ديسيلولاريزيشن قلب البشري برمته داخل حقيبة الضغط في اتجاه معكوس
Summary
يتيح هذا الأسلوب ديسيلولاريزيشن جهاز صلبة معقدة باستخدام بروتوكول بسيطة تستند إلى صدمة ناضح ونضح من المنظفات الأيونية مع انقطاع مصفوفة الجهاز الحد الأدنى. وهو يضم تقنية رواية ديسيلولاريزيشن لقلوب البشر داخل حقيبة مضغوط مع الرصد في الوقت الحقيقي للتدفق الخلوي وديناميات تدفق الحطام.
Abstract
الحل النهائي للمرضى الذين يعانون من قصور في القلب نهاية مرحلة من زرع الأعضاء. ولكن قلوب المانحة محدودة والكبت المناعي مطلوب، وفي نهاية المطاف يمكن أن يحدث الرفض. إنشاء وظيفية، القلب الاصطناعي-بيو ذاتي يمكن حل هذه التحديات. بيوفابريكيشن قلب يتألف من خلايا وسقالة خيار واحد. يمكن الحصول على سقالة طبيعية مع تكوين الأنسجة على حدة، فضلا عن هيكل الجزئي والكلى بقلوب ديسيلولاريزينج من البشر أو الحيوانات الكبيرة مثل الخنازير. ويشمل ديسيلولاريزيشن الغسيل الحطام الخلوية مع الحفاظ على المصفوفة خارج الخلية 3D والمفرج والسماح “سيلولاريزيشن” في تيميبوينت وقت لاحق. الاستفادة من الرواية لنا إيجاد ديسيلولاريزيشن نضح تلك الأجهزة المعقدة ممكن، قمنا بتطوير أسلوب “فسيولوجية” أكثر ديسيلولاريزي قلوب البشر غير الأولى بوضعها داخل حقيبة مضغوط، في المقلوب التوجه، تحت ضغط الخاضعة للرقابة. والغرض من استخدام حقيبة مضغوط إنشاء تدرجات الضغط عبر الصمام الابهري الاحتفاظ بها مغلقة وتحسين التروية احتشاء عضلة القلب. متزامنة تقييم ديناميات تدفق وإزالة الحطام الخلوية أثناء ديسيلولاريزيشن يسمح لنا برصد تدفق السوائل وتدفق الحطام، مما يولد سقالة التي يمكن استخدامها أما لإصلاح القلب بسيطة (مثلاً كتصحيح أو صمام سقالة) أو سقالة كل جهاز.
Introduction
قصور القلب يؤدي إلى ارتفاع معدل الوفيات في المرضى. هو خيار العلاج النهائي لفشل القلب نهاية مرحلة الزرع الو. ومع ذلك، هناك قائمة انتظار طويلة للزرع بسبب النقص في الهيئات المانحة، وزرع ما بعد الوجه المرضى العوائق التي تتراوح من الكبت المناعي مدى الحياة لرفض الجهاز المزمنة1،2. قلوب الهندسة الحيوية الوظيفية إعادة إسكانها يكونوا ديسيلولاريزيد قلوب البشرية الحجم مع مريض نفسه الخلايا ويمكن الالتفاف على هذه العقبات3.
خطوة رئيسية في “هندسة” قلب هو إنشاء السقالة مع بنية الأوعية الدموية ومتني المناسبة، وتكوينه ووظيفته لتوجيه المحاذاة وتنظيم خلايا تم تسليمها. حضور الإطار المناسب، ينبغي الاعتراف بالبيئة خلايا المصنف على السقالة وأداء وظيفة المتوقعة كجزء من هذا الجهاز. في رأينا، يضم الجهاز ديسيلولاريزيد المصفوفة خارج الخلية (ديكم) الخصائص اللازمة سقالة مثالية.
يمكن من الاستفادة من المفرج الجوهرية، مجمع الجامعة-الجهاز ديسيلولاريزيشن عن طريق أنتيجرادي أو نضح رجعية4 لإزالة المكونات الخلوية مع الحفاظ على المصفوفة خارج الخلية 3D حساسة والمفرج2، 5،،من67. المفرج وظيفية مهم في الهندسة الحيوية كلها أجهزة فقط كما الحال في فيفو، لتوزيع المواد الغذائية والتخلص من النفايات8. ديسيلولاريزيشن التروية التاجية وقد ثبت أن تكون فعالة في خلق قلوب ديسيلولاريزيد من الفئران4، أو الخنازير4،،من79،10،11 ،،من1213، والبشر5،،من714،،من1516. ومع ذلك، يمكن أن تعاني سلامة الصمامات والاذينين ومناطق أخرى “رقيقة”.
