טכניקה כירורגית הרומן כבסיס In Vivo חלקי הכבד הנדסה בעכברוש
Summary
אנו להקים טכניקה כירורגית חדשניים עבור מודל זלוף יחיד בכבד באונה ויוו בשנת החולדה כתנאי נוספת ללמוד ויוו הכבד חלקית הנדסה בעתיד.
Abstract
אורגן הנדסה היא אסטרטגיה הרומן לייצר תחליפים איבר הכבד יכול באופן פוטנציאלי לשמש השתלת. לאחרונה, ויוו הכבד הנדסה, כולל ויוו איברים decellularization ואחריו איכלוס, התפתחה גישה מבטיחה מעל שמחוץ לכבד הנדסה. עם זאת, הישרדות לאחר הניתוח לא הושגה. מטרת המחקר היא לפתח טכניקה כירורגית הרומן של ויוו סלקטיבי בכבד באונה זלוף בחולדות כתנאי ויוו הכבד הנדסה. נוכל ליצור מעקף מעגל רק דרך האונה השמאלית לרוחב. לאחר מכן, לרוחב האונה השמאלית היא perfused עם heparinized מלוחים. הניסוי מבוצעת עם ארבע קבוצות (n = 3 חולדות לכל קבוצה) המבוסס על פעמים זלוף שונים של 20 דקות, 2 h. 3 h ו 4 h הישרדות, כמו גם השינוי בעין בלתי מזוינת גלוי של צבע ועל חוסר כדוריות הדם בהיסטולוגיה נחוש פורטל שילוש ו- sinusoids את, נלקח כמחוון עבור מוסד מודל מוצלח. לאחר זלוף סלקטיבי של האונה השמאלית לרוחב, אנו מבחינים כי לרוחב האונה השמאלית, ואכן, הפך מאדום לצהוב עמום. בהערכה היסטולוגית, אין תאי דם גלויים בענף של וריד שער הכבד, את וריד מרכזי ו- sinusoids. האונה הלטראלי השמאלי הופך לאדום לאחר פתיחה מחדש את כלי-הדם החסומים. 12/12 חולדות שרד ההליך במשך יותר משבוע. אנחנו הראשונים לדווח למודל כירורגי ויוו זלוף אונה בכבד יחיד עם תקופת ההישרדות ארוך יותר משבוע. בניגוד ח שפורסמו בעבר, היתרון החשוב ביותר של הטכניקה המובאת כאן זה זלוף 70% של הכבד נשמר לאורך כל התהליך. הקמתה של טכניקה זו מספק בסיס ויוו חלקי הכבד הנדסה בחולדות, כולל decellularization ו- recellularization.
Introduction
הסימנים של השתלת איברים ללא הרף מתרחבים. לעומת זאת, המחירים תרומת איברים, האיכות הכוללת של איברים הולכים ופוחתים, שמוביל לדרישה גוברת על השתלים. מספר המועמדים נוספו לרשימת הממתינים להשתלה כבד המשיכו להגדיל (למשל, בארצות הברית, חולים 11,340 נוספו בשנת 2016, לעומת 10,636 בשנת 2015)1. למרות מאמצים ניכרים, מספר האיברים זמין אינו עונה לצרכים קליניים. בשל שכיחות מוגברת של מחלת כבד, חולים רבים עם מחלות כבד סופנית תמותי לרשימת הממתינים להשתלה לפני איברים הופכת לזמינה. כדי לענות על הביקוש תורם כבד שתלי ענק, גישות חלופיות באמצעות רקמת הכבד עקרונות הנדסיים מתבצעת באופן פעיל רדף2. בימינו, פיתח טכניקה ביולוגי להנדסה הכבד יכול פוטנציאל להתגבר על המחסור הזה.
