肺特異的血管形成を研究するためにマウスの肺にフィブリンゲルの移植
Summary
Recapitulation of the organ-specific microenvironment, which stimulates local angiogenesis, is indispensable for successful regeneration of damaged tissues. This report demonstrates a novel method to implant fibrin gels on the lung surface of living mouse in order to explore how the lung-specific microenvironment modulates angiogenesis and alveolar regeneration in adult mouse.
Abstract
幹細胞研究と生物工学技術の最近の重要な進歩は、再生し、整形外科や歯周分野のシンプルな組織における損傷を修復するために生体材料を利用することで大きな進歩を遂げている。臓器再生の生物学的プロセスはよく検討されていないので、肺などのより複雑な三次元（3D）の構造と機能を再生しようとする臓器は非常に成功していない。これは、血管新生は、新しい血管の形成は、臓器再生において重要な役割を果たしていることが明らかになってきている。新たに形成された血管系は、酸素、栄養素や臓器再生のために必要とされる様々な細胞成分を提供するだけでなく、再生地元の組織に有益な信号を提供するだけでなく。首尾成人肺を再生成するため、それは血管新生が局所肺組織の再生を駆動する肺特異的微小環境を再現することが必要である。共同もののnventional インビボでのそのようなヒドロゲル（ 例えば 、フィブリンまたはコラーゲンゲルまたはマトリゲル-エンゲルブレス-ホルム-スウォームマウス肉腫細胞によって分泌ECMタンパク質の混合物）がリッチ細胞外マトリックス（ECM）の皮下移植などの血管新生アッセイ、広く探求するために利用される肺における生体材料の同所移植のための方法は十分に確立されていないため、血管新生の一般的なメカニズムは、肺特異的血管新生は、十分に特徴付けられていない。このプロトコルの目的は、ゲル内部ホスト肺由来の血管新生の成功要約を可能に、生きている成体マウスの肺の表面にフィブリンゲルを注入するユニークな方法を導入することである。このアプローチは、肺特異的微小環境が正常および病的両方の条件で血管新生および肺胞の再生を制御するメカニズムを探求する研究者を可能にします。注入された生体材料のリリース以来隣接lの物理的および化学的な信号を供給し、長官組織、罹患肺におけるこれらの生体材料の注入は、潜在的に肺疾患の様々なタイプの新しい治療アプローチを開発するための研究を可能にする、隣接した病変組織を正常化することができる。
Introduction
このプロトコルの全体的な目標は、研究者は肺血管および肺発達の分子機構を特徴づけることができ、成体マウスの肺表面にフィブリンゲルを注入する方法を導入すること、及び可能な生体模倣材料を開発するためにこの知識を活用することである様々な肺疾患を治療するための生理的な肺の血管および肺胞形成を反復するの。
35以上の万人のアメリカ人が慢性閉塞性肺疾患および肺線維症を含む慢性肺疾患に苦しむ。これらの患者は大幅に日常生活1-3を損なうような息切れ、胸部圧迫感、しつこい咳、および疲労などの長期的な慢性呼吸器症状を持っている。これらの肺疾患のための効果的な治療法を開発する努力が多量にもかかわらず、現在、治療法は存在しない。そのため、これらの患者の生活の質が悪いと経済で、人的コストがhiであるGH 4-7。現在、肺移植は、末期慢性肺疾患を有する患者を保存する唯一の方法である。しかし、移植ドナー、高コスト、深刻な合併症、および低い生存率8-11の不足のため、移植が最適なアプローチではありません。組織工学技術の最近の急速な進歩は、前駆細胞または人工多能性幹（iPS）細胞12,13の様々なタイプの脱細胞化肺全体を再増殖することにより、移植可能な肺をbioengineerする研究者を可能にした。しかし、これらの生体工学肺が唯一の注入12,14,15後に数時間の宿主動物において機能的である。肺の複雑な構造および機能を再生するために生体材料を利用しても、かなり成功していない。成人の肺の再生を支配する主要な生物学的プロセスが十分に検討されていないためと考えられる。肺では、血管系の形成が早いと最も重要なイベントの一つ対応時間は限らですNGの開発と再生16-21。肺で新たに形成された血管系は、酸素、栄養素や器官形成に必要な各種の細胞成分を提供するだけでなく、細胞の22〜25の周囲に有益な調節シグナルを提供するだけでなく。このように、血管新生は、成人肺24,26,27回生肺胞形成において重要な役割を果たしている。また、調節解除された血管新生は、慢性閉塞性肺疾患（COPD）28、気管支肺異形成（BPD）、21-23、および肺線維症29のような慢性の肺疾患に寄与する。したがって、肺のエンジニアリングまたは慢性肺疾患を治療するためのより効率的な戦略を開発するためには、肺特異的血管形成の基本的メカニズムを理解する必要がある。