يمكن الحصول على السقالات قلب الإنسان-حجم ديسيلولاريزيد من الخنازير باستخدام ضغط التحكم7،9،10،11،12 أو ضخ تدفق معدل التحكم13، 17 ومن الجهات المانحة البشرية باستخدام ضغط التحكم5،7،،من1415. ديسيلولاريزيشن قلوب البشرية المانحة يحدث على مدى 4-8 أيام تحت ضغط تسيطر على 80-100 ملم زئبقي في اتجاه مستقيم5،،من1516 أو أكثر من 16 يوما تحت ضغط تسيطر على 60 مم زئبق14 . تحت أنتيجرادي، ديسيلولاريزيشن الخاضعة لسيطرة الضغط، كفاءة الصمام الابهري يلعب دوراً حاسما في الحفاظ على كفاءة التروية التاجية وضغط مستقر في جذر الابهر. وكشفت عملنا السابق أن التوجه للقلب يؤثر على كفاءته التروية التاجية أثناء الإجراء ديسيلولاريزيشن، وبالتالي سلامة سقالة في نهاية9.
استمرارا لجهودنا السابقة العمل9، نقدم مفهوما جديداً حيث يتم إضافة حقيبة مثل تامور لتحسين ديسيلولاريزيشن قلب كل. يصف لنا ديسيلولاريزيشن قلوب البشر التي توضع داخل الحقائب المضغوط، الموجهة نحو عكسيا، وتحت ضغط تسيطر على 120 ملم زئبقي في جذر الابهر. ويشمل هذا البروتوكول رصد تدفق الشخصية ومجموعة من الوسائط إلى الخارج طوال فترة الإجراءات ديسيلولاريزيشن لتقييم كفاءة التروية التاجية، وإزالة الأنقاض الخلية. ثم تجري فحوصات الكيمياء الحيوية لاختبار فعالية هذه الطريقة.
Protocol
Representative Results
Discussion
على حد علمنا، هذا هو أول دراسة التقرير مقلوب ديسيلولاريزيشن من قلوب البشر داخل حقيبة مضغوط مع الوقت الفاصل بين رصد تدفق معدل وخلية إزالة الأنقاض. وتبقى الحقيبة تامور مثل التوجه للقلب مستقرة طوال فترة الإجراءات ديسيلولاريزيشن. غمر وعكس قلوب كله داخل حقيبة يمنع الجفاف ويقلل من الضغط المفرط…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
أيد هذا البحث منح “الهبات هيوستن” و “صندوق تكساس للتكنولوجيا الناشئة”. الكتاب تعترف وكالة المشتريات الجهاز ليفيجيفت, Inc. والأسر للمانحين لتقديم هذه الدراسة ممكن.
Materials
| 2-0 silk suture | Ethicon | SA85H | Suture used to ligate superior and inferior vena cava |
| 1/4" x 3/8" connector with luer | NovoSci | 332023-000 | Connect aorta and pulmonary artery |
| Masterflex platinum-cured silicone tubing | Cole-Parmer | HV-96410-16 | Tubing to connect heart chambers/veins |
| infusion and outflow line | Smiths Medical | MX452FL | For flowing solutions through the vasculature |
| Polyester pouch (Ampak 400 Series SealPAK Pouches) | Fisher scientific | 01-812-17 | Pericardium-like pouch for containing heart during decellularization |
| Snapware Square-Grip Canister | Snapware | 1022 | 1-liter Container used for perfusing heart |
| Black rubber stoppers | VWR | 59586-162 | To seal the perfusion container |
| Peristaltic pump | Harvard Apparatus | 881003 | To pump fluid through the inflow lines and to drain fluids |
| 2 L aspirator bottle with bottom sidearm | VWR | 89001-532 | For holding solutions/perfusate |
| Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay kit | Life Technologies | P7589 | For quantifying dsDNA |
| Calf thymus standard | Sigma | D4522 | DNA standard |
| Blyscan Glycosaminoglycan Assay Kit | Biocolor Ltd | Blyscan #B1000 | GAG assay kit |
| Plate reader | Tecan | Infinite M200 Pro | For analytical assays |
| GE fluoroscopy | General Electric | OEC 9900 Elite | Angiogram |
| Visipaque | GE | 13233575 | Contrast agent |
References
- Writing Group Members. Executive Summary: Heart Disease and Stroke Statistics–2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133 (4), 447-454 (2016).
- Zia, S., et al. Hearts beating through decellularized scaffolds: whole-organ engineering for cardiac regeneration and transplantation. Critical Reviews in Biotechnology. 36 (4), 705-715 (2016).
- Zimmermann, W. H. Strip and Dress the Human Heart. Circulation Research. 118 (1), 12-13 (2016).
- Ott, H. C., et al. Perfusion-decellularized matrix: Using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nature Medicine. 14 (2), 213-221 (2008).
- Sanchez, P. L., et al. Acellular human heart matrix: A critical step toward whole heart grafts. Biomaterials. 61, 279-289 (2015).
- Peloso, A., et al. Current achievements and future perspectives in whole-organ bioengineering. Stem Cell Research & Therapy. 6, 107 (2015).
