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Method Article
O protocolo descrito neste manuscrito explica as etapas para a fabricação de uma matriz extracelular solúvel (MEC) a partir do pâncreas humano. O pó de ECM solubilizado obtido através deste protocolo pode ser usado para a recapitulação do microambiente das ilhotas pancreáticas in vitro e, potencialmente, in vivo.
O transplante de ilhotas (ITx) tem o potencial de se tornar o padrão de tratamento na medicina de reposição de células beta, mas seus resultados permanecem inferiores aos obtidos com o transplante de pâncreas inteiro. Os protocolos atualmente utilizados para o isolamento das ilhotas humanas estão sob escrutínio porque se baseiam na digestão enzimática do órgão, por meio da qual o pâncreas é demolido, suas conexões com o corpo são perdidas e as ilhotas são irreversivelmente danificadas. O dano das ilhotas é caracterizado por fatores críticos, como a destruição da matriz extracelular (MEC), que representa a estrutura 3D do nicho das ilhotas e cuja perda é incompatível com a eufisiologia das ilhotas. Os pesquisadores estão propondo o uso de andaimes baseados em ECM derivados do pâncreas de mamíferos para resolver esse problema e, finalmente, melhorar a viabilidade, função e vida útil das ilhotas. Os métodos atualmente disponíveis para obter esses andaimes são agressivos porque são em grande parte à base de detergente. Assim, propomos um novo método sem detergente que cria menos danos à ECM e pode preservar componentes críticos da ECM pancreática. Os resultados mostram que o protocolo de descelularização recém-desenvolvido permitiu a obtenção da depuração completa do DNA enquanto os componentes da ECM foram retidos. A MEC obtida foi testada quanto à citotoxicidade e encapsulada com ilhotas pancreáticas humanas que apresentaram comportamento celular positivo com secreção de insulina quando estimuladas com desafio de glicose. Coletivamente, propomos um novo método para a descelularização do pâncreas humano sem o uso de detergentes químicos iônicos e não iônicos convencionais. Este protocolo e o ECM obtido com ele podem ser úteis para aplicações in vitro e in vivo.
O isolamento das ilhotas pancreáticas é um processo meticuloso realizado através da digestão enzimática das conexões entre as ilhotas e sua estrutura de suporte extracelular circundante. Essa destruição da matriz extracelular (MEC) é um dos fatores críticos na caracterização dos danos das ilhotas que ocorrem durante os processos de isolamento 1,2,3,4. A MEC peri-ilhota é um componente acelular essencial do pâncreas endócrino. É composto por proteínas e polissacarídeos, que interagem e se reticulam para formar uma rede tridimensional que sustenta estrutural e bioquimicamente a homeostase fisiológica, e auxilia na recriação desse microambiente in vitro 2,5,6. A perda de processos fundamentais de sinalização entre ilhotas e ECM é reconhecida como um dos fatores contribuintes, o que limita a sobrevivência das ilhotas in vitro e in vivo 2,7,8,9,10.
A ECM derivada de animais e humanos tem sido amplamente utilizada para a recapitulação do microambiente das ilhotas pancreáticas 11,12,13,14,15,16,17,18,19. Uma vez que a capacidade da ECM de aumentar a fixação, proliferação e manutenção da cultura de células de ilhotas de rato foi relatada pela primeira vez na ref.20, muitos outros estudos forneceram fortes evidências de que a restauração da interação da ECM nativa com ilhotas humanas melhora a função das ilhotas21,22. Por exemplo, dados recentes mostraram que ilhotas encapsuladas com ECM melhoraram significativamente o controle glicêmico em camundongos diabéticos, aumentando e facilitando a entrega de insulina em uma nova plataforma de administração de insulina baseada em células23. Além disso, estudos demonstraram que a incorporação de componentes críticos da MEC pancreática pode melhorar significativamente a função endócrina das células β24 , 25 , 26 , 27 .
Os protocolos de fabricação de ECM presentes na literatura são baseados na aplicação de detergentes químicos, por exemplo, Triton X-100 ou dodecil sulfato de sódio (SDS). Apesar de proporcionar excelente depuração de DNA, os produtos químicos utilizados nos processos de descelularização são citotóxicos, caros e os resíduos no tecido descelularizado trazem preocupações em vista da potencial aplicação clínica.
