1.15: Tüm Organ Doku Kültürü

Kısmi veya bütün organların in vitro kültürleri, çeşitli test koşullarında doku ve organ fonksiyonunu doğru bir şekilde modellemek için sıklıkla kullanılır. Tüm organ kültürü, doğal organ yapısını kullanmak için eksize edilmiş bir organın hücreden arındırılmasını veya hücrelerin çıkarılmasını içerebilir. Bunu yeni hücrelerle yeniden hücreselleştirme takip eder. Özel biyoreaktörlerin kullanımı, vücuttaki doku büyümesini taklit etmek için genellikle yeniden hücrelendirme sürecine dahil edilir. Bu video, tüm organ doku kültürünün arkasındaki temel prensipleri tanıtacak ve laboratuvardaki prosedürü gösterecektir.

Bu süreç bir donör organın toplanması ile başlar. Bu örnekte, bir maymundan alınan bir donör akciğerini gösteriyoruz. Deterjan perfüzyonu adı verilen bir işlemle, izole edilen organ, bir dizi yıkama ile doğal hücre popülasyonundan sistematik olarak temizlenir ve bu da steril bir aselüler organ matrisi ile sonuçlanır. Daha sonra, doku matrisi, yerleşik bir kök hücre hattı gibi belirli hücre tipleri kullanılarak yeniden hücreselleştirilir. Hücreler, otolog hücre nakli adı verilen mühendislik dokusunu alan kişi tarafından da bağışlanabilir. Bu, reddedilmeyi azaltır ve organın biyouyumluluğunu artırır. Alternatif olarak, hücreler allojenik transplantasyon adı verilen farklı bir donörden kullanılabilir. Potansiyel alıcıdan yeterli sayıda hücre toplanamazsa, bunun takip edilmesi gerekebilir. Hücreler organa tohumlandıktan sonra, hücre çoğalmasını uyarmak ve doku büyümesini yönlendirmek için doku biyoreaktörleri kullanılır. Bu reaktörler, organı dinamik olarak kültürlemeyi ve in vivo olarak bulunan doğal ortamı taklit etmeyi amaçlar. Örneğin, kan akışını simüle etmek için organ peristaltik bir pompaya bağlanabilir. Artık organ kültürünün ilkelerini öğrendiğinize göre, donör akciğerlerinin tüm organ kültürünü içeren örnek bir prosedüre göz atalım.

Başlamak için, donör akciğerler bir diseksiyon tepsisine yerleştirilir ve pulmoner arter, açık boşluğa bir dişi luer konektörü sokularak kanüle edilir. Daha sonra trakeal açıklığa ikinci bir dişi luer konektörü yerleştirilir. Mililitre başına 30 birim heparin ve mililitre başına beş mikrogram sodyum nitroprussid içeren fosfat tamponlu salin veya PBS, daha sonra kan damarlarının genişlemesini ve sıkışan havanın akciğerlerden uzaklaştırılmasını kolaylaştırmak için damlatılır. Çözelti doğal geri tepme ile dışarı atılır ve kalan kanı çözmek için çözeltiyi akciğerlerde tutmak için kanülü kapatmadan önce iki kez daha tekrarlanır. Daha sonra sıvı drenajını kolaylaştırmak için her iki kulakçık yırtılır ve trakeal luer kanül başlığı çıkarılır. Perfüzyon, PBS, heparin ve sodyum nitroprussid solüsyonu ile pulmoner vaskülatürden mümkün olduğunca fazla kan alınana kadar devam eder. Hücre gidermeye başlamak için akciğerler şişirilir ve deiyonize su ile nüfuz edilir. Beş arteriyel ve vasküler yıkamadan sonra, akciğerler sudan çıkarılır ve organ matrisini en az düzeyde etkilerken hücreleri çıkarmak için Triton adı verilen bir deterjana batırılır. Akciğerler, gece boyunca dört santigrat derecede inkübe edilmeden önce Triton çözeltisi ile iki kez daha şişirilir. İnkübasyondan sonra, akciğerler taze deiyonize su ile beş kez daha yıkanır. Daha sonra, akciğerler% 2 sodyum deoksikolat çözeltisine batırılır ve daha sonra hücrelerden arındırmayı ve hücresel kalıntıların uzaklaştırılmasını kolaylaştırmak için su ve tampon çözeltisi ile birkaç kez daha yıkanır. Tamamen temizlendiğinde, organ kullanıma kadar dört santigrat derecede steril PBS çözeltisinde saklanır.

