices for cell culture and protein analysis. Methods in Molecular Biology. 1627, 253-283 (2017).
  10. Wagner, D. E., et al. Three-dimensional scaffolds of acellular human and porcine lungs for high throughput studies of lung disease and regeneration. Biomaterials. 35 (9), 2664-2679 (2014).
  11. Uhl, F. E., et al. Functional role of glycosaminoglycans in decellularized lung extracellular matrix. Acta Biomaterialia. 102, 231-246 (2020).
  12. Saldin, L. T., Cramer, M. C., Velankar, S. S., White, L. J., Badylak, S. F. Extracellular matrix hydrogels from decellularized tissues: structure and function. Acta Biomaterialia. 49, 1-15 (2017).
  13. Giobbe, G. G., et al. Extracellular matrix hydrogel derived from decellularized tissues enables endodermal organoid culture. Nature Communications. 10 (1), 5658 (2019).
  14. Petrou, C. L., et al. Clickable decellularized extracellular matrix as a new tool for building hybrid-hydrogels to model chronic fibrotic diseases in vitro. Journal of Materials Chemistry. B. 8 (31), 6814-6826 (2020).
  15. Nizamoglu, M., et al. An in vitro model of fibrosis using crosslinked native extracellular matrix-derived hydrogels to modulate biomechanics without changing composition. Acta Biomaterialia. 147, 50-62 (2022).
  16. Marhuenda, E., et al. Lung extracellular matrix hydrogels enhance preservation of type ii phenotype in primary alveolar epithelial cells. International Journal of Molecular Sciences. 23 (9), 4888 (2022).
  17. Zhou, J., et al. Lung tissue extracellular matrix-derived hydrogels protect against radiation-induced lung injury by suppressing epithelial-mesenchymal transition. Journal of Cellular Physiology. 235 (3), 2377-2388 (2020).
  18. Pouliot, R. A., et al. Development and characterization of a naturally derived lung extracellular matrix hydrogel. Journal of Biomedical Materials Research. Part A. 104 (8), 1922-1935 (2016).
  19. Pouliot, R. A., et al. Porcine lung-derived extracellular matrix hydrogel properties are dependent on pepsin digestion time. Tissue Engineering. Part C, Methods. 26 (6), 332-346 (2020).
  20. de Hilster, R. H. J., et al. Human lung extracellular matrix hydrogels resemble the stiffness and viscoelasticity of native lung tissue. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 318 (4), L698-L704 (2020).
  21. Hoffman, E. T., et al. Regional and disease specific human lung extracellular matrix composition. Biomaterials. 293, 121960 (2023).
  22. Sicard, D., et al. Aging and anatomical variations in lung tissue stiffness. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 314 (6), L946-L955 (2018).

Tags

Bioengineering Heft 199
Dissektion und Isolierung von regionenspezifisch dezellularisiertem Lungengewebe
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hoffman, E. T., Downs, I. D., Young, More

Hoffman, E. T., Downs, I. D., Young, B., Asarian, L., Weiss, D. J. Dissection and Isolation of Region-Specific Decellularized Lung Tissue. J. Vis. Exp. (199), e65276, doi:10.3791/65276 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter