Pnömonektomi Sonrası Endotelyal Glikokaliksin 3D Akışkan Çipte Modellenmesi - Vasküler Tabanlı Çip Üzerinde Organ Sistemi Üretmeye Yönelik Bir Yaklaşım
16 Eylül 2025
Burada, pnömonektomiyi taklit etmek için tasarlanmış bir çip üzerinde organ (OOC) sistemi oluşturmak için bir protokol sunuyoruz. Bu sistem, glikokaliks bozukluğu ile pnömonektomi sonrası komplikasyonlar arasındaki potansiyel ilişkiyi araştırır.
Mensah Laboratuvarı vasküler araştırmalara odaklanmıştır ve endotelyal glikokaliksi ve vasküler hastalıklardaki rolünü araştırmak için yeni teknikler geliştirmektedir. Son gelişmeler, glikokaliks araştırmaları için daha gelişmiş in vitro modellerin oluşturulmasını ve endotelyal glikokaliks sağlığını ve hastalıklarda onarımını hedeflemek için terapötik stratejilerin araştırılmasını içermektedir. Deneysel zorluklar arasında, sağlıklı glikokaliksin doğru bir şekilde kopyalanamadığı eksik in vitro modellerin yanı sıra zor miktar belirleme ve ölçüm teknikleri yer alır.
Bu alana mevcut katkımız, özellikle kanser metastazı, hasarlı glikokaliksin rejenerasyonu ve vasküler yüzey reseptörleri ile etkileşimlerdeki rolü açısından endotelyal glikokaliks hakkındaki mevcut anlayışı genişletmiştir. Yöntemimiz, geleneksel tekniklere kıyasla daha iyi gelişmiş ve biyomimetik endotelyal glikokaliks eksprese eden çip üzerinde organ vasküler sistemleri oluşturmak için ucuz ve etkili bir yöntem sunar. Başlamak için, 50 mililitrelik bir santrifüj tüpünde 10 parça silikon elastomer tabanı tartın.
Silikon elastomer tabanını içeren tüpe 30 mililitrelik nihai hacme kadar bir parça kürleme maddesi dökün. Düzgün bir çözelti elde etmek için iyice karıştırın. Şimdi iyice karıştırılmış çözeltiyi kalıplara dökün, ardından kalıpları 30 ila 60 dakika boyunca veya kabarcık kalmayana kadar PDMS'nin gazını gidermek için bir vakum odasına yerleştirin.
Gazdan arındırılmış PDMS'yi vakum odasından çıkarın ve oda sıcaklığında 48 saat kürlenmesine izin verin. Kürlenmiş PDMS'yi PLA kalıbından çıkarın. Daha sonra her hücre kültürü plakasına iki adet çift taraflı bant yerleştirin.
Daha sonra, her bir PDMS damar sistemini kendi hücre kültürü kabında bandın üstüne yerleştirin. Bir mikropipet kullanarak PDMS damar sistemi boyunca birkaç 30 mikrolitre fibronektin damlası yerleştirin. PDMS'yi gerektiği gibi eğin ve yüzeyi eşit şekilde kaplamak için bir pipet ucu kullanın.
30 dakikalık bir inkübasyondan sonra, fibronektin çözeltisini PDMS'den aspire edin. Ardından parçaları kabinin içinde kurumaya bırakın. Parça başına iki tıkaç kullanarak hücre süspansiyon sızıntısını önlemek için PDMS damar sistemi yarımlarının her iki ucuna 3D baskılı tıkaçlar yerleştirin.
Bir mikropipetle, her bir PDMS parçasına 300 mikrolitre HLMVEC hücre süspansiyonu tohumlayın ve inkübe edin. Ardından yarımları kabine geri koyun ve dört tapayı çıkarın. PDMS damar sistemi yarımlarını daldırmak için HLMVEC kültür ortamı ekleyin ve altı ila 10 saat boyunca tekrar inkübe edin.
Şimdi HLMVEC ortamını damar yarımlarını içeren Petri kabından aspire edin. Her bir PDMS yarısını polikarbonat bloklara yerleştirin ve doğru hizalamayı sağlayın. PDMS damar sisteminin uçlarına silikon dolgu macunu uygulayın.
Alt PDMS parçasının her iki ucuna inç uzunluğunda boru yerleştirin. Ardından, üst PDMS yarısını içeren üst akrilik bloğu alt akrilik bloğun üzerine çevirin. Akrilik blokları birbirine cıvatalayın ve dişli bloğun altta olduğundan emin olun.
