Dreidimensionale Kollagenmatrix-Gerüstimplantation als Leberregenerationsstrategie
Summary
Lebererkrankungen werden durch viele Ursachen verursacht, die Fibrose oder Zirrhose fördern. Die Transplantation ist die einzige Option zur Wiederherstellung der Gesundheit. Angesichts des Mangels an transplantierbaren Organen müssen jedoch Alternativen erforscht werden. Unsere Forschung schlägt die Implantation von Kollagengerüsten in Lebergewebe aus einem Tiermodell vor.
Abstract
Lebererkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache. Übermäßiger Alkoholkonsum, eine fettreiche Ernährung und eine Hepatitis-C-Virusinfektion fördern Fibrose, Zirrhose und / oder hepatozelluläres Karzinom. Die Lebertransplantation ist das klinisch empfohlene Verfahren zur Verbesserung und Verlängerung der Lebensdauer von Patienten in fortgeschrittenen Krankheitsstadien. Allerdings sind nur 10% der Transplantationen erfolgreich, wobei die Verfügbarkeit von Organen, prächirurgische und postoperative Eingriffe und erhöhte Kosten direkt mit diesem Ergebnis korrelieren. Extrazelluläre Matrix (ECM) -Gerüste haben sich als Alternative für die Gewebewiederherstellung herausgestellt. Biokompatibilität und Transplantatakzeptanz sind die wichtigsten vorteilhaften Eigenschaften dieser Biomaterialien. Obwohl die Fähigkeit, die Größe und korrekte Funktion der Leber wiederherzustellen, in Leberhepatektomiemodellen bewertet wurde, wurde die Verwendung von Gerüsten oder einer Art Unterstützung, um das Volumen der ausgedienten Lebermasse zu ersetzen, nicht bewertet.
Die partielle Hepatektomie wurde in einer Rattenleber mit der Xenoimplantation eines Kollagenmatrix-Gerüsts (CMS) aus einem Rinderkondylus durchgeführt. Linkes Leberlappengewebe wurde entfernt (ca. 40%), und ein gleicher Anteil von CMS wurde chirurgisch implantiert. Leberfunktionstests wurden vor und nach dem chirurgischen Eingriff ausgewertet. Nach den Tagen 3, 14 und 21 wurden die Tiere eingeschläfert und makroskopische und histologische Auswertungen durchgeführt. An den Tagen 3 und 14 wurde Fettgewebe um das CMS herum beobachtet, ohne klinische Hinweise auf Abstoßung oder Infektion, ebenso wie die Gefäßneubildung und die CMS-Reabsorption an Tag 21. Es gab histologische Hinweise auf einen unbedeutenden Entzündungsprozess und die Migration benachbarter Zellen zum CMS, beobachtet mit dem Hämatoxylin und Eosin (H & E) und der Trichromfärbung von Masson. Es wurde gezeigt, dass das CMS im Lebergewebe gut funktioniert und eine nützliche Alternative für die Untersuchung der Geweberegeneration und -reparatur bei chronischen Lebererkrankungen sein könnte.
Introduction
Die Leber ist eines der wichtigsten Organe, die an der Aufrechterhaltung der Homöostase und der Proteinproduktion beteiligt sind1. Leider sind Lebererkrankungen weltweit die häufigste Todesursache. In fortgeschrittenen Stadien der Leberschädigung, zu denen Zirrhose und hepatozelluläres Karzinom gehören, ist die Lebertransplantation das klinisch empfohlene Verfahren. Aufgrund des Mangels an Spendern und der geringen Rate erfolgreicher Transplantationen wurden jedoch neue Techniken im Tissue Engineering (TE) und in der regenerativen Medizin (RM) entwickelt2,3.
TE beinhaltet die Verwendung von Stammzellen, Gerüsten und Wachstumsfaktoren4, um die Wiederherstellung entzündeter, fibrotischer und ödematöser Organe und Gewebe zu fördern1,5,6. Die in Gerüsten verwendeten Biomaterialien ahmen das native ECM nach und liefern die physikalischen, chemischen und biologischen Hinweise für den geführten zellulären Umbau7. Kollagen ist eines der am häufigsten vorkommenden Proteine, die aus der Dermis, der Sehne, dem Darm und dem Perikard gewonnen werden8,9. Weiterhin kann Kollagen als Biopolymer erhalten werden, um durch Bioprinting oder Elektrospinnen zwei- und dreidimensionale Gerüste herzustellen10,11. Diese Gruppe ist die erste, die über die Verwendung von Kollagen aus einer Knochenquelle für die Regeneration von Lebergewebe berichtet. Eine andere Studie berichtet über die Verwendung von Gerüsten, die aus Rinderkollagen synthetisiert wurden, das aus der Haut gewonnen wurde, mit homogenen und eng gelegenen Poren, ohne jegliche Kommunikation zwischen ihnen12.
