ثلاثي الأبعاد الكولاجين مصفوفة زرع سقالة كاستراتيجية تجديد الكبد
Summary
أمراض الكبد هي الناجمة عن العديد من الأسباب التي تعزز التليف أو تليف الكبد. زرع هو الخيار الوحيد لاستعادة الصحة. ومع ذلك، ونظرا لندرة الأعضاء القابلة للزراعة، يجب استكشاف البدائل. تقترح أبحاثنا زرع سقالات الكولاجين في أنسجة الكبد من نموذج حيواني.
Abstract
أمراض الكبد هي السبب الرئيسي للوفاة في جميع أنحاء العالم. الإفراط في استهلاك الكحول، واتباع نظام غذائي عالي الدهون، والتهاب الكبد الوبائي C فيروس تعزيز التليف، تليف الكبد، و / أو سرطان الكبد. زرع الكبد هو الإجراء الموصى به سريريا لتحسين وإطالة العمر الافتراضي للمرضى في مراحل المرض المتقدمة. ومع ذلك، فإن 10٪ فقط من عمليات الزرع ناجحة، مع توافر الأعضاء، والإجراءات السابقة للجراحة وما بعد الجراحة، وارتفاع التكاليف يرتبط مباشرة مع تلك النتيجة. ظهرت سقالات المصفوفة خارج الخلية (ECM) كبديل لاستعادة الأنسجة. التوافق البيولوجي وقبول الكسب غير المشروع هي الخصائص المفيدة الرئيسية لتلك المواد الحيوية. على الرغم من أن القدرة على استعادة حجم ووظيفة الصحيح للكبد قد تم تقييمها في نماذج استئصال الكبد الكبد, لم يتم تقييم استخدام السقالات أو نوع من الدعم لتحل محل حجم كتلة الكبد extirpated.
تم إجراء استئصال الكبد الجزئي في كبد الفئران مع زراعة سقالة مصفوفة الكولاجين (CMS) من كوندل البقري. تمت إزالة أنسجة فص الكبد الأيسر (حوالي 40٪)، وزرعت نسبة متساوية من CMS جراحيا. تم تقييم اختبارات وظائف الكبد قبل وبعد العملية الجراحية. بعد أيام 3 و 14 و 21 ، تم قتل الحيوانات ، وأجريت تقييمات العيان والهسولوجيا. في اليومين 3 و 14 ، لوحظت الأنسجة الدهنية المحيطة ب CMS ، مع عدم وجود دليل سريري على الرفض أو العدوى ، وكذلك الشكل الجديد للأوعية وإعادة امتصاص CMS في اليوم 21. كان هناك دليل الهلوسة من عملية التهاب ضئيلة والهجرة من الخلايا المجاورة لCMS، لوحظ مع hematoxylin وeosin (H &؛ E) وتلطيخ ماسون ثلاثي الألوان. وقد ثبت أن CMS أداء جيدا في أنسجة الكبد ويمكن أن يكون بديلا مفيدا لدراسة تجديد الأنسجة وإصلاحها في أمراض الكبد المزمنة.
Introduction
الكبد هو واحد من أهم الأجهزة المشاركة في الحفاظ على التوازن وإنتاج البروتين1. لسوء الحظ، أمراض الكبد هي السبب الرئيسي للوفاة في جميع أنحاء العالم. في مراحل متقدمة من تلف الكبد، والتي تشمل تليف الكبد وسرطان الكبد الخلوي، زرع الكبد هو الإجراء الموصى به سريريا. ومع ذلك ، نظرا لندرة المتبرعين وانخفاض معدل عمليات الزرع الناجحة ، تم تطوير تقنيات جديدة في هندسة الأنسجة (TE) والطب التجديدي (RM)2،3.
TE ينطوي على استخدام الخلايا الجذعية، السقالات، وعوامل النمو4 لتعزيز استعادة الأعضاء الملتهبة، الليفية، والأنسجة1،5،6. المواد الحيوية المستخدمة في السقالات تحاكي ECM الأصلي ، وتوفير الإشارات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لإعادة عرض الخلوية الموجهة7. الكولاجين هو واحد من البروتينات الأكثر وفرة التي تم الحصول عليها من الأدمة والأوتار والأمعاء، وتوالف8،9. وعلاوة على ذلك، يمكن الحصول على الكولاجين باعتباره البوليمر الحيوي لإنتاج السقالات ثنائي وثلاثي الأبعاد من خلال الطباعة الحيوية أو electrospinning10،11. هذه المجموعة هي أول من أبلغ عن استخدام الكولاجين من مصدر العظام لتجديد أنسجة الكبد. وتفيد دراسة أخرى عن استخدام السقالات المركبة من الكولاجين البقري، والتي تم الحصول عليها من الجلد، مع المسام متجانسة وقريبة، دون أي اتصال بينهما12.
Decellularization يحافظ على ECM الأصلي، مما يسمح لدمج لاحق من الخلايا مع الخلايا الجذعيةالمحتملة 13،14. ومع ذلك ، لا يزال هذا الإجراء في المرحلة التجريبية في الكبد والقلب والكلى والأمعاء الدقيقة والمثانة البولية من الفئران والجرذان والأرانب والخنازير والأغنام والماشية والخيول3و14. حاليا، لا يتم استبدال حجم كتلة الكبد استئصالها في أي من نماذج استئصال الكبد الحيواني. ومع ذلك، فإن استخدام دعم إضافي أو شبكة (المواد الحيوية) التي تمكن من انتشار الخلايا وتولد الأوعية يمكن أن تكون ضرورية لاستعادة سريعة من وظائف الكبد parenchymal. وهكذا، يمكن استخدام السقالات كنهج بديلة لتجديد أو إصلاح الأنسجة في أمراض الكبد المزمنة، وبالتالي، القضاء على القيود الناجمة عن التبرع والمضاعفات السريرية لزرع الكبد.
Protocol
Representative Results
Discussion
زرع الأعضاء هو الدعامة الأساسية للعلاج في المرضى الذين يعانون من تليف الكبد أو تليف الكبد. يستفيد عدد قليل من المرضى من هذا الإجراء ، مما يجعل من الضروري توفير بدائل علاجية للمرضى على قائمة الانتظار. هندسة الأنسجة هي استراتيجية واعدة توظف السقالات والخلايا ذات الإمكانات التجديدية<sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود المؤلفان أن يشكرا موظفي مرفق الحيوانات المختبري التابع لوحدة الطب التجريبي، والممرضة كارولينا بانيوس ج. على الدعم التقني والجراحي، وماركو غودينيو ز. على دعمهم في التصوير الدقيق، وإريك آبو على الدعم في علم أنسجة الكبد. دعم المجلس الوطني هذا البحث للعلوم والتكنولوجيا(كوناسيت)،رقم المنحة SALUD-2016-272579 وPAPIIT-UNAM TA200515.
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).
