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Method Article
プロトコルは、カスタマイズされた灌流バイオリアクター内のフラップ血管系を介したドデシル硫酸ナトリウム界面活性剤の灌流による血管化ブタフラップの外科的調達とその後の脱細胞化について説明しています。
大量の軟部組織の欠陥は機能障害につながり、患者の生活の質に大きな影響を与える可能性があります。外科的再建は、自家遊離皮弁移植または血管新生複合同種移植(VCA)を用いて行うことができるが、そのような方法には欠点もある。ドナー部位の罹患率や組織の利用可能性などの問題は、自家の自由皮弁移植を制限しますが、免疫抑制はVCAの重要な制限です。脱細胞化/再細胞化法を用いた再建手術における人工組織は、可能な解決策を表しています。脱細胞化組織は、基礎となる細胞外マトリックス(ECM)マイクロアーキテクチャを維持しながら、天然の細胞物質を除去する方法を使用して生成されます。これらの無細胞足場は、その後、レシピエント特異的細胞で再細胞化することができる。
このプロトコルは、ブタモデルで無細胞足場を達成するために使用される調達および脱細胞化方法を詳述している。さらに、灌流バイオリアクターの設計とセットアップの説明も提供します。フラップには、ブタ大網、テンソル筋膜ラタ、および橈骨前腕が含まれます。脱細胞化は、低濃度ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)洗剤の ex vivo 灌流とそれに続くDNase酵素処理およびカスタマイズされた灌流バイオリアクターでの過酢酸滅菌によって行われます。
成功した組織脱細胞化は、巨視的にフラップの白色不透明な外観によって特徴付けられる。無細胞フラップは、組織学的染色で核が存在しないこと、およびDNA含有量の有意な減少を示す。このプロトコルは、ECMおよび血管マイクロアーキテクチャが保存された脱細胞化軟部組織足場を生成するために効率的に使用できます。このような足場は、その後の再細胞化研究に使用することができ、再建手術における臨床翻訳の可能性を秘めています。
外傷性損傷および腫瘍除去は、大きくて複雑な軟部組織の欠陥を引き起こす可能性があります。これらの欠陥は、患者の生活の質を損ない、機能の喪失を引き起こし、永続的な障害を引き起こす可能性があります。自家組織フラップ移植などの技術が一般的に実施されてきましたが、フラップの利用可能性とドナー部位の罹患率に関する問題は大きな制限です1、2、3。血管化複合同種移植(VCA)は、筋肉、皮膚、血管系などの複合組織を単一のユニットとしてレシピエントに移す有望な代替手段です。しかし、VCAは長期的な免疫抑制を必要とし、それは薬物毒性、日和見感染、および悪性腫瘍につながります4,5,6。
組織工学的無細胞足場は、これらの制限に対する潜在的な解決策です7。非細胞組織足場は、基礎となる細胞外マトリックス(ECM)マイクロアーキテクチャを維持しながら、天然組織から細胞物質を除去する脱細胞化法を使用して得ることができる。組織工学における合成材料の使用とは対照的に、生物学的に誘導された足場の使用は、生体適合性および臨床翻訳の可能性を可能にする生体模倣ECM基質を提供する8。脱細胞化に続いて、レシピエント特異的細胞を用いた足場のその後の再細胞化は、免疫原性がほとんどまたはまったくない機能的な血管新生組織を生成することができる9,10,11。灌流脱細胞化技術を使用して無細胞組織を得るための効果的なプロトコルを開発することにより、幅広い組織タイプを操作できます。次に、この技術に基づいて構築することで、より複雑な組織への適用が可能になります。これまでに、げっ歯類12、ブタ13、ヒトモデル14の全層筋膜皮膚皮弁などの単純な血管新生組織、ならびにブタ腹直筋骨格筋15を用いて、血管化軟組織の灌流脱細胞化が研究されてきた。さらに、複雑な血管新生組織は、ブタおよびヒト耳16、17モデルおよびヒト全面移植モデル18において実証されるように灌流脱細胞化もされている。