Akciğerlerin doğal davranışını taklit etmek için, burada gösterildiği gibi özel bir biyoreaktör kullanılabilir. İlk olarak, reaktörün ana odası, %5 karbondioksit atmosferine dengelenmiş% 5 kültür ortamı ile doldurulur. Daha sonra organ kurulur. Bağlandıktan sonra, kapak sabitlenir ve bir şırınga kullanılarak borudaki tüm hava çıkarılır. Biyoreaktör daha sonra dengelemek için bir doku kültürü inkübatörüne taşınır. Daha sonra, akciğerler her iki dakikada bir yaklaşık bir tam nefesle havalandırılır ve besiyeri, peristaltik pompa aracılığıyla, dakikada yaklaşık 10 mililitre hızla toplam 30 dakika boyunca damar sistemi boyunca dolaştırılır.

Hava yolu tohumlaması için, akciğerler kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücreler içeren bir hücre süspansiyonu ile şişirilir. Akciğerlerde meydana gelen oksijen ve karbondioksit gazı değişiminden sorumlu olan alveolleri yeniden hücrelendirmek. Akciğerler daha sonra hücrelerin hücreden arındırılmış matrise bağlanmasına izin vermek için gece boyunca inkübe edilir. Gece boyunca inkübasyondan sonra, ventilasyon yeniden başlatılır ve hücrelerin birkaç gün boyunca organ matrisinde büyümesine izin verilir. Daha sonra, vasküler tohumlama, küçük damarların yeniden hücreselleşmesini başlatmak için peristaltik pompa kullanılarak endotel hücrelerinin kademeli olarak eklenmesiyle tamamlanır ve daha sonra hücresel doğru bir organın gelişimini kolaylaştırmak için birkaç saat boyunca statik olarak kültürlenir. Kültür ortamı tekrar dolaştırılır ve hücreler, dinamik koşullar altında büyümeyi ve bağlanmayı teşvik etmek için bir hafta boyunca kültürlenir. Doku büyümesi tamamlandıktan sonra, hem mezenkimal kök hücrelerin hem de endotel hücrelerinin damar sistemi ve organın hava yolu üzerine bağlanmasını ve büyümesini doğrulamak için histoloji yapılır. Histoloji, mezenkimal kök hücrelerin ve endotel hücrelerinin, matriks iskelesi içindeki alveollere ve küçük vasküler damarlara bağlanmasını gösterir ve doğal akciğer dokusu görünümünü oluşturur.

Artık tüm organ kültürü hakkında bilgi edindiğinize göre, bu teknolojinin rejeneratif tıp ve organ replasmanının birincil odağı dışındaki bazı pratik uygulamalarına bir göz atalım. Tüm organ kültürü, farmasötik ajanları veya ilaç dağıtım cihazlarını test etmenin bir yolu olarak da kullanılabilir. Örneğin, bu çalışmada, deneysel farmasötik ajanların organ ve doku boyunca nasıl taşındığını gözlemlemek için embriyonik fare tiroidleri ekildi, kültürlendi ve bir organ modeli olarak kullanıldı. Bu simülasyon nihayetinde bir ilacın in vivo olarak bir organ içinde nasıl aktarıldığının daha gerçekçi bir temsiline yol açabilir. Son olarak, tüm organ doku kültürü, çeşitli koşullar altında dokuların davranışlarını incelemek için kullanılabilir. Örneğin, disk dejenerasyonunun olası mekanizmalarını incelemek için sığır kuyruklarından intervertebral diskler toplandı. Bu yüklerin dejenerasyonu nasıl etkilediğini daha iyi anlamak için disk üzerinde mekanik yüklemeyi indüklemek için özel olarak tasarlanmış biyoreaktörler kullanıldı.

Az önce Jove'un Tüm Organ Dokusu Kültürü hakkındaki videosunu izlediniz. Artık tüm organların in vitro olarak nasıl kültürlenebileceğini ve bu tekniğin biyomühendislik alanında nasıl uygulandığını anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler.