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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Apresentamos um método de injeção celular através da tecnologia de jato de água livre de agulhas, juntamente com uma sequência de investigações pós-entrega em termos de viabilidade celular, proliferação e medidas de elasticidade.
A incontinência urinária (UI) é uma condição altamente prevalente caracterizada pela deficiência do músculo esfíncter uretral. Os ramos da medicina regenerativa, particularmente a terapia celular, são novas abordagens para melhorar e restaurar a função de esfíncter uretral. Embora a injeção de células funcionais ativas seja realizada rotineiramente em ambientes clínicos por agulha e seringa, essas abordagens têm desvantagens e limitações significativas. Neste contexto, a tecnologia de jato d'água livre de agulhas (WJ) é um método viável e inovador que pode injetar células viáveis por cistoscopia guiada visual no esfíncter uretrais. No presente estudo, utilizamos o WJ para fornecer células estromais derivadas do tecido adiposo porcina (pADSCs) em tecido uretral cadavérico e, posteriormente, investigamos o efeito da entrega de WJ no rendimento e viabilidade celular. Também avaliamos as características biomecânicas (ou seja, elasticidade) por medições de microscopia de força atômica (AFM). Mostramos que o WJ entregou pADSCs foram significativamente reduzidos em sua elasticidade celular. A viabilidade foi significativamente menor em relação aos controles, mas ainda está acima de 80%.
A incontinência urinária (UI) é uma doença generalizada com prevalência de 1,8 - 30,5% nas populações europeias1 e caracteriza-se principalmente pelo mau funcionamento do esfíncter uretral. Do ponto de vista clínico, o tratamento cirúrgico é frequentemente oferecido aos pacientes quando terapias conservadoras ou fisioterapia não conseguem abordar e aliviar os sintomas emergentes.
A terapia celular para o potencial reparo regenerativo do mau funcionamento do complexo esfíncter vem surgindo como uma abordagem vanguardista para o tratamento da patologia da interfacedo usuário 2,3. Seus principais objetivos são substituir, reparar e restaurar a funcionalidade biológica do tecido danificado. Em modelos animais para interface do usuário, o transplante de células-tronco tem mostrado resultados promissores em desfechos uroddinâmicos 2,4,5. As células-tronco surgem como candidatos celulares ideais, pois têm a capacidade de se submeter à autoconexão e diferenciação multipotente, auxiliando assim a regeneração tecidual afetada6. Apesar do próximo potencial regenerativo, o uso prático da terapia celular permanece dificultado, pois o parto minimamente invasivo das células ainda enfrenta vários desafios em relação à precisão da injeção e à cobertura do alvo. Embora a abordagem atual usada para o parto celular seja a injeção através de um sistema de seringaagulha 7, geralmente resulta em um déficit geral de células viáveis, com viabilidades relatadas tão baixas quanto 1%- 31% pós-transplante8. Além disso, a entrega de células por injeção de agulha também tem sido demonstrada para afetar a colocação, a taxa de retenção, bem como a distribuição de células transplantadas no tecido alvo 9,10,11. Uma abordagem viável e nova que supera a limitação acima mencionada é a entