A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
הנדסת רקמות קרובות כולל בהרחבת חוץ גופית על מנת ליצור autografts לשחזור רקמות. במחקר זה שיטה להרחבת רקמות, התחדשות, ושחזור in vivo פותחה על מנת למזער את העיבוד של תאים וחומרים ביולוגיים מחוץ לגוף.
Conventional techniques for cell expansion and transplantation of autologous cells for tissue engineering purposes can take place in specially equipped human cell culture facilities. These methods include isolation of cells in single cell suspension and several laborious and time-consuming events before transplantation back to the patient. Previous studies suggest that the body itself could be used as a bioreactor for cell expansion and regeneration of tissue in order to minimize ex vivo manipulations of tissues and cells before transplanting to the patient. The aim of this study was to demonstrate a method for tissue harvesting, isolation of continuous epithelium, mincing of the epithelium into small pieces and incorporating them into a three-layered biomaterial. The three-layered biomaterial then served as a delivery vehicle, to allow surgical handling, exchange of nutrition across the transplant, and a controlled degradation. The biomaterial consisted of two outer layers of collagen and a core of a mechanically stable and slowly degradable polymer. The minced epithelium was incorporated into one of the collagen layers before transplantation. By mincing the epithelial tissue into small pieces, the pieces could be spread and thereby the propagation of cells was stimulated. After the initial take of the transplants, cell expansion and reorganization would take place and extracellular matrix mature to allow ingrowth of capillaries and nerves and further maturation of the extracellular matrix. The technique minimizes ex vivo manipulations and allow cell harvesting, preparation of autograft, and transplantation to the patient as a simple one-stage intervention. In the future, tissue expansion could be initiated around a 3D mold inside the body itself, according to the specific needs of the patient. Additionally, the technique could be performed in an ordinary surgical setting without the need for sophisticated cell culturing facilities.
רוב המחקרים בהנדסת רקמות על השתלה לעור בדרכי השתן ואברי המין כוללים יבולי תא אוטולוגי מרקמות בריאות הרחבת תא במתקנים-culturing תא מאובזר במיוחד 1,2.
לאחר הרחבת התא, התאים בדרך כלל מאוחסנים לשימוש מאוחר יותר כאשר החולה הוא מוכן לקבל את autograft. מקפיאי חנקן לאפשר אחסון לטווח ארוך בטמפרטורות נמוכות של -150 מעלות צלזיוס ומטה. תהליך ההקפאה חייב להיזהר ומבוקר על מנת לא לאבד את התאים. אחת הסכנות של מוות של תאים הוא התגבשות של מים תאיים במהלך תהליך ההפשרה, מה שעלול להוביל לקרע של קרום התא. תא הקפאה מתבצעת לרוב על ידי קירור איטי ומבוקר (-1 ° C לדקה), באמצעות ריכוז גבוה של תאים, בסרום שור העובר, וכן sulfoxide דימתיל. לאחר הפשרה, תאים צריכים להיות מעובד שוב על ידי הסרה בינוני מקפיא culturing על פלסטיק תרבית תאים אוביולוגי לפני ההשתלה בחזרה לחולה.
כל השלבים הנ"ל הן זמן רב, מייגע, ויקר 3. בנוסף, כל במבחנת העיבוד של תאים המיועדים להשתלה לחולה נמצא תחת הרגולציה מאוד ודורש ומוכרים מאומנים היטב אנשים ומעבדות 4. בסיכומו של דבר, כדי להשיג תהליך הייצור בטוח ואמין, הטכניקה יכול יוקם רק במספר קטן מאוד של מרכזי מתקדם מבחינה טכנית לשימוש רחב יותר בהפרעות כירורגית משותפות מוטל בספק.
על מנת להתגבר על המגבלות של culturing תא בסביבת מעבדה, הרעיון של השתלת רקמות טחון עבור הרחבת התא in vivo הוא הציג באמצעות הגוף עצמו בתור bioreactor. למטרות אלה, autografts יהיה להשתיל מועדף על תבנית 3D על פי הצורה מה שצריך לשיקום הסופי של האיבר של interest 5-7.
במקור, הרעיון של השתלת אפיתל טחון הוצגה על ידי מיק בשנת 1958 כשתיאר כיצד האפיתל צומחת מן הקצוות של פצע. הוא הוכיח כי חתיכה קטנה של עור תגדיל את שולי רווח שלה ובכך פוטנציאל שלה הרחבת התא ב -100% על ידי חיתוך הפיסה פעמים בכיוונים ניצב (איור 1) 8. התאוריה כבר נתמכה על ידי שימוש בשתלי עור בעובי חלקי מרושתים להשתלת עור 9 וב עור ריפוי פצעי מודלים 10.
איור 1:. התיאוריה מיק על פי התיאוריה של מיק, האפיתל צומחת מן הקצוות של פצע. על ידי הגדלת שטח החשופה על ידי הטכנולוגיה מתייפייף, רקמות טחונות epithelializes פצעי כתמים רבים.
המחקר הנוכחי מבוסס על היפוהתזה כי אותו עיקרון יכול להיות מיושם על הרקמה התת עורית על ידי הצבת האפיתל טחון סביב עובש. לתאי האפיתל יגייסו מ השתלות טחונות (מחדש), לכסות את אזורי הפצע (להעביר) ומתחלקים (להרחיב) על מנת לגבש neoepithelium רציפה המכסה את אזור הפצע ומפריד הגוף הזר (העובש) מהגוף הפנימי ( איור 2).
איור 2:. קריקטורה של עובש 3D עם אפיתל טחון עבור in vivo להרחבת רקמות intracorporal פי התיאוריה של מיק באמצעות רקמות טחון דגש על תבנית ולאחר מכן להשתיל את הרקמה התת עורית, ההשערה היא כי תאי אפיתל להגר מן שולי הרקמה טחון, להתארגן מחדש ולהרחיב כדי לגבש neoepithelium רציפה המכסה את אזור הפצע ומפריד הגוף הזר (עובש) מהגוף הפנימי.
למרות שמחקרי in vivo קודמים הראו תוצאות מבטיחות, שיפורים נוספים ניתן להשיג על ידי חיזוק autografts כך האפיתל מחדש יכול לעמוד טראומה מכאנית 7 טוב יותר. לעניין זה, תנאים מוקדמים חשובים עבור ביולוגי מוצלח זוהו, כגון: דיפוזיה קל של חומרים מזינים ופסולת, אפשרות לעצב באופן 3D ונינוחות של טיפול כירורגים. מסקנות נעשו כי הצרכים הללו יכול להיות נפגשו על ידי הוספת ביולוגי מרוכבים אל הרקמה טחון.
המחקר הנוכחי במטרה לפתח פיגום מורכב רקמות טחונות בפלסטיק-דחוס המכיל קולגן גרעין חיזוק של בד מתכלה. תודות לאמצעים אלה תאי קיימא עשויים להגר מ- חלקיקי הרקמות הטחונים מתרבים עם מאפיין תכונות מורפולוגיות של האפיתל המקורי (עור או urothelium). באמצעות דחיסת פלסטיק, הפיגום היה להפחיתד בגודל 1 ס"מ לכ 420 מיקרומטר כמו חלקיקים טחון היו נתונות קולגן השכבה העליונה. בד הליבה יכול להיות כל פולימר אבל צריך להיות שונים עם משטח הידרופילי כדי interlink עם שכבות קולגן הכוללים 11.
השיטה סיפק שלמות פיגום משופרת על ידי שילוב של רשת סרוגים המורכב פולי (ε-caprolactone) (PCL) בתוך שני ג'ל קולגן דחוס פלסטיק להשתמש בה כמו פיגום עבור culturing רירית שלפוחית השתן טחון או העור טחון חזירים. הבונה נשמרה בתנאי תרבית תאים עד 6 שבועות במבחנה, הוכחת היווצרות מוצלחת של urothelium מרובדת, רב שכבתי או אפיתל עור קשקש על חלק עליון של מבנה היברידי אוחד גם. הבונה הייתה קלה לטפל ניתן לצורך איחוי במקום למטרות הגדלת שלפוחית או כיסוי של פגמים בעור. כל החלקים של הפיגום רקמות ה- FDA ואת הטכניקהיוכל לשמש עבור הליכים חד-שלבי על ידי קצירת רקמות, מגונדרת, דחיסה פלסטיק, השתלה בחזרה לחולה כמו התערבות חד מבוים. ההליך יכול להתבצע להרחבת רקמות ושיקום בתנאים סטריליים בכל יחידת כירורגיה כללית.