- Guyette, J. P., et al. Perfusion decellularization of whole organs. Nature Protocols. 9 (6), 1451-1468 (2014).
- Momtahan, N., Sukavaneshvar, S., Roeder, B. L., Cook, A. D. Strategies and Processes to Decellularize and Cellularize Hearts to Generate Functional Organs and Reduce the Risk of Thrombosis. Tissue Engineering Part B-Reviews. 21 (1), 115-132 (2015).
- Lee, P. F., et al. Inverted orientation improves decellularization of whole porcine hearts. Acta Biomaterialia. , (2016).
- Momtahan, N., et al. Automation of Pressure Control Improves Whole Porcine Heart Decellularization. Tissue Eng Part C Methods. , (2015).
- Weymann, A., et al. Development and Evaluation of a Perfusion Decellularization Porcine Heart Model – Generation of 3-Dimensional Myocardial Neoscaffolds. Circulation Journal. 75 (4), 852-860 (2011).
- Weymann, A., et al. Bioartificial heart: A human-sized porcine model–the way ahead. PLoS One. 9 (11), e111591 (2014).
- Remlinger, N. T., Wearden, P. D., Gilbert, T. W. Procedure for decellularization of porcine heart by retrograde coronary perfusion. Journal of Visualized Experiments. (70), e50059 (2012).
- Guyette, J. P., et al. Bioengineering Human Myocardium on Native Extracellular Matrix. Circulation Research. 118 (1), 56-72 (2016).
- Sanchez, P. L., et al. Data from acellular human heart matrix. Data Brief. 8, 211-219 (2016).
- Garreta, E., et al. Myocardial commitment from human pluripotent stem cells: Rapid production of human heart grafts. Biomaterials. 98, 64-78 (2016).
- Wainwright, J. M., et al. Preparation of Cardiac Extracellular Matrix from an Intact Porcine Heart. Tissue Engineering Part C-Methods. 16 (3), 525-532 (2010).
- Larson, A. M., Yeh, A. T. Ex vivo characterization of sub-10-fs pulses. Optics Letters. 31 (11), 1681-1683 (2006).
- Lee, P. F., Yeh, A. T., Bayless, K. J. Nonlinear optical microscopy reveals invading endothelial cells anisotropically alter three-dimensional collagen matrices. Experimental Cell Research. 315 (3), 396-410 (2009).
- Lee, P. F., Bai, Y., Smith, R. L., Bayless, K. J., Yeh, A. T. Angiogenic responses are enhanced in mechanically and microscopically characterized, microbial transglutaminase crosslinked collagen matrices with increased stiffness. Acta Biomaterialia. 9 (7), 7178-7190 (2013).
- Wu, Z., et al. Multi-photon microscopy in cardiovascular research. Methods. 130, 79-89 (2017).
- Ramanathan, T., Skinner, H. Coronary blood flow. Continuing Education in Anaesthesia Critical Care & Pain. 5 (2), 61-64 (2005).
- Murthy, V. L., et al. Clinical Quantification of Myocardial Blood Flow Using PET: Joint Position Paper of the SNMMI Cardiovascular Council and the ASNC. Journal of Nuclear Cardiology. 25 (1), 269-297 (2018).
- Molina, D. K., DiMaio, V. J. Normal organ weights in men: Part I-the heart. The American Journal of Forensic Medicine and Pathology. 33 (4), 362-367 (2012).
- Molina, D. K., DiMaio, V. J. Normal Organ Weights in Women: Part I-The Heart. The American Journal of Forensic Medicine and Pathology. 36 (3), 176-181 (2015).
- Robertson, M. J., Dries-Devlin, J. L., Kren, S. M., Burchfield, J. S., Taylor, D. A. Optimizing cellularization of whole decellularized heart extracellular matrix. PLoS One. 9 (2), e90406 (2014).
- Robertson, M. J., Soibam, B., O’Leary, J. G., Sampaio, L. C., Taylor, D. A. Cellularization of rat liver: An in vitro model for assessing human drug metabolism and liver biology. PLoS One. 13 (1), e0191892 (2018).
- Baghalishahi, M., et al. Cardiac extracellular matrix hydrogel together with or without inducer cocktail improves human adipose tissue-derived stem cells differentiation into cardiomyocyte-like cells. Biochemical and Biophysical Research Communications. , (2018).
- Perea-Gil, I., et al. In vitro comparative study of two decellularization protocols in search of an optimal myocardial scaffold for recellularization. American Journal of Translational Research. 7 (3), 558-573 (2015).
- Freytes, D. O., O’Neill, J. D., Duan-Arnold, Y., Wrona, E. A., Vunjak-Novakovic, G. Natural cardiac extracellular matrix hydrogels for cultivation of human stem cell-derived cardiomyocytes. Methods Molecular Biology. 1181, 69-81 (2014).
- Oberwallner, B., et al. Preparation of cardiac extracellular matrix scaffolds by decellularization of human myocardium. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 102 (9), 3263-3272 (2014).
