간 재생 전략으로 3차원 콜라겐 매트릭스 스캐폴드 이식
Summary
간 질환은 섬유증이나 간경변증을 촉진하는 많은 원인에 의해 유도됩니다. 이식은 건강을 회복하기위한 유일한 옵션입니다. 그러나 이식 가능한 장기의 희소성을 감안할 때 대안을 모색해야합니다. 우리의 연구는 동물 모델에서 간 조직에 콜라겐 비계의 이식을 제안한다.
Abstract
간 질환은 전 세계적으로 사망의 주요 원인입니다. 과도한 알콜 소비, 고지방 규정식 및 C형 간염 바이러스 감염은 섬유증, 간경변 및/또는 간세포 암종을 승진시합니다. 간 이식은 고급 질병 단계에서 환자의 수명을 개선하고 연장하기 위해 임상적으로 권장되는 절차입니다. 그러나 이식의 10%만이 장기 가용성, 외과 전 및 수술 후 수술 및 높은 비용과 직접 상관 관계가 있습니다. 세포 외 매트릭스 (ECM) 비계조직 복원을위한 대안으로 등장했다. 생체 적합성 및 접목 수용은 이러한 생체 재료의 주요 유익한 특성입니다. 간 의 크기와 정확한 기능을 복원하는 능력은 간 간 절제술 모델에서 평가되었지만, 스캐폴드 또는 멸종 된 간 질량의 부피를 대체하기 위한 일종의 지원의 사용은 평가되지 않았습니다.
부분 적인 간 절제술은 소 콘딜로부터 콜라겐 매트릭스 스캐폴드 (CMS)의 이노 삽입을 가진 쥐 간에서 수행되었다. 좌간 엽 조직을 제거 (약 40%), CMS의 동등한 비율은 수술로 이식되었다. 간 기능 테스트는 외과 수술 전후에 평가되었다. 3일, 14일, 21일 후, 동물들은 안락사되었고, 거시적 및 점학적 평가를 수행했다. 3일과 14일에, 지방 조직은 21일째에 혈관 신형성 및 CMS 재흡수와 같이 거부 또는 감염의 임상적인 증거가 없는 CMS를 둘러싸고 관찰되었습니다. CMS에 인접한 세포의 사소한 염증 과정 및 이동의 히스토릭 증거가 있었다, 헤마톡시린과 eosin으로 관찰 (H&E) 및 마슨의 삼색 얼룩. CMS는 간 조직에서 잘 수행 하 고 조직 재생 및 만성 간 질환에서 복구를 공부 하기 위한 유용한 대안 이 될 수 있습니다.
Introduction
간은 항상성 및 단백질 생산1을유지하는 데 관여하는 가장 중요한 기관 중 하나입니다. 불행히도, 간 질환은 전 세계적으로 사망의 주요 원인입니다. 간경변과 간세포 암종을 포함하는 간 손상의 고급 단계에서 간 이식은 임상적으로 권장되는 절차입니다. 그러나, 기증자의 희소성과 성공적인 이식의 낮은 비율로 인해 조직 공학 (TE) 및 재생 의학 (RM)에 있는 새로운 기술이2,3개발되었습니다.
TE는 염증, 섬유성 및 부종 장기 및 조직의 복원을 촉진하기 위해 줄기 세포, 비계 및 성장 인자4의 사용을포함1,5,6. 스캐폴드에 사용되는 생체 재료는 기본 ECM을 모방하여 유도 된 세포 리모델링7에대한 물리적, 화학적 및 생물학적 단서를 제공합니다. 콜라겐은 진피, 힘줄, 장 및 구심8,9로부터얻은 가장 풍부한 단백질 중 하나입니다. 더욱이, 콜라겐은 바이오프린팅 또는 전기방사(10,11)을통해 2차원 및 3차원 스캐폴드를 생성하는 바이오 폴리머로서 수득될 수 있다. 이 그룹은 간 조직의 재생을 위한 뼈 근원에서 콜라겐의 사용을 보고하는 첫번째입니다. 또 다른 연구는 소 콜라겐에서 합성 된 비계의 사용을보고, 이는 피부에서 얻은, 균질적이고 밀접하게 위치 모공을, 그들 사이의 통신없이12.
탈세포화는 네이티브 ECM을 보존하여 줄기 세포 전위13,14를가진 세포의 후속 편입을 허용한다. 그러나, 이 절차는 마우스, 쥐, 토끼, 돼지, 양, 가축 및 말3,14에서간, 심장, 신장, 소장 및 오줌 방광에 있는 실험 단계에 아직도 있습니다. 현재, 절제된 간 질량 량은 동물 간 절제술 모델 중 어느 모델에서도 대체되지 않는다. 그러나, 세포 증식 및 혈관 신생을 가능하게 하는 추가 지원 또는 네트워크(생체 재료)의 사용은 간 완구기능의 신속한 복원을 위해 필수적일 수 있었다. 따라서, 스캐폴드는 만성 간 질환에서 조직을 재생하거나 복구하는 대체 접근법으로 사용될 수 있으며, 차례로 간 이식의 기증 및 임상 합병증으로 인한 제한을 제거합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
장기 이식은 간 섬유증 또는 간경변 환자에서 치료의 주류입니다. 몇몇 환자는 이 절차에서 유익합니다, 대기자 명단에 있는 환자를 위한 치료 대안을 제공하는 것을 필요하게 하는. 조직 공학은 재생 잠재력2,4,13을가진 발판 및 세포를 사용하는 유망한 전략입니다. 간 부분의 제거는 이 혈관화된 기관의 경질 출혈 때문에 이 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 실험 의학 단위의 실험실 동물 시설의 직원, 기술 및 외과 지원을위한 간호사 캐롤라이나 Baños G., 마이크로 사진지원을 위한 마르코 E. Gudiño Z. 및 간 조직학 지원을 위한 에릭 아포에게 감사를 표하고자 합니다. 국가위원회는과학기술(CONACyT),교부금 수 SALUD-2016-272579 및 PAPIIT-UNAM TA200515에 대한 연구를 지원했습니다.
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).