Com base nessas observações, os objetivos deste estudo foram três: primeiro, desenvolver um método de descelularização para o pâncreas humano com uso mínimo de detergentes químicos iônicos ou não iônicos; Em segundo lugar, para produzir um andaime ECM solúvel para cultura de tecidos; Terceiro, caracterizar a MEC pancreática para avaliar sua citotoxicidade e impacto na função das células das ilhotas. A caracterização é necessária para todas as aplicações baseadas em cultura de células, pois demonstra que a ECM pancreática solubilizada pode ser benéfica na recapitulação do microambiente pancreático para ilhotas isoladas. Aqui está descrito um método eficaz de descelularização sem detergente para o pâncreas humano, caracterização da ECM e o efeito da ECM na viabilidade e função de ilhotas pancreáticas humanas isoladas encapsuladas.
Este estudo de pesquisa foi aprovado pelo comitê de pesquisa humana do Wake Forest Baptist Medical Center. O pâncreas humano foi obtido eticamente de doadores de órgãos por meio do Carolina Donor Services. Os doadores de órgãos foram rastreados para doenças infecciosas relevantes para humanos, de acordo com os regulamentos da UNOS. Os órgãos foram recebidos em solução de preservação estéril, onde foram mantidos até o uso. Após a entrega ao laboratório, todos os órgãos foram inspecionados e amostras do pâncreas nativo foram coletadas para fins histológicos. Os órgãos foram então congelados e armazenados em condições estéreis a -20 °C até uso posterior.
1. Preparação cirúrgica do pâncreas humano
NOTA: Os pâncreas congelados foram descongelados durante a noite a 4 °C.
2. Descelularização do tecido pancreático
NOTA: Este protocolo foi utilizado com pâncreas com peso médio de 100 g; portanto, não é recomendado exceder esse peso ao usar esta técnica de descelularização.
3. Produção de pó de ECM pancreático – liofilização e criomoagem
4. Solubilização da ECM pancreática
NOTA: Neste ponto, a partir de um pâncreas de tamanho médio (100 g), o rendimento do pó pancreático descelularizado é de 1–2 g.
5. Produção de pó de ECM pancreático – liofilização e armazenamento
6. Caracterização da ECM pancreática com coloração histológica
7. Caracterização do pó solúvel da ECM
8. Encapsulamento de ilhotas humanas com a ECM e cultura
NOTA: As ilhotas pancreáticas humanas foram obtidas comercialmente (ver Tabela de Materiais).
9. Liberação de insulina estimulada por glicose (GSIS) e medição de DNA
NOTA: No dia 8, pós-encapsulamento, ilhotas pancreáticas humanas foram coletadas e incubadas com tampão de Kreb, contendo concentrações de glicose baixas (2,8 mM) e altas (16,8 mM), seguidas de solução de despolarização de KCl (25 mM). O desafio glicêmico foi realizado com modificação de um protocolo descrito anteriormente32.
10. Análise estatística
NOTA: As comparações de grupos referem-se ao mesmo lote de ilhotas humanas com n = 3 avaliações independentes realizadas para cada ensaio descrito neste manuscrito. Os valores são expressos como Média ± DP.
Amostras pancreáticas nativas e acelulares foram processadas para coloração histológica com H&E, MT e AB. A coloração H&E mostrou ausência completa de material nuclear e células, confirmando o sucesso da descelularização. As colorações MT e AB mostraram o arcabouço da MEC, destacando qualitativamente os componentes colágeno e estromal, respectivamente (Figura 1).
Este método permitiu a geração consistente de um p?...
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protocolo de descelularização mais suave e sem detergente para produzir ECM pancreática. Foi dada atenção à preservação dos componentes da ECM do parênquima pancreático e à prevenção de uma exposição prolongada do tecido a detergentes químicos iônicos ou não iônicos convencionais durante o processo de descelularização.
O aspecto mais inovador do método de descelularização desenvolvido é evit...
Não há interesses financeiros concorrentes a serem declarados por nenhum dos coautores.
