Karaciğer Rejenerasyon Stratejisi Olarak Üç Boyutlu Kollajen Matris İskele İmplantasyonu
Summary
Karaciğer hastalıkları fibrozis veya sirozun teşvik ettiği birçok nedenden kaynaklanır. Sağlığın iyileşmesi için tek seçenek transplantasyondur. Bununla birlikte, nakledilebilir organların kıtlığı göz önüne alındığında, alternatifler araştırılmalıdır. Araştırmamız, karaciğer dokusuna bir hayvan modelinden kollajen iskelelerin yerleştirilmesini önermektedir.
Abstract
Karaciğer hastalıkları dünya çapında önde gelen ölüm nedenidir. Aşırı alkol tüketimi, yüksek yağlı bir diyet ve hepatit C virüs enfeksiyonu fibrozis, siroz ve/veya hepatosellüler karsinomu teşvik eder. Karaciğer nakli, ileri hastalık evrelerinde hastaların yaşam süresini iyileştirmek ve uzatmak için klinik olarak önerilen prosedürdür. Bununla birlikte, organ mevcudiyeti, presurgical ve postsurgical prosedürler ve bu sonuçla doğrudan ilişkili yüksek maliyetler ile nakillerin sadece% 10’u başarılıdır. Hücre dışı matris (ECM) iskeleleri doku restorasyonu için bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Biyouyumbilite ve greft kabulü bu biyomalzemelerin temel faydalı özellikleridir. Karaciğer hepatektomi modellerinde karaciğerin boyutunu ve doğru işlevini geri kazanma kapasitesi değerlendirilmiş olsa da, extirpated karaciğer kütlesinin hacmini değiştirmek için iskelelerin veya bir tür desteğin kullanımı değerlendirilmemiştir.
Bir sıçan karaciğerinde, bir sığır kondylesinden kollajen matrisli bir iskelenin (CMS) ksinoimplantasyonu ile kısmi hepatektomi yapıldı. Sol karaciğer lob dokusu alındı (yaklaşık %40) ve eşit oranda CMS cerrahi olarak yerleştirildi. Karaciğer fonksiyon testleri cerrahi işlem öncesi ve sonrası değerlendirildi. 3, 14 ve 21. 3 ve 14. günlerde, CMS’yi çevreleyen yağ dokusu gözlendi, 21. Hematoksilin ve eozin (H&E) ve Masson’un üç renkli lekelenmesi ile gözlenen önemsiz bir iltihaplanma süreci ve bitişik hücrelerin CMS’ye göçünün histolojik kanıtları vardı. CMS’nin karaciğer dokusunda iyi performans gösterdiği ve kronik karaciğer hastalıklarında doku yenilenmesi ve onarımı için yararlı bir alternatif olabileceği gösterilmiştir.
Introduction
Karaciğer homeostaz ve protein üretiminin sürdürülmesinde rol oynayan en önemli organlardan biridir1. Ne yazık ki, karaciğer hastalığı dünya çapında önde gelen ölüm nedenidir. Siroz ve hepatosellüler karsinom içeren karaciğer hasarının ileri evrelerinde karaciğer nakli klinik olarak önerilen işlemdir. Ancak donörlerin azlığı ve başarılı nakil oranının düşük olması nedeniyle doku mühendisliği (TE) ve rejeneratif tıpta (RM) yeni teknikler geliştirilmiştir2,3.
TE, iltihaplı, fibrotik ve ödemli organ ve dokuların restorasyonu için kök hücrelerin, iskelelerin ve büyüme faktörlerinin4 kullanımını içerir1,5,6. İskelelerde kullanılan biyomalzemeler, kılavuzlu hücresel yeniden şekillendirme için fiziksel, kimyasal ve biyolojik ipuçları sağlayan yerelECM’yitaklit eder 7 . Kollajen dermis, tendon, bağırsak ve perikarddan elde edilen en bol proteinlerden biridir8,9. Ayrıca, kollajen biyobaskı veya elektrospinning yoluyla iki ve üç boyutlu iskeleler üretmek için bir biyopolimer olarak elde edilebilir10,11. Bu grup, karaciğer dokusunun yenilenmesi için bir kemik kaynağından kollajen kullanımını bildiren ilk gruptır. Başka bir çalışma, deriden elde edilen sığır kollajeninden sentezlenen iskelelerin homojen ve yakından yerleşmiş gözeneklerle, aralarında herhangi bir iletişim olmadan kullanıldığını bildirmektedir12.
Hücreden arındırma, yerel ECM’yi korur ve kök hücre potansiyeli13,14olan hücrelerin daha sonrabirleştirilmesineizin verir. Bununla birlikte, bu prosedür hala farelerden, sıçanlardan, tavşanlardan, domuzlardan, koyunlardan, sığırlardan ve atlardan karaciğer, kalp, böbrek, ince bağırsak ve idrar kesesinde deneyselaşamadadır 3,14. Şu anda, resected karaciğer kitle hacmi hayvan hepatektomi modellerinin hiçbirinde değiştirilmez. Bununla birlikte, hücre çoğalmasını ve anjiogenez sağlayan ek destek veya ağ (biyomalzemeler) kullanımı karaciğer parenkimal fonksiyonlarının hızlı restorasyonu için gerekli olabilir. Böylece, iskeleler kronik karaciğer hastalıklarında dokuyu yenilemek veya onarmak için alternatif yaklaşımlar olarak kullanılabilir, bu da bağış ve karaciğer naklinin klinik komplikasyonlarına bağlı sınırlamaları ortadan kaldırır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Organ nakli karaciğer fibrozisi veya sirozlu hastalarda tedavinin temel dayanağıdır. Birkaç hasta bu işlemden yararlanarak bekleme listesindeki hastalar için terapötik alternatifler sunmayı zorunlu hale getirir. Doku mühendisliği, rejeneratif potansiyele sahip iskeleleri ve hücreleri kullanan umut verici bir stratejidir2,4,13. Karaciğerin bir kısmının alınması, bu damarlı organın bol kanaması nedeniyle bu i?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, Deneysel Tıp Birimi Laboratuvar Hayvan Tesisi personeline, teknik ve cerrahi destek için Hemşire Carolina Baños G.’ye, mikrofotoğrafçılıktaki destek için Marco E. Gudiño Z.’ye ve karaciğer histolojislerindeki destek için Erick Apo’ya teşekkür etmek istiyor. Ulusal Konsey, BILIM ve Teknoloji(CONACyT),SALUD-2016-272579 ve PAPIIT-UNAM TA200515 hibe numarasını destekledi.