כל פרוטוקולים החיים היו שאושרו מראש על ידי ועדת מחוז סטוקהולם על בעלי חיים וכל הליכים תאמו לתקנון שימוש בבעלי חיים, כמו גם חוקים פדרליים רלוונטיים.
1. נהלים בעלי חיים
2. רקמות טחונות הכנה
3. הכנת פלסטיק דחוס PCL / קולגן Autografts
4. קשירת Autografts
התחת = "jove_title"> 5. סִיוּם
6. במבחנה תרבות
הערה: כדי להעריך את ההתקדמות היסטולוגית של הרקמה הטחונה מבני PCL / קולגן במבחנה, קולגן / PCL / הטלאים טחונים מתורבתות 12 גם צלחות באמצעות מדיום keratinocyte.
7. אימונוהיסטוכימיה
הערה: פרוטוקול אימונוהיסטוכימיה מחולק בדרך כלל אל השלבים הבאים: (1) קיבעון פרפין והטבעה, (2) מיקרו-חתך עד 5 מיקרומטר פרוסות, מיקום בשקופיות, deparaffination, ו התייבשות, (3) הסרת המסכות אנטיגן, מכתים ואת הרכבה . לפני שמתחילים את הצעדים האחרונים בהליך אימונוהיסטוכימיה, להכין מאגרי כביסת פתרון חשיפת אנטיגן (ראה פירוט חומר נפרד). הכן את הפתרון מורכב ABC לפחות 30 דקות לפני השימוש.
מחקר זה מציג שיטה שמראה איך לייצר ביולוגי להשתלה באמצעות דחיסת פלסטיק של הקולגן ולבניית רקמות טחון.
רירית שלפוחית שתן ועור ניתן לקצור ואז טחון מכאני לחלקיקים קטנים (איור 3). על ידי דחיסת פלסטיק, חלקיקים הטחונים משולבי?...
המחקר זה מציג גישה קלה לשימוש לייצר תיקונים לדופן שלפוחית עם רקמה עצמית להשתלה ליד השולחן כירורגית. המדבקות נוצרות על ידי השילוב של סריגת פולימר מתכלה באמצע וקולגן עם ובלי רקמות טחונות ב המשטחים החיצוניים בשילוב עם דחיסת פלסטיק. דחיסת פלסטיק היא שיטה שתוארה לעיל ...
The authors have nothing to disclose.
The authors thank the Swedish Society for Medical Research, the Promobilia Foundation, the Crown Princess Lovisa Foundation, the Freemason Foundation for Children’s Welfare, the Swedish Society of Medicine, the Solstickan Foundation, Karolinska Institutet, and the Stockholm City Council for financial support.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Silicone catheter 10-French | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
DMEM 10x | Gibco | 31885-023 | Plastic compression section 4 |
24 well plates | Falcon | 08-772-1 | Plastic compression section 4 |
3',3',5-Triiodothyronine | Sigma-Aldrich | IRMM469 | In vitro culture; Section 5 |
4% PFA | Labmed Solutions | 200-001-8 | Immunocytochemistry; Section 6 |
70% ethanol | Histolab | Immunocytochemistry; Section 6 | |
ABC Elite kit: Biotin-Streptavidin detection kit | Vector | PK6102 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Absolute ethanol | Histolab | 1399.01 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Adenine | Sigma-Aldrich | A8626 | In vitro culture; Section 5 |
Atropine 25 μg/kg | Temgesic, RB Pharmaceuticals, Great Britain | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Azaperone 2 mg/kg | Stresnil, Janssen-Cilag, Pharma, Austria | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Biosafety Level 2 hood | Plastic compression; Section 4 | ||
Blocking solution: Normal serum from the same species as the secondary secondary antibody was generated in. | Vector | The blocking solution depends of the origin of first antibody | Immunocytochemistry; Section 6 |
Buprenorphine 45 μg/kg | Atropin, Mylan Inc, Canonsburg, PA | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Carprofen 3 mg/kg | Rimadyl, Orion Pharma, Sweden | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Chlorhexidine gluconate | Hibiscrub 40 mg/mL, Regent Medical, England | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Cholera toxin | Sigma-Aldrich | C8052 | In vitro culture; Section 5 |
Coplin jar: staining jar for boiling | Histolab | 6150 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Stainless mold (33 mm x 22 mm x 10 mm) custom made | Plastic compression; Section 4 | ||
DMEM | Gibco | 3188-5023 | Plastic compression section 4. Keep on ice when using it in plastic compression |
Epidermal growth factor | Sigma-Aldrich | E9644 | In vitro culture; Section 5 |
Ethilon (non-absorbable monofilament for skin sutures) | Ethicon | Surgery, Section 1 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Gibco | 10437-036 | Plastic compression section 4 |