3D baskılı tapaları kullanarak borunun serbest uçlarını takın. Bir tıkacı çıkarın ve bir mikropipet kullanarak damar sistemine 500 mikrolitre HLMVEC kültür ortamını nazikçe enjekte edin. Hava kabarcıklarını gidermek için eğin ve ardından tapayı yerine takın.
Monte edilmiş çip ve steril bileşenleri biyogüvenlik kabinine getirin. Tüm boruları bağlayın ve akış sistemini monte edin, giriş borusunun yerçekimi akışını kolaylaştırmak için şırınga haznesinin tabanına bağlandığından emin olun. Şimdi akış sistemini HLMVEC ortamıyla yavaşça doldurun.
50 mililitrelik serolojik pipet kullanın. Şırınga haznesinin üstüne 30 mililitre ortam enjekte edin ve boruyu doldurmak için peristaltik pompayı düşük hızda çalıştırın. Her bir PDMS damar sisteminin yarısını PBS'de beş dakika yıkayın ve vasküler bölümü tamamen batırmaya yetecek kadar çözelti ekleyin.
Sıvı simülasyonu, kontrol modeline kıyasla pnömonektomi modelinde damar çatallanmalarında önemli ölçüde yüksek kayma gerilimi gösterdi. Brightfield mikroskobu, 24 saat sonra dakikada 93,1 mililitrede hem statik hem de akış koşullarında tek tip HLMVEC hücre bağlanmasını doğruladı. Giriş çatallanmasının floresan görüntülemesi, hem kontrol hem de pnömonektomi modellerinde sağlam ve iyi dağılmış hücre katmanları gösterdi.
İkinci çatallanmadan hemen sonra yapılan görüntülemede hem kontrol hem de pnömonektomi modellerinde önemli hücre kaybı olduğu görüldü. Hücreler yapışık kaldı ve her iki modelde de ikinci çatallanmanın aşağısındaki bölgede tutarlı boyama gösterdi. Vasküler modellerdeki tek tip DAPI boyalı çekirdekler, akışa maruz kalmasına rağmen birleşmenin korunduğunu gösterdi.
Erken bir kontrol modeli denemesi, sistem hazırlama sırasında ortaya çıkan hava kabarcıkları nedeniyle eşit olmayan hücre dağılımına neden oldu.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, pnömonektomiyi taklit eden bir organ-on-chip (OOC) sistemi oluşturmaya yönelik bir protokol sunmaktadır. Sistem, glikokaliks bozulması ile pnömonektomi sonrası komplikasyonlar arasındaki korelasyonu araştırmak için tasarlanmıştır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Vasküler araştırma
- Endotelyal glikokaliks
- Çip üzerinde organ teknolojisi
Arkaplan
- Mensah Laboratuvarı, vasküler araştırmalar ve endotelyal glikokaliks üzerine odaklanmaktadır.
- Güncel zorluklar arasında eksik in vitro modeller ve kantifikasyon güçlükleri yer almaktadır.
- Glikokaliksi anlamak, vasküler hastalıkların tedavisi için kritik öneme sahiptir.
- Son gelişmeler, glikokaliks araştırmaları için in vitro modelleri geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Vasküler sağlıkta glikokaliksin rolünü araştırmak.
- Pnümonektomi çalışmaları için daha doğru bir organ-on-chip modeli geliştirmek.
- Glikokaliks sağlığını hedefleyen terapötik stratejileri keşfetmek.
Kullanılan Yöntemler
- Bir organ-on-chip sisteminin kurulumu.
- Model geliştirme için silikon elastomer kullanımı.
- Glikokaliks bozulmasının incelenmesi.
- Modelin etkinliğinin deneysel olarak doğrulanması.
Temel Sonuçlar
- Geliştirilen OOC sistemi, pnömonektomiyi etkili bir şekilde taklit etmektedir.
- Bulgular, glikokaliks bozulması ile cerrahi komplikasyonlar arasında bir korelasyon olduğunu göstermektedir.
- Model, konvansiyonel tekniklere kıyasla geliştirilmiş bir glikokaliks temsili sergilemektedir.
- Elde edilen içgörüler, gelecekteki terapötik yaklaşımlara ışık tutabilir.
Sonuçlar
- Organ-on-chip sistemi, vasküler yanıtların incelenmesi için değerli bir araçtır.
- Glikokaliks dinamiklerinin anlaşılması, tedavi stratejilerini geliştirebilir.
- Bu araştırma, vasküler hastalıkların anlaşılmasının daha geniş alanına katkıda bulunmaktadır.