各器官は生理学的および病理学的条件30〜33の間で異なる場合がありますユニークな機械的および化学的特性を、表示されます。これらの器官特異microenvironメンツは、内皮細胞の挙動を調節し、器官特異的に24,34-36に血管網の形成を調整する。したがって、肺の再生のためのより効率的な戦略を開発するために、肺特異的血管形成の基礎となるメカニズムは、理解される必要がある。皮下ヒドロゲル移植のような従来のin vivoでの血管形成アッセイは、血管形成の研究37-39ために広く使用されてきたが、これらの方法は、器官特異的血管形成を再現しない。最近、マウス肺弾性モールドにマトリゲルを移植するための新規な方法が開発され、成功したゲル22中に血管および肺上皮細胞を動員することが示されている。このユニークなアプローチは、研究者は肺特異的血管形成の機構、ならびに生理的および病的状態における血管および非血管肺細胞間の相互作用を探索することを可能にする。 1）マトリゲルは臨床応用には適していないので。 2）Eゲルをキャストするために使用ラスチック金型は、ヒドロゲルおよびホスト肺組織との間の相互作用に影響を与える可能性があり、3）肺弾性モールドは、潜在的に、より臨床的に関連するアプローチ、血管新生因子を含む3次元フィブリンマトリックスとして、呼吸中に肺機能および疼痛障害を引き起こす（血管内皮増殖因子（VEGF）/塩基性線維芽細胞増殖因子（bFGF））、弾性モールドに鋳造することなく、マウス肺に移植された、成功したホスト肺由来の血管新生を要約されている。フィブリンゲル、トロンビン切断されたフィブリノゲンから生成されたポリマー原線維は、トラップする生体 40,41 で血管新生を促進させるようなbFGFおよびVEGFなどの血管新生因子の様々な知られている。 、その再生能力及び生分解性の性質42、フィブリンゲルが広く組織工学の分野で用いられている。
この記事では、生きているADULの肺の表面にフィブリンゲルを注入する新規かつユニークなアプローチを紹介しますトンマウスとホスト肺由来の血管新生は、in vivoでのゲルの内部に要約されていることを示している。肺特異的血管形成を研究するための研究を可能にし、この方法は、可能性肺疾患の様々なタイプの新しい治療アプローチの開発につながると有意に正常成体肺を再生する取り組みを進めます。
Protocol
Representative Results
Discussion
この記事では、成体マウスの生体の肺表面上の生体材料を注入するための新しい方法を紹介します。このシステムでは、ホスト肺由来の血管新生は、正常に材料内部に要約されている。このシステムは、研究者は内皮細胞、他の細胞（ 例えば 、上皮細胞、間葉系細胞、免疫細胞）とローカル血管新生50〜53と肺胞の再生24,54のために必要とされる様々なECM成分の間のク?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、米国心臓協会（AM）、米国国防総省（BC074986）、ボストン小児病院学部キャリア開発フェローシップ（TM、AM）からの資金によってサポートされていました。著者は、技術支援のためのアマンダ江とエリザベート江に感謝。
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Fibrinogen from human placenta | Sigma | F4883 | For fabrication of fibrin gel |
| Thrombin from bovine plasma | Sigma | T9549 | For fabrication of fibrin gel |
| Recombinant mouse VEGF 164 | R&D | 493-MV | For supplementation to fibrin gel |
| Recombinant mouse bFGF | R&D | 3139-FB | For supplementation to fibrin gel |
| Rodent Intubation Stand | Braintree Scientific INC | RIS 100 | For intubation |
| Fiber-Optic Light Source | Fisher Scientific | 12-565-35 | For intubation |
| 20G Elastic catheter | B.Braun | 4251652-02 | For intubation |
| MiniVent Ventilator | Harvard Apparatus | CGS-8009 | For ventilation |
| Stemi DV4 Steromicroscope | Fisher Scientific | 12-070-515 | For surgey |
| Absobable suture | Ethicon | PDP304 | Surgical suture |
| Antibody against CD31 | BD Biosciences | 553370 | Immunohistochemistry |
| Antibody against AQP5 | Abcam | AB78486 | Immunohistochemistry |
| Antibody against SP-B | Millipore | AB40876 | Immunohistochemistry |
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