Este projeto recebeu financiamento do Programa de Pesquisa e Inovação Horizonte 2020 da União Europeia sob o acordo de subvenção nº 646272. As ilhotas pancreáticas humanas foram obtidas dos Laboratórios Prodo, Aliso Viejo, CA 92656.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Corning 1L Easy Grip Polystyrene Storage Bottles with 45mm Caps | ThermoFisher | 430518 | Container use for decellularization |
Cryogenic Mill | SPEX Certiprep | 6870-230 | |
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas | Sigma Aldrich | DN25 | |
Distilled Water | ThermoFisher | 15230147 | |
Falcon 50mL Conical Centrifuge Tubes | Corning | 352070 | |
Human Pancreas | na | na | |
Insulin-Elisa | Mercodia | 10-1113-01 | |
Magnesium Chloride, 1M, Sterile | Bio-World | 41320004-1 | |
Pepsin from porcine gastric mucosa | Sigma Aldrich | P7012-5G | |
Placenta Basin w/o Lid, Sterile | DeRoyal | 32-881 | |
Polypre chromatography tubes | Bio-rad | 731-1500 | Polypropylene columns |
Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit | Invitrogen | P7589 | DNA Kit |
SamplePrep Large-Capacity Freezer/Mill Accessory | SPEX | 6801 | Large Grinding Vial Set |
Sephadex G-10 beads | Cytiva | 17001001 | Gel Filtration Resin |
Surgical kit | na | na | |
UltraPur 0.5M EDTA, pH 8.0 | ThermoFisher | 15575020 | |
UltraPur 1 M Tris-HCI Buffer, pH 7.5 | ThermoFisher | 15567027 | |
UltraPure DNase/RNase-Free Distilled Water | ThermoFisher | 10977023 |
An erratum was issued for: Detergent-Free Decellularization of the Human Pancreas for Soluble Extracellular Matrix (ECM) Production. The author list was updated.
The author list was updated from:
Riccardo Tamburrini1,2,3, Deborah Chaimov1,3, Amish Asthana1,3, Kevin Enck3, Sean M. Muir4, Justine Mariam Aziz5, Sandrine Lablanche6, Emily Tubbs6, Alice A. Tomei7,8, Mark Van Dyke9, Shay Soker3, Emmanuel C. Opara3, Giuseppe Orlando1,3
1Department of Surgery, Wake Forest Baptist Medical Center,
2Department of General Surgery, PhD Program in Experimental Medicine, University of Pavia,
3Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, Wake Forest School of Medicine,
4Wake Forest University College of Arts and Science,
5Wake Forest University School of Medicine,
6Laboratory of Fundamental and Applied Bioenergetics (LBFA), and Environmental and System Biology (BEeSy), Grenoble Alps University,
7Department of Biomedical Engineering, University of Miami,
8Diabetes Research Institute, University of Miami Miller School of Medicine,
9Department of Biomedical Engineering and Mechanics, School of Biomedical Engineering and Sciences, Virginia Polytechnic Institute and State University
to:
Riccardo Tamburrini1,2,3, Deborah Chaimov1,3, Amish Asthana1,3, Carlo Gazia3,4, Kevin Enck3, Sean M. Muir5, Justine Mariam Aziz6, Sandrine Lablanche7, Emily Tubbs7, Alice A. Tomei8,9, Mark Van Dyke10, Shay Soker3, Emmanuel C. Opara3, Giuseppe Orlando1,3
1Department of Surgery, Wake Forest Baptist Medical Center,
2Department of General Surgery, PhD Program in Experimental Medicine, University of Pavia,
3Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, Wake Forest School of Medicine,
4Department of Surgery, Tor Vergata University of Rome
5Wake Forest University College of Arts and Science,
6Wake Forest University School of Medicine,
7Laboratory of Fundamental and Applied Bioenergetics (LBFA), and Environmental and System Biology (BEeSy), Grenoble Alps University,
8Department of Biomedical Engineering, University of Miami,
9Diabetes Research Institute, University of Miami Miller School of Medicine,
10Department of Biomedical Engineering and Mechanics, School of Biomedical Engineering and Sciences, Virginia Polytechnic Institute and State University
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