Araştırmacı bilim adamları için tasarlanmış açık kaynaklı bir Normothermic perfüzyon sistemi
18 Temmuz 2025
Burada, klinik öncesi biyomedikal araştırmalarda daha erişilebilir, uygun maliyetli ve yinelemeli kullanım sağlayan, mevcut platformların yüksek maliyetinin ve sınırlı esnekliğinin üstesinden gelmek için tasarlanmış açık kaynaklı, değiştirilebilir bir normotermik ex vivo perfüzyon sistemi için bir protokol sunuyoruz.
İnsan tümör mikroçevresi, ilaç bozulmalarına hücresel düzeyde tahmin edilmesi zor şekillerde yanıt veren yaşayan, gelişen bir komplekstir. Amacımız, ayrıntılı sorgulamalar için insan tümör mikroçevresini yakın fizyolojik koşullar altında ex vivo olarak sürdürmek olmuştur. Burada sunulan makine, araştırma uygulamaları için uygun fiyatlı normotermik bolluk sistemlerinin eksikliğini gidererek, çok sayıda istenen deneysel son nokta için yinelemeli çalışmalara olanak tanır.
Laboratuvarımız, sistemi immüno-onkoloji ve hücre tedavisi araştırmaları için etkinleştirerek, tamamen otolog bolluk için makineyi daha da küçültmek için çalışmaya devam edecek. Başlamak için, tambur hunisini, çıkış ucu masanın ön kenarını geçecek şekilde iş istasyonunun sağ tarafına yerleştirin. Diyafram köpüğün altına yerleştirilecek şekilde tamburun tabanına uyacak şekilde dairesel bir hafızalı köpük yerleştirin.
Çıkış için musluğun yanında dört inçlik bir boşluk bırakın. Ardından, konektör borusu sol üst köşeye bakacak şekilde köpük ek parçanın üzerine iki su ısıtma battaniyesi yerleştirin ve her tüpe 3/16 inçlik bir erkek Luer dikeni yerleştirin. Katlanmış, steril, daha sıcak bir örtü alın.
Bir çıkış deliği oluşturmak için katın köşesinden iki milimetre kesin ve tamburun üzerine yerleştirin. Ardından, 3D baskılı çıkış konektörünü alın ve mıknatısı oluğuna yerleştirin. Bu düzeneği, çıkış ağzından örtünün altına yerleştirin ve kesilen deliği konektördeki delik ve mıknatısla hizalayın.
Tambur hunisini kapatmak için fazla örtüyü kaldırın ve lastik bantlar veya elastik bağlar kullanarak sabitleyin. Steril bir bariyer oluşturmak için fazla örtüyü üste katlayın. Şimdi ikinci su ceketini tam katlanmış örtünün üzerine yerleştirin.
Ardından 30 inçlik bir 1/4 inç boru parçası alın ve proksimal ucu tambur hunisi ağzının tabanındaki çıkışa bağlayın ve daha sonra bağlanacak olan rezervuar tutucunun yanında dinlenin. Şimdi, pompaları iş istasyonunun sol tarafına yakın bir yere yerleştirilmiş mobil bir arabaya yerleştirin. Standı iki cl'ye yerleştirinamppompaların hemen arkasında, clamp'ler pompaların altı inç yukarısına yükseltilir.
Ayrıca, iki pompa kafası edinin ve her birini pompalardan birine sabitleyin. İki oksijenatörü yerleştirinampstand üzerindeki yatay yönde yerleştirin. Ardından arteriyel ve venöz 1/8 inç gaz giriş borusunu ilgili oksijenatörün sağ üst alt konektörüne bağlayın.
Şimdi, doğrudan filtreye giden hatlar hariç tüm boruları hemodiyaliz kitinden çıkarın. Kan girişi için hemodiyaliz filtresinin hemen sağına büyük bir silindir pompa yerleştirin. Ardından, diyalizat girişi ve çıkışı için kan silindiri pompasının sağına iki küçük peristaltik pompa yerleştirin.