הנדסה הכבד מורכבת משני שלבים: הדור של לגרדום acellular, ואחריו איכלוס של לגרדום. כדי להשיג לפיגום הביולוגי הכבד acellular, הכבד explanted הוא perfused דרך מערכת כלי הדם עם דטרגנטים יוניים או nonionic, אשר ניתן להסיר את החומר הסלולר מן הכבד. במחקרים קודמים רוב, לפיגום הביולוגי הכבד acellular הושגה על ידי זלוף של הכבד, עם שילוב של נתרן גופרתי dodecyl ו- TritonX100. כתוצאה מכך, כל התאים הוסרו, ואילו המבנה של מטריצות נשמר. פיגומים איברים היו reseeded עם התאים בוגרים, hepatocellular, כמו גם קווי תא אנדותל hepatocytes ראשי עם או בלי היישום בו זמנית של תאי אנדותל או גזע mesenchymal (MSC). רוב החוקרים להתמקד, שמחוץ לכבד הנדסה3,4,5,6,7,8,9,10, 11,12,13,14. עם זאת, במחקרים קודמים רוב, רק חתיכות קטנות של קוביות לגרדום הנידונה היו מושתלים לתוך ההשתלה הטרוטופי שונים. במחקרים אחדים, חלקי פיגומים הנידונה היו מושתלים כמו שתל עזר. אולם, הפעם מקסימלי הישרדות המדווחת היה 72 h רק8,בת14. עד כמה שידוע לנו, השתלת orthotopic של השתלה כבד מלא הנידונה טרם שבוצעה שבוצעה או שהתפרסמו על. תפקוד לטווח ארוך ואת השתלת איברים מהונדסים הם בחיתוליהם. לכן, נדרשת גישה חלופית שמחוץ לכבד הנדסה.
הנדסה in vivo הכבד עשוי לייצג חלופה ללמוד איכלוס הכבד בתנאים פיזיולוגיים. היתרונות של ויוו הכבד הנדסה בהשוואה ל- ex-vivo הכבד הנדסה הן מגוונות. אין ויוו אוכלס מחדש חלקי הכבד לגרדום נענשים פיזיולוגיים הדם זלוף עם טמפרטורה נכונה, מספיק חמצן, חומרים מזינים, גורמי גדילה בניגוד שמחוץ זלוף בינונית תרבות מלאכותיים. יתר על כן, הכבד נורמלי חלקיים שנותרו שומרת על הפונקציה הכבד, בעיקר ומאפשר ההישרדות לטווח ארוך. מאז מושתל שמחוץ מהונדסים הכבד שתל הוא עדיין מסוגל לקיים את ההישרדות לטווח ארוך של חיות ניסוי על ידי תפקוד הכבד8, נוכל לדמות את ויוו חלקי הכבד engineeringwould בסופו של דבר להיות מודל מבטיח ללמוד עוד יותר על האבולוציה של הנדסה כבדים עם תצפיות הישרדות ארוך יותר מאשר ex-vivo.
לאחרונה, קבוצת מחקר אחת (פאן ועמיתיו) הציג, בפעם הראשונה, טכניקה של ויוו הכבד הנדסה15. הם השיגו את זלוף מבודד של האונה הכבד נכון נחות בחולדות חיים למרות האתגרים אנטומיים וטכניים. הם דיווחו תוצאות פוסט ניתוחית הראשון ויוו איכלוס באמצעות קו תא hepatocyte הראשית עכברוש. עם זאת, הדגם זלוף כירורגי ויוו של פן. et al. יש חסרונות. הם השיגו יחיד בכבד באונה זלוף בחולדות על חשבון חוסמת לחלוטין את וריד שער הכבד ואת הכלילי, דבר העלול לגרום נזק חמור לחיה. העכברושים ניסיוני הוקרבו אחרי רק 6 שעות של זמן התבוננות פוסט ניתוחית. לכן, הטכניקה זלוף בכבד באונה ויוו דורשת עוד שיפור להשגת הישרדות לאחר הניתוח.