ここでは、プロトコルは、生物学的に誘導されたECM足場を用いた血管化遊離フラップの脱細胞化を記載する。臨床的に関連する3つのフラップの脱細胞化を提示します:1)大網、2)テンソル筋膜ラタ、および3)橈骨前腕、これらはすべて再建手術で日常的に使用される主力フラップの代表であり、組織脱細胞化の文脈の中で動物実験で以前に調べられていませんでした。これらのバイオエンジニアリングフラップは、汎用性が高く、すぐに利用できるプラットフォームを提供し、大きな軟部組織の欠陥の修復と再建の分野で使用するための臨床応用の可能性を秘めています。
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動物被験者が関与するすべての手順は、大学保健ネットワーク施設動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されており、大学保健ネットワーク動物資源センターのプロトコルと手順、およびカナダ動物管理ガイドライン評議会に従って実施されています。5頭のヨークシャーブタ(35〜50kg、生後約12週齢)をすべての実験に使用した。
1. 灌流バイオリアクターの作製
図1:灌流バイオリアクターの作製。 灌流バイオリアクターは、(A)プラスチックポリプロピレン組織チャンバー(B)で構成され、気密および水密蓋を備えた灌流チューブを収容するために開けられた側面穴があります。(C)活栓はチューブに取り付けられており、洗剤リザーバーから廃棄物に脱細胞化剤をシングルパス方式で運ぶ灌流チューブを取り付けることができます。(D)互換性のあるポンプカセットを使用して、3ストップチューブを蠕動ポンプに接続します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
2.脱細胞化溶液の調製
3. ブタフラップの調達
注: これはターミナルプロシージャです。1頭の豚を使用して3つのフラップすべてを調達しました。すべてのフラップを調達した後、動物を人道的に安楽死させます。
図2:3つのブタ血管化フラップの調達 。 (A)大網。右(i)および左(ii)の胃上過球動脈は、大網皮弁(iii)でカニューレ挿入されている。(B)テンソル筋膜ラタ。フラップの茎(iv)は、外側大腿回旋動脈(v)の上行枝です。(C)橈骨前腕フラップ。橈骨前腕フラップ(vi)の調達は、橈骨動脈と大静脈コミタント(vii)を血管茎として基づいています(注:ドレープはデモンストレーションの目的で省略されました)。スケールバー:3 cm。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
4. 脱細胞化システムのセットアップ
図3:組み立てられた灌流脱細胞化システム 。 (a)灌流脱細胞化システムの概略図。流入チューブは、圧力センサーの監視により、洗剤リザーバーからティッシュチャンバーに灌流液をシングルパス方式で運びます。流出チューブは、組織チャンバーから廃棄物容器に灌流液を積極的に除去します。黒い矢印は灌流の方向を示します。蠕動ポンプは、流入を制御するために左側のポンプで使用されます。流出は、それぞれのチューブを通る第2の蠕動ポンプを使用して積極的に除去される。BioRender.com で作成された図。(B)流入蠕動ポンプ(i)を組織室(ii)に接続し、次に流出蠕動ポンプ(iii)を接続してベンチトップに組み立てた灌流脱細胞化システムの写真。流入灌流液圧力は、組織チャンバーに入る前にインライン圧力センサー(iv)で監視されます。ここでは、3つのフラップが並行して脱細胞化されています。洗剤と廃棄物の貯留層はどちらもベンチトップの下にあり、写真には写っていません。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
5.ブタフラップの脱細胞化
表1:灌流-脱細胞化プロトコルパラメータの要約。この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
6. 脱細胞化の評価
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血管化されたブタフラップを脱細胞化するためのこのプロトコルは、カスタマイズされた灌流バイオリアクター内のフラップ血管系を介したイオンベースの洗剤SDSの灌流に依存しています。脱細胞化に先立ち,ブタ模型の3つの血管化フラップを調達し,主供給容器に従ってカニューレ挿入した。フラップは、特許、灌流可能な血管系を維持するために、調達後すぐにフラッシュされ、脱細胞化?...