İki adet 1/8 inç peristaltik boru alın ve bunları beyaz pompa kelepçesine yerleştirin. Her borunun her iki ucuna dişi 1/8 inç Luer dikeni takın. Diyalizat torbasını filtre girişine bağlamak için, torbadaki Luer konektörüne 1/8 inçlik boru takın.
Borunun ucuna bir erkek 1/8 inç Luer takın ve bunu giriş peristaltik pompa borusuna bağlayın. Giriş ve çıkış devrelerini uygun hemodiyaliz filtre portlarına bağlayın. Rezervuarı, dış ölçüm işaretleri ve sarı kapaklı konektör dışa bakacak şekilde rezervuar tutucunun içine yerleştirin.
Ardından, 36 inçlik bir 5/16 inç boru parçası kesin. Bu borunun distal ucuna bir Y konektörü takın ve proksimal ucu rezervuarın altındaki çıkış musluğuna bağlayın. İki adet 4 inçlik 5/16 inç boru parçasını kesin ve her birini Y konektörünün ucuna takın.
Bu boruların diğer uçlarını pompa kafalarının yatay uçlarına bağlayın. Ardından iki adet 4 inçlik 1/4 inçlik boru parçası kesin ve pompa kafalarındaki her dikey dikene bir tane bağlayın. Diğer ucunu her oksijenatörün sol alt ucuna takın.
Şimdi 30 inçlik bir 5/16 inç boru segmenti alın. Boruyu ikiye bölün ve distal kesik ucun üzerine 5/16 inçlik bir Y konektörü yerleştirin. Proksimal ucu venöz oksijenatörün çıkış dikenine takın.
Diğer yarısını Y konektörünün üst dikenine yeniden takın. Yan örnekleme devresi için 2 inçlik bir 1/4 inç boru parçası kesin. Ve bir iğne sürücüsü kullanarak proksimal ucu gerin.
Bu streç boruyu 5/16 inç Y konektörünün kalan dikenine takın. Küvet şönt sensörünü bağladıktan sonra, dişi T konektörünün yatay kısmını erkek Luer ile donatılmış 1/8 inçlik bir boruya bağlayın. T konektörünün dikey yönüne bir örnekleme klavuzu takın.
Son olarak, T konektörünün diğer yatay tarafına 1/8 inçlik bir erkek Luer bağlayın. Ardından 12 inç uzunluğunda 1/8 inçlik bir boru kesin ve proksimal ucu örnekleme klavuzuna bağlayın. Distal uca bir erkek 1/8 inç Luer takın ve ikinci bir dişi T konektörüne bağlayın.
Bu T konektörünün bir tarafına 1/4 inçlik bir erkek Luer takın ve onu bir rezervuar giriş dikenine bağlamak için iki inçlik bir 1/4 inçlik boru parçası kullanın. 5/16 inç borunun distal ucuna başka bir 5/16 inç Y konektörü takın. Yaklaşık 55 inç 1/4 inç boru alın ve bunu Y konektörünün üst dikenine bağlayın.
Hemodiyaliz kan devresi için, 1/4 inçlik tüpün distal ucuna 1/4 inçlik bir erkek Luer takın. Bu hortumu büyük silindirli pompadan geçirin ve kırmızı çizgili hortumla tanımlanan hemodiyaliz filtresinin üstündeki kan giriş portuna bağlayın. Ardından, 24 inçlik bir 1/4 inç boru parçası alın ve proksimal uca bir erkek Luer takın.
Bu hortumu hemodiyaliz filtresinin mavi çizgili kan çıkış portuna bağlayın. Ardından distal ucu rezervuarın giriş dikenine takın. 36 inçlik bir 1/4 inç boru parçası alın ve 5/16 inç Y konektörünün dikenine güvenli bir şekilde oturacak şekilde gerin.