Sıkça Sorulan Sorular
Yönetici Sektörel Uygunluğu
Bir 3B akışkan çipte pnömonektomi sonrası endotelyal glikokaliks modellemesi, shear stress etkilerinin vasküler fonksiyon üzerindeki etkilerinin hassas bir şekilde sorgulanmasına olanak tanıyarak vasküler biyolojideki kritik bir boşluğu doldurmaktadır. Bu organ-on-chip sistemi, cerrahi müdahaleleri takip eden vasküler komplikasyonlar için erken aşama hedef doğrulama ve mekanistik risk azaltma süreçlerinde öngörüsel güveni artırır. Bu yaklaşım, hesaplamalı modellemeden deneysel doğrulamaya geçişteki translasyonel sürekliliği destekleyerek vasküler ve pulmoner Ar-Ge'deki riskten arındırılmış portföy kararlarına bilgi sağlar.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Değişen kayma gerilimine karşı endotelyal glikokaliks yanıtının mekanistik olarak sorgulanmasına olanak tanır.
- Pnömonektomi sonrası vasküler yolak yanıtlarını açıklığa kavuşturarak biyolojik risklerin azaltılmasını destekler.
- Vasküler onarım ve komplikasyon önleme stratejileri için fonksiyonel hedef doğrulamasını kolaylaştırır.
- Alt aşamadaki translasyonel çalışmalar için öngörüsel güvenilirliği artırır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Endotelyal yanıtların tekrarlanabilir in vitro taraması için valide edilmiş bir 3D vasküler sistem sağlar.
- Kontrollü akış rejimleri altında glikokaliks sağlığını nicelleştirmek için analiz koşullarını standartlaştırır.
- Vasküler bütünlüğü hedefleyen bileşik değerlendirmeleri için ölçeklenebilir platform yeniden kullanımına olanak tanır.
- Güçlü analiz geliştirme çalışmaları için nicel ve nitel çıktılar sunar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Translasyonel biyobelirteç araştırmaları için in vitro bulguları hastalıkla ilişkili vasküler modellerle uyumlu hale getirir.
- Vasküler girişimlerin bilgisayar simülasyonundan preklinik doğrulamasına kadar olan sürekliliğini destekler.
- Vasküler hedefli terapötikler için riskle uyumlu ilerleme kararlarına bilgi sağlar.
- Post-cerrahi vasküler komplikasyonlar için mekanistik risk azaltma sağlar.
İş Akışı ve Boru Hattı Entegrasyonu
Bu organ-on-chip yöntemi, erken keşiften ön aday belirleme aşamasına ve preklinik araştırmalara kadar olan süreci entegre ederek, vasküler biyolojide hesaplamalı modelleme ile deneysel doğrulama arasında köprü kurar.
- Keşif Biyolojisi: Kayma gerilimi etkilerinin endotelyal glikokaliks ve vasküler fonksiyon üzerindeki hipotezlerinin test edilmesine olanak tanır.
- Tarama: Deney standardizasyonu ve bileşik taraması için tekrarlanabilir, kantitatif okumalar sağlar.
- Analitik: Farklı deneysel koşullar arasında GCX sağlığını karşılaştırmak için immünboyama ve görüntüleme çıktıları sunar.
- Translasyonel Araştırma: İn vitro vasküler yanıtları, preklinik modellerdeki cerrahi sonrası komplikasyon riskiyle ilişkilendirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Çeşitli vasküler araştırma uygulamaları için yeniden kullanılabilir bir çip üstü organ platformu oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Vasküler hedef doğrulamada öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Vasküler analizlerin standartlaşmasını, tekrarlanabilirliğini ve ölçeklenebilirliğini geliştirir.
- Stratejik Değer: Vasküler Ar-Ge süreçlerinde daha iyi devam/dur kararlarına ve sermaye verimliliğine destek sağlar.
- Portföy Etkisi: Vasküler ve pulmoner terapötik adayların riskle ayarlanmış önceliklendirmesine olanak tanır.
Uygulama Hususları
- Vasküler biyoloji, mikroakışkanlar ve hesaplamalı modelleme konularında uzmanlık gerektirir.
- 3D baskı, PDMS kalıplama ve gelişmiş görüntüleme altyapısına erişim gereklidir.
- Deney tekrarlanabilirliği ve veri karşılaştırılabilirliği için ekipler arası standardizasyon gerektirir.
- Protokol optimizasyonu ile çeşitli vasküler model sistemlerine uyarlanabilir.
- Glikokaliks sağlığının nicelleştirilmesi, mevcut görüntüleme ve boyama teknikleri nedeniyle sınırlı olabilir.