Die Dezellularisation bewahrt das native ECM und ermöglicht den anschließenden Einbau von Zellen mit Stammzellpotential13,14. Dieses Verfahren befindet sich jedoch noch in der experimentellen Phase in Leber, Herz, Niere, Dünndarm und Harnblase von Mäusen, Ratten, Kaninchen, Schweinen, Schafen, Rindern undPferden3,14. Derzeit wird das resezierte Lebermassenvolumen in keinem der tierexperimentellen Hepatektomiemodelle ersetzt. Die Verwendung zusätzlicher Unterstützung oder eines Netzwerks (Biomaterialien), das die Zellproliferation und Angiogenese ermöglicht, könnte jedoch für die sofortige Wiederherstellung der Leberparenchymfunktionen unerlässlich sein. So könnten Gerüste als alternative Ansätze zur Regeneration oder Reparatur von Gewebe bei chronischen Lebererkrankungen eingesetzt werden, wodurch Wiederum Einschränkungen aufgrund von Spenden und klinischen Komplikationen der Lebertransplantation beseitigt werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Organtransplantation ist die Hauptstütze der Behandlung bei Patienten mit Leberfibrose oder Leberzirrhose. Einige wenige Patienten profitieren von diesem Verfahren, so dass es notwendig ist, therapeutische Alternativen für Patienten auf der Warteliste bereitzustellen. Tissue Engineering ist eine vielversprechende Strategie, die Gerüste und Zellen mit regenerativem Potenzialeinsetzt 2,4,13. Die Entfernung eines Teils der L…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken dem Personal der Laboratory Animal Facility der Experimental Medicine Unit, nurse Carolina Baños G. für technische und chirurgische Unterstützung, Marco E. Gudiño Z. für die Unterstützung bei Mikrofotografien und Erick Apo für die Unterstützung in der Leberhistologie. Der Nationalrat unterstützte diese Forschung für Wissenschaft und Technologie (CONACyT), Förderkennzeichen SALUD-2016-272579 und die PAPIIT-UNAM TA200515.
Materials
| Anionic detergent | Alconox | Z273228 | |
| Biopsy cassettes | Leica | 3802453 | |
| Camera DMX | Nikon | DXM1200F | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424 | |
| Chlorhexidine gluconate 4% | BD | 372412 | |
| Cover glasses 25 mm x 40 mm | Corning | 2980-224 | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | 200-M | CAS 17372-87-1 |
| Ethyl alcohol, pure | Sigma-Aldrich | 459836 | CAS 64-17-5 |
| Flunixine meglumide | MSD | Q-0273-035 | |
| Glass slides 75 mm x 25 mm | Corning | 101081022 | |
| Hematoxylin | Merck | H9627 | CAS 571-28-2 |
| Hydrochloric acid 37% | Merck | 339253 | CAS 7647-01-0 |
| Ketamine | Pisa agropecuaria | Q-7833-028 | |
| Light microscopy | Nikon | Microphoto-FXA | |
| Microtainer yellow cape | Beckton Dickinson | 365967 | |
| Microtome | Leica | RM2125 | |
| Model animal: Wistar rats | Universidad Nacional Autónoma de México | ||
| Nylon 3-0 (Dermalon) | Covidien | 1750-41 | |
| Polypropylene 7-0 | Atramat | SE867/2-60 | |
| Povidone-iodine10% cutaneous solution | Diafra SA de CV | 1.37E+86 | |
| Scaning electronic microscopy | Zeiss | DSM-950 | |
| Sodium hydroxide, pellets | J. T. Baker | 3722-01 | CAS 1310-73-2 |
| Software ACT-1 | Nikon | Ver 2.70 | |
| Stereoscopy macroscopy | Leica | EZ4Stereo 8X-35X | |
| Sterrad 100S | Johnson and Johnson | 99970 | |
| Surgipath paraplast | Leica | 39601006 | |
| Synringe of 1 mL with needle (27G x 13 mm) | SensiMedical | LAN-078-077 | |
| Tissue Processor (Histokinette) | Leica | TP1020 | |
| Tissue-Tek TEC 5 (Tissue embedder) | Sakura Finetek USA | 5229 | |
| Trichrome stain kit | Sigma-Aldrich | HT15 | |
| Unicell DxC600 Analyzer | Beckman Coulter | BC 200-10 | |
| Xylazine | Pisa agropecuaria | Q-7833-099 | |
| Xylene | Sigma-Aldrich | 534056 | CAS 1330-20-7 |
Referencias
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