Ardından, üç adet dört musluk elde edin ve bunları doğrusal bir sırayla bağlayın. Bu düzeneği dişi T konektörünün dikey bağlantı noktasına takın. Bu bileşeni 1/4 inçlik borunun sol tarafından 12 inç uzağa yerleştirin.
Ardından, ilaç infüzyon bölgesinin hemen aşağısındaki 1/4 inçlik boruya harici akış sensörlerini takın. Akış sensörlerinin iki inç distalinde bir kesim yapın ve dikenli uçlu basınç sensörlerini 1/4 inçlik boruya yerleştirin. Borunun distal kısmını tambur hunisinin ortasına yerleştirin.
Ardından, 30 inç uzunluğunda 5/16 inçlik bir boru kesin ve proksimal ucunu arteriyel oksijenatörün sağ çıkış dikenine bağlayın. Bu boruyu orta noktadan kesin ve 5/16 inç Y konektörü takın. Ardından 36 inçlik bir 1/4 inç boru parçası kesin ve bunu 5/16 inç Y konektörünün dikenine bağlayın.
Harici akış sensörünü yeniden takın. Aşağı yönde iki inçlik bir kesim yapın ve arteriyel giriş için tambur huni merkezinde konumlandırılmış boru ucuna basınç sensörlerini bağlayın. Daha sonra 30 inçlik 1/4 inçlik bir boru parçası kesin ve numunenin alt vena kava çıkışına nihai bağlantı için proksimal uca 1/4 inçlik bir erkek Luer takın.
Bu boruyu rezervuardan 6 inç kesin ve her iki ucuna 1/4 inç erkek Luer takın. Dikey bağlantı noktasına örnekleme klavuzlu bir dişi T konektörü takın. Daha önce açıklanan yöntemi izleyerek devreye perfüzyon ekleyin.
Numuneyi tekrar ısıtın ve bağlayın ve perfüzyona başlayın. Domuz karaciğeri perfüzyonunun ilk 24 saatinde, hepatik arter ve portal ven akışları sırasıyla dakikada ortalama 107 ve 501 mililitre idi ve sabit giriş basınçları 80 ve 7.1 milimetre cıvaydı. Domuz karaciğerlerinde arteriyel, portal ve venöz oksijen satürasyonları ortalama %95, %85 ve %74 idi ve pH 7.2'ye yakın kaldı.
Glikoz seviyeleri istikrarlı bir şekilde azaldı. Hematokrit ve hemoglobin sabit kaldı ve potasyum hafifçe düştü. Domuz karaciğerleri 41 mililitre safra üretti ve insan perfüzyonunda orta derecede laktat yükselmesi gösterdi.
Arteriyel ve venöz akımlar dakikada ortalama 113 ve 317 mililitre idi ve oksijen satürasyonu arteriyel, portal ve hepatik venlerde %98 ve %92 ve %86'ya ulaştı. İnsan karaciğerleri fizyolojik pH'ı, stabil hematokrit ve hemoglobini korudu ve saatte ortalama 1.4 mililitre safra üretimi ile glikoz düşüşü ve laktat artışı gösterdi. Histoloji, perfüzyondan sonra canlı hepatik parankim ve tümör morfolojisini doğruladı.
Mobil kurulum, perfüze karaciğerlerin BT görüntülemesini mümkün kıldı ve in vivo taramalarla karşılaştırılabilir radyografik kalite sağladı. Sistem ayrıca korunmuş glomerüler ve Langerhans Adacıkları ile böbrek ve pankreas perfüzyonunu destekledi.
Genel Bakış
Bu makale, açık kaynak, değiştirilebilir normotermik ex vivo perfüzyon sistemi için bir protokol sunmaktadır. Sistem, pre-klinik biyomedikal araştırmalarda erişilebilirliği ve maliyet etkinliği artırmak için tasarlanmıştır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Biyomedikal Mühendisliği
- Onkoloji
- Ex Vivo Araştırma
Arka Plan
- İnsan tümör mikro ortamı karmaşıktır ve ilaç tedavilerine duyarlıdır.