פיתחנו מודל הישרדות הרומן ויוו בכבד באונה זלוף, בהתבסס על מחקרים קודמים של האנטומיה הכבד של עכברוש16, הטכניקה תעלות וריד שער הכבד לניטור והמודינמיקה עכברים17, ואת הכבד בביו-הנדסה 18 , 19. השלבים המפתח לקבלת ההליך מומחשים איור 1A – 1E.
טכניקה זו מתאימה עבור אלה שרוצים להשתמש המודל זלוף ניסיוני ויוו למחקר בסיסי על טיפול חלקי איברים על ידי אינפוזיה עם סמים, אין ויוו decellularization כמו כריתה כימי למחלות איברים (למשל , סרטן הכבד), ויוו תרבית תאים במטריצה decellularized השוואת שמחוץ דו מימדי ותלת ממדית תא תרבות מערכות20,21,22,23 , 24 , 25 , 26, ויוו הכבד הנדסה על-ידי decellularization ולאחר איכלוס.
Protocol
Representative Results
Discussion
על-ידי חסימת cannulating וריד שער הכבד השמאלי עם קטטר כמו כניסת נוזלים, את וריד הכבד הלטראלי השמאלי עם עוד קטטר כמו פורקן נוזלים, בהצלחה יצרנו ויוו נוזלים מעקף בתוך האונה השמאלית לרוחב, המציין למרות השיטה הוא מאוד מאתגר בשל גודלו הקטן של כלי עבור תעלות סיכון גבוה של גרימת דימום, זה ריאלי. אפי…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להודות Jens Geiling מן המכון של האנטומיה הראשון, בית החולים האוניברסיטאי יינה, להפקת הציורים סכמטי של עכברוש הכבד אנטומיה.
Materials
| Perfusion Pump | |||
| Perfusor VI | B. Braun, Melsungen | ||
| Catheter | |||
| Versatus-W Catheter | Terumo | SR+DU2419PX | 24G, 0.74×19mm |
| Versatus-W Catheter | Terumo | SR+DU2225PX | 22G, 0.9×25mm |
| micro surgical instrument | |||
| micro scissors | F·S·L | No. 14058-09 | |
| micro serrefine | F·S·L | No.18055-05 | |
| Micro clamps applicator | F·S·L | No. 18057-14 | |
| Straight micro forceps | F·S·L | No. 00632-11 | |
| Curved micro forceps | F·S·L | No. 00649-11 | |
| micro needle-holder | F·S·L | No. 12061-01 | |
| general surgical instruments | |||
| standard sissors | F·S·L | ||
| mosquito clamp | F·S·L | ||
| serrated forcep | F·S·L | ||
| teethed forcep | F·S·L | ||
| needle-holder | F·S·L | ||
| suture | |||
| 4-0 prolene | ethicon | ||
| 4-0 ETHICON*II | ethicon | ||
| 6-0 silk | ethicon | ||
| 11-0 polyamide | ethicon | ||
Riferimenti
- Kim, W. R., et al. OPTN / SRTR 2016 Annula Data Report: Liver. American Journal of Transplantation. Suppl. 1, 172-253 (2018).
- Palakkan, A. A., Hay, D. C., Anil Kumar, P. R., Kumary, T. V., Ross, J. A. Liver tissue engineering and cell sources: issues and challenges. Liver International. 33, 666-676 (2013).
- Hynes, R. O. The extracellular matrix: not just pretty fibrils. Science. 326, 1216-1219 (2009).
- Flaim, C. J., Chien, S., Bhatia, S. N. An extracellular matrix microarray for probing cellular differentiation. Nature Methods. 2, 119-125 (2005).
- Wells, R. G. The role of matrix stiffness in regulating cell behavior. Hepatology. 47, 1394-1400 (2008).
- Ren, H., et al. Evaluation of two decellularization methods in the development of a whole-organ decellularized rat liver scaffold. Liver International. 33, 448-458 (2013).