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提案されたプロトコルは、低濃度SDSの灌流を使用して、ブタ由来のフラップの範囲を脱細胞化します。この手順により、低濃度SDSを支持するプロトコルを使用して、無細胞大網、テンソル筋膜ラタ、および橈骨前腕フラップを正常に脱細胞化できます。予備的な最適化実験により、2日から5日の間の低濃度(0.05%)のSDSは、組織学的手法で分析した場合、大網、大動脈筋膜、および橈骨前腕皮弁?...
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著者は開示する利益相反を持っていません。
何一つ
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 µm pore Acrodisk Filter | VWR | CA28143-310 | |
0.9 % Sodium Chloride Solution (Normal Saline) | Baxter | JF7123 | |
20 L Polypropylene Carboy | Cole-Parmer | RK-62507-20 | |
3-0 Sofsilk Nonabsorbable Surgical Tie | Covidien | LS639 | |
3-way Stopcock | Cole-Parmer | UZ-30600-04 | |
Adson Forceps | Fine Science Tools | 11027-12 | |
Antibiotic-Antimycotic Solution, 100X | Wisent | 450-115-EL | |
Atropine Sulphate 15 mg/30ml | Rafter 8 Products | 238481 | |
BD Angiocath 20-Gauge | VWR | BD381134 | |
BD Angiocath 22-Gauge | VWR | BD381123 | |
BD Angiocath 24-Gauge | VWR | BD381112 | |
Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | C4901 | DNAse Co-factor |
DNase I from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | DN25 | |
DNA assay (Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit) | Invitrogen | P7589 | |
DPBS, 10X | Wisent | 311-415-CL | without Ca++/Mg++ |
Halsted-Mosquito Hemostat | Fine Science Tools | 13008-12 | |
Heparin, 1000 I.U./mL | Leo Pharma A/S | 453811 | |
Ketamine Hydrochloride 5000 mg/50 ml | Bimeda-MTC Animal Health Inc. | 612316 | |
Ismatec Pump Tygon 3-Stop Tubing | Cole-Parmer | RK-96450-40 | Internal Diameter: 1.85 mm |
Ismatec REGLO 4-Channel Pump | Cole-Parmer | 78001-78 | |
Ismatec Tubing Cassettes | Cole-Parmer | RK-78016-98 | |
Isoflurane 99.9%, 250 ml | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | 2231929 | |
LB Agar Lennox | Bioshop Canada | LBL406.500 | Sterility testing agar plates |
Magnesium Sulfate | Sigma-Aldrich | M7506 | DNAse Co-factor |
Masterflex L/S 16 Tubing | Cole-Parmer | RK-96410-16 | |
Midazolam 50 mg/10 ml | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | 2242905 | |
Monopolar Cautery Pencil | Valleylab | E2100 | |
Normal Buffered Formalin, 10% | Sigma-Aldrich | HT501128 | |
N°11 scalpel blade | Swann Morton | 303 | |
Papain from papaya latex | Sigma-Aldrich | P3125 | |
Peracetic Acid | Sigma-Aldrich | 269336 | |
Plastic Barbed Connector for 1/4" to 1/8" Tube ID | McMaster-Carr | 5117K61 | |
Plastic Barbed Tube 90° Elbow Connectors | McMaster-Carr | 5117K76 | |
Plastic Quick-Turn Tube Plugs | McMaster-Carr | 51525K143 | Male Luer |
Plastic Quick-Turn Tube Sockets | McMaster-Carr | 51525K293 | Female Luer |
Punch Biopsy Tool | Integra Miltex | 3332 | |
Potassium Chloride 40 mEq/20 ml | Hospira Healthcare Corporation | 37869 | |
Povidone-Iodine, 10% | Rougier | 833133 | |
Serological Pipet, 2mL | Fisher Science | 13-678-27D | |
Snap Lid Airtight Containers | SnapLock | 142-3941-4 | |
Sodium Dodecyl Sulfate Powder | Sigma-Aldrich | L4509 | |
Surgical Metal Ligation Clips, Small | Teleflex | 001200 | |
Stevens Tenotomy Scissors, 115 mm, straight | B. Braun | BC004R | |
TruWave Pressure Monitoring Set | Edwards Lifesciences | PX260 |
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