Forceps (Adison with tooth) | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Gauze (Gazin Mullkompresse) | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Ham's F12 | Gibco | 31765-027 | Plastic compression section 4 |
Hematoxylin | Histolab | 1820 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Humidity chamber | DALAB | Immunocytochemistry; Section 6 | |
Hydrocortisone | Sigma-Aldrich | H0888 | In vitro culture; Section 5 |
Hydrogen peroxide Solution 30% | Sigma-Aldrich | H1009 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Insulin | Sigma-Aldrich | I3536 | In vitro culture; Section 5 |
Isoflurane | Isoflurane, Baxter, Deerfield, IL | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Lidocaine 5 mg/ml | Xylocaine, AstraZeneca, Sweden | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Lucose 25 mg/ml | Baxter, Deerfield, IL | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Marker pen pap pen | Sigma-Aldrich | Z377821-1EA | Immunocytochemistry; Section 6 |
Medetomidine 25 μg/kg | Domitor, Orion Pharma, Sweden | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Mincing device | Applied Tissue Technologies LLC | Minced tissue preparation, section 2 | |
Monocryl (absorbable monofilament) | Ethicon | Surgery, Section 1 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | Immunocytochemistry; Section 6 |
NaOH 1 N | Merck Millipore | 106462 | Plastic compression section 4 and cell culture |
Nylon mesh, 110 μM thick pore size 0.04 sqmm | Plastic compression; Section 4 | ||
Oculentum simplex APL: ointment for eye protection | APL | Vnr 336164 | Surgery, Section 1 |
PBS | Gibco | 14190-094 | Plastic compression section 4 |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | Plastic compression section 4 |
Phenobarbiturate 15 mg/kg | Pentobarbital, APL, Sweden | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
PCL Knitted fabric | Plastic compression; Section 4 | ||
Rat-tail collagen | First LINK, Ltd, UK | 60-30-810 | Plastic compression section 4, keep on ice |
Scalpel blade - 15 | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Shaving shears | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Stainless stell mesh, 400 μM thick pore size | Plastic compression; Section 4 | ||
Steril gloves | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Sterile gowns | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Sterile drapes | |||
Sterilium | Bode Chemie HAMBURG | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Suture Thread Ethilon | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
TE-solution (antigen unmasking solution) consist of 10 mM Tris and 1 mM EDTA, pH 9.0 | 10 mM Tris/1 mM EDTA, adjust pH to 9.0 | ||
Tiletamine hypochloride 2.5 mg/kg | Preparing the animal for surgery, Section 1 | ||
Transferrin | Sigma-Aldrich | T8158 | In vitro culture; Section 5 |
Trizma Base, H2NC | Sigma-Aldrich | T6066 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Vector VIP kit: Enzyme peroxidase substrate kit | Vector | SK4600 | Immunocytochemistry; Section 6 |
Vicryl (absorbable braded) | Ethicon | Surgery, Section 1 | |
Tris buffer pH 7.6 (washing buffer) | TE solution: Make 10x (0.5 M Tris, 1.5 M NaCl) by mixing: 60.6 g Tris (Trizma Base, H2NC(CH2OH)3, M=121.14 g/mol), add 800 ml distilled water adjust the pH till 7.6, add 87.7 g NaCl and fill to 1,000 ml with distilled water. Dilute to 1x with distilled water. | ||
X-tra solv (solvent) | DALAB | 41-5213-810 | Immunocytochemistry; Section 6. Use under fume hood |
Zolazepam hypochloride | Zoletil, Virbac, France | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Depilatory wax strips | Veet | Preparing the animal for surgery, Section 1 | |
Pentobarbital sodium | Lundbeck | Termination, Section 3 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved