Die BALs stellen einen wirksamen Ansatz für die Behandlung von Lebererkrankungen im Endstadium dar, insbesondere in Fällen, in denen eine Lebertransplantation durch den derzeitigen Mangel an Spenderorganen behindertwird 6. Eine vielversprechende Option zur Erstellung von BALs ist die Verwendung von DLM, bei der die natürliche EZM und die Gefäßstruktur der nativen Leber erhalten bleiben. Die Knappheit von DLM beim Menschen und die potenziellen Infektions- und Immunogenitätsrisiken, die mit tierischer DLM verbunden sind, stellen jedoch erhebliche Einschränkungen dar. Um dieser Herausforderung zu begegnen, schlagen wir eine neuartige Strategie vor, bei der eine dezellularisierte Milzmatrix (DSM) als alternatives Gerüst für die BALs 8,9,10,11 verwendet wird. Milz ist in verschiedenen klinischen Szenarien leichter zugänglich und weist ähnliche Eigenschaften wie die Leber auf. In dieser Arbeit stellen wir detaillierte Methoden zur Entnahme von Rattenmilz und zur Herstellung von DSM vor, die die Mikrostrukturen und Komponenten der EZM erhalten.
Eine ideale Dezellularisierungsmethode würde zelluläre Komponenten entfernen, während die ursprüngliche Struktur, Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften der EZM erhalten bleiben 12,13,14. Dezellularisierungsmethoden umfassen physikalische, chemische und enzymatische Behandlungen, die jeweils ihre unterschiedlichen Vor- und Nachteile aufweisen15. Während diese Methoden zelluläre Komponenten teilweise entfernen können, können sie auch die Zusammensetzung, Struktur und Funktionalität der verbleibenden EZM beeinträchtigen. Die Qualität der Dezellularisierung kann durch Variationen der Zelldichte, der Matrixdicke und der Gewebemorphologie über verschiedene Gewebequellen hinweg beeinflusst werden.
Bis heute gibt es keinen Goldstandard für den Dezellularisierungsprozess. In der Regel ist die einfache Anwendung einer dieser Methoden unzureichend, um nachteilige Auswirkungen auf die EZM zu minimieren und die Entfernung des zellulären Inhalts zu maximieren. Folglich hängt der effektivste Ansatz von den Gewebeeigenschaften ab, was eine Kombination dieser Methoden erforderlich macht. In dieser Studie verwendeten wir ein Protokoll, das physikalische Methoden (Gefrier-Tau-Zyklen und Perfusion) mit chemischen Methoden (SDS und TritonX-100) kombinierte, um die Milz von Ratten zu dezellularisieren.
Die Frost-Tau-Zyklen fördern die Zelllyse und die schnelle Ablösung der Zellen von der EZM16. Gleichzeitig erhöht die Perfusion durch das native Gefäßsystem die Dezellularisierungseffizienz signifikant und bewahrt das ursprüngliche Gefäßnetzwerk17. Natriumdodecylsulfat (SDS), das als ionisches Detergens fungiert, löst sowohl Zell- als auch Kernmembranen kompetent auf, was zu einer umfassenderen Entfernung von zytoplasmatischen und nuklearen Bestandteilen führt. Dieser Prozess führt jedoch auch zu einer Schädigung der EZM-Ultrastruktur aufgrund der Erschöpfung von Glykosaminoglykanen (GAGs) und Kollagen.
Erhöhte SDS-Konzentrationen korrelierten mit einem verminderten Rest-DNA-Gehalt und einer verringerten mechanischen Festigkeit innerhalb des EZM-Gerüsts. Umgekehrt bewahrten niedrigere SDS-Konzentrationen eine größere Menge an Kollagen und induzierten eine geringere Denaturierung von EZM-Proteinen. Im Gegensatz dazu unterbricht Triton X-100, das als nichtionisches Detergens dient, effektiv die Lipid-Lipid-, Lipid-Protein- und DNA-Protein-Wechselwirkungen und bietet einen milderen Ansatz für die Auflösung der Zellmembran. Dennoch erweist es sich als unzureichend für die vollständige Entfernung von Zellkernen und DNA. Daher muss es mit niedrigen Konzentrationen von SDS und physikalischen Behandlungen kombiniert werden, um die vollständige Entfernung der zellulären Komponenten zu gewährleisten und gleichzeitig die ursprüngliche Struktur, Zusammensetzung und Leistung der EZM zu erhalten. Es ist wichtig zu beachten, dass Reinigungsmittelrückstände eine gewisse Zytotoxizität aufweisen können, so dass nach der Behandlung ein Spülen mit sterilem PBS oder destilliertem Wasser vor der Lagerung erforderlich ist.
Eine Einschränkung dieses Protokolls ist das Fehlen einer Quantifizierung für Rest-SDS und Triton X-100. Diese Entscheidung basiert sowohl auf den Erfahrungen unseres Teams als auch auf bestätigenden Berichten, die darauf hindeuten, dass eine 4-stündige PBS-Wäsche ausreicht, um diese Substanzen effektiv zu entfernen. Darüber hinaus haben unsere früheren Zellkulturexperimente mit diesem Protokoll keine Anzeichen von Zytotoxizität gezeigt. Um die Kosten des Protokolls zu minimieren, wurde bewusst auf die Quantifizierung von Detergenzienresten verzichtet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Protokoll eine praktikable Methode zur Herstellung von DSMs darstellt, die Effizienz, Stabilität und minimale Invasivität demonstriert. Die mit diesem Protokoll erstellten DSMs behalten die inhärente Architektur, Zusammensetzung und das natürliche Gefäßnetzwerk der Milz bei. Darüber hinaus bietet es ein Gerüst für die Zellimplantation und dreidimensionale dynamische Kultur und schafft damit eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen in der Tissue-Engineering-Leber.