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 |
References
- Li, N., Hua, J. Immune cells in liver regeneration. Oncotarget. 8 (2), 3628-3639 (2017).
- Langer, R., Vacanti, J. Tissue Engineering. Science. 260 (5110), 920-926 (1993).
- Lee, H., et al. Development of liver decellularized extracellular matrix bioink for three-dimensional cell printing-based liver tissue engineering. Biomacromolecules. 18 (4), 1229-1237 (2017).
- Shafiee, A., Atla, A. Tissue engineering: Toward a new era of medicine. Annual Review of Medicine. 68, 29-40 (2017).
- Hu, C., Zhao, L., Wu, Z., Li, L. Transplantation of mesenchymal stem cells and their derivatives effectively promotes liver regeneration to attenuate acetaminophen-induced liver injury. Stem Cell Research & Therapy. 11 (1), 88 (2020).
- Sancho-Bru, P. Therapeutic possibilities of stem cells in the treatment of liver diseases. Gastroenterologia y Hepatologia. 34 (10), 701-710 (2011).
- Kobolak, J., Dinnyes, A., Memic, A., Khademhosseini, A., Mobasheri, A. Mesenchymal stem cells: Identification, phenotypic characterization, biological properties and potential for regenerative medicine through biomaterial micro-engineering of their niche. Methods. 99, 62-68 (2016).
- Freedman, B. R., Mooney, D. J. Biomaterials to mimic and heal connective tissues. Advanced Materials. 31 (19), 1806695 (2019).
- Meyer, M. Processing of collagen based biomaterials and the resulting materials properties. Biomedical Engineering Online. 18 (1), 24 (2019).
- El Baz, H., et al. Transplant of hepatocytes, undifferentiated mesenchymal stem cells, and in vitro hepatocyte-differentiated mesenchymal stem cells in a chronic lver failure experimental model: a comparative study. Experimental and Clinical Transplantation. 16 (1), 81-89 (2018).
- Nedjari, S., Awaja, F., Guarino, R., Gugutkov, D., Altankov, G. Establishing multiple osteogenic differentiation pathways of mesenchymal stem cells through different scaffold configurations. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 14 (10), 1428-1437 (2020).
- Chan, E. C., et al. Three dimensional collagen scaffold promotes intrinsic vascularisation for tissue engineering applications. PLoS One. 11 (2), 0149799 (2016).
- Arenas-Herrera, J. E., Ko, I. K., Atala, A., Yoo, J. J. Decellularization for whole organ bioengineering. Biomedical Materials. 8 (1), 014106 (2013).
- Parmaksiz, M., Dogan, A., Odabas, S., Elçin, A. E., Elçin, Y. M. Clinical applications of decellularized extracellular matrices for tissue engineering and regenerative medicine. Biomedical Materials. 11 (2), 022003 (2016).
- Gacek, G. Stereo microscope, neglected tool. Postepy Biochemii. 63 (1), 68-73 (2017).
- Oldham, S., Rivera, C., Boland, M. L., Trevaskis, J. L. Incorporation of a survivable liver biopsy procedure in mice to assess non-alcoholic steatohepatitis (NASH) resolution. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (146), e59130 (2019).
- The University of Texas at Austin Institutional Animal Care and Use Committee. . Guidelines for the Use of Chemical Depilatory Agents on Laboratory Animals. , (2021).
- Sivridis, L., Kotini, A., Anninos, P. The process of learning in neural net models with Poisson and Gauss connectivities. Neural Networks. 21 (1), 28-35 (2008).
- León-Mancilla, B. H., Araiza-Téllez, M. A., Flores-Flores, J. O., Piña-Barba, M. C. Physico-chemical characterization of collagen scaffolds for tissue engineering. Journal of Applied Research and Technology. 14 (1), 77-85 (2016).
- León, A., et al. Hematological and biochemical parameters in Sprague Dawley laboratory rats breed in CENPALAB, Cenp:SPRD. Revista Electronica de Veterinaria. 12, 1-10 (2011).
- Tsuchiya, A., et al. Mesenchymal stem cell therapies for liver cirrhosis: MSCs as “conducting cells” for improvement of liver fibrosis and regeneration. Inflammation and Regeneration. 39, 18 (2019).
- Badylak, S. F. The extracellular matrix as a biologic scaffold material. Biomaterials. 28, 3587-3593 (2007).
- Acevedo, G. C. Xenoimplante de colágena en uretra de perro. Universidad Nacional Autónoma de México. , (2011).
- Montalvo-Jave, E. E., et al. Absorbable bioprosthesis for the treatment of bile duct injury in an experimental model. International Journal of Surgery. 20, 163-169 (2015).