- Yagi, H., et al. Human-scale whole-organ bioengineering for liver transplantation: a regenerative medicine approach. Cell Transplantation. 22, 231-242 (2013).
- Jiang, W. C., et al. Cryo-chemical decellularization of the whole liver for mesenchymal stem cells-based functional hepatic tissue engineering. Biomaterials. 35, 3607-3617 (2014).
- Uygun, B. E., et al. Organ reengineering through development of a transplantable recellularized liver graft using decellularized liver matrix. Nature Medicine. 16, 814-820 (2010).
- Baptista, P. M., et al. The use of whole organ decellularization for the generation of a vascularized liver organoid. Hepatology. 53, 604-617 (2011).
- Bruinsma, B. G., Kim, Y., Berendsen, T. A., Yarmush, M. L., Uygun, B. E. Layer-by-layer heparinization of decellularized liver matrices to reduce thrombogenicity of tissue engineered grafts. Journal of Clinical and Translational Research. 1 (1), (2015).
- Park, K. M., et al. Decellularized Liver Extracellular Matrix as Promising Tools for Transplantable Bioengineered Liver Promotes Hepatic Lineage Commitments of Induced Pluripotent Stem Cells. Tissue Engineering Part A. 22, 449-460 (2014).
- Ko, I. K., et al. Bioengineered transplantable porcine livers with re-endothelialized vasculature. Biomaterials. 40, 72-79 (2015).
- Bao, J., et al. Construction of a portal implantable functional tissue-engineered liver using perfusion-decellularized matrix and hepatocytes in rats. Cell Transplantation. 20, 753-766 (2011).
- Pan, J., et al. In-vivo organ engineering: Perfusion of hepatocytes in a single liver lobe scaffold of living rats. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 80, 124-131 (2016).
- Madrahimov, N., et al. Marginal hepatectomy in the rat: from anatomy to surgery. Annals of Surgery. 244, 89-98 (2006).
- Mussbach, F., Settmacher, U., Dirsch, O., Dahmen, U. Bioengineered Livers: A New Tool for Drug Testing and a Promising Solution to Meet the Growing Demand for Donor Organs. European Surgical Research. 57, 224-239 (2016).
- Mussbach, F., Settmacher, U., Dirsch, O., Dahmen, U. Liver engineering as a new source of donor organs: A systematic review. Der Chirurg. 87, 504-513 (2016).
- Xie, C., et al. Monitoring of systemic and hepatic hemodynamic parameters in mice. Journal of Visualized Experiments. (92), e51955 (2014).
- Zhou, P., et al. Decellularization and Recellularization of Rat Livers With Hepatocytes and Endothelial Progenitor Cells. Artificial Organs. 40, E25-E38 (2016).
- Yagi, H., et al. Human-scale whole-organ bioengineering for liver transplantation: a regenerative medicine approach. Cell Transplantation. 22, 231-242 (2013).
- Otsuka, H., Sasaki, K., Okimura, S., Nagamura, M., Nakasone, Y. Micropatterned co-culture of hepatocyte spheroids layered on non-parenchymal cells to understand heterotypic cellular interactions. Science and Technology of Advanced Materials. 14, 065003 (2013).
- Bale, S. S., et al. Long-term coculture strategies for primary hepatocytes and liver sinusoidal endothelial cells. Tissue Engineering Part C: Methods. 21, 413-422 (2015).
- Wu, Q., et al. Optimizing perfusion-decellularization methods of porcine livers for clinical-scale whole-organ bioengineering. BioMed Research International. , 785474 (2015).
- Barakat, O., et al. Use of decellularized porcine liver for engineering humanized liver organ. Journal of Surgical Research. 173 (1), e11-e25 (2012).
- Navarro-Tableros, V., et al. Recellularization of rat liver scaffolds by human liver stem cells. Tissue Engineering Part A. 21 (11-12), 1929-1939 (2015).