- Mevcut normotermik perfüzyon sistemleri genellikle pahalı ve esnek değildir.
- Yinelenen çalışmalara izin veren uygun maliyetli sistemlere ihtiyaç vardır.
- Bu araştırma, detaylı analiz için tümör mikro ortamını ex vivo sürdürmeyi amaçlamaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Maliyet etkin bir normotermik perfüzyon sistemi geliştirmek.
- Çeşitli deneysel son noktalar boyunca yinelenen çalışmaları sağlamak.
- İmmün-onkoloji ve hücre tedavisi araştırmalarını kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- 3D baskılı bileşenler kullanarak bir perfüzyon sisteminin montajı.
- Sıcaklık düzenlemesi için su ısıtma battaniyelerinin kullanımı.
- Sıvı dinamiği için pompaların ve oksijenatörlerin bağlanması.
- Sistem bütünlüğünü korumak için steril bariyerlerin uygulanması.
Ana Sonuçlar
- Sistem, insan tümör mikro ortamlarının sürekli perfüzyonunu sağlar.
- Çeşitli deneysel kurulumlar için esnek bir platform sunar.
- İlk testler, sistemin araştırma uygulamaları için uygulanabilirliğini gösterir.
- Gelecekteki çalışmalar, sistemi otolog perfüzyon için optimize etmeyi amaçlamaktadır.
Sonuçlar
- Geliştirilmiş perfüzyon sistemi, mevcut platformların sınırlamalarını ele almaktadır.
- Alandaki araştırmacılar için erişilebilirliği artırmaktadır.
- Devam eden geliştirme, belirli araştırma ihtiyaçlarına göre ölçeklendirmeye odaklanacak.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Open-source normothermic perfusion systems enable authentic interrogation of intact human and animal organs, supporting translational research and mechanistic de-risking in early discovery. By lowering cost and increasing experimental flexibility, this platform expands access to physiologically relevant preclinical models for target validation and functional studies. The system's modularity and data-rich outputs position it as a reusable asset for enterprise R&D pipelines seeking predictive confidence and portfolio agility.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct study of human and porcine organ pathophysiology under controlled, near-physiologic conditions.
- Supports mechanistic de-risking by allowing iterative perturbation and monitoring of complex tissue responses.
- Facilitates functional target validation in a multicellular organ context, improving predictive confidence.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, modifiable platform for quantitative measurement of perfusion parameters and metabolic outputs.
- Supports assay standardization and reproducibility through open-source hardware and software control.
- Enables preparation of disease-relevant organ systems for downstream compound evaluation and screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker development by preserving tissue architecture and function during ex vivo studies.
- Maintains continuity from discovery through preclinical validation by supporting imaging and histological analysis.
- Reduces translational risk by enabling direct comparison of drug effects in human and animal tissues.
Pipeline & Workflow Integration
This modular perfusion system bridges early discovery, target validation, and preclinical research by enabling hypothesis testing and functional assessment in intact organs.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven interrogation of cellular and tissue-level responses to perturbations.
- Screening: Delivers quantitative outputs such as flow rates, oxygenation, and metabolic markers for assay development.
- Analytics: Integrates with imaging and histology workflows for comprehensive endpoint analysis.
- Translational Research: Preserves disease-relevant features for biomarker and efficacy studies.
- Enterprise Reuse: Open-source design enables adaptation across research teams and evolving project needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in organ-level studies.
- Operational Value: Lowers barriers to entry with cost-effective, scalable, and reproducible system design.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and capital efficiency by supporting robust preclinical models.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization and advancement of candidates with improved biological relevance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in organ handling, perfusion setup, and physiological monitoring.
- Needs access to standard laboratory instrumentation and analytical infrastructure for data collection.
- Demands cross-team standardization of protocols and data analysis for reproducibility.
- Adaptable to various organ systems and research applications due to modular, open-source design.
- Practical limitations include specimen availability and the need for sterile technique during assembly and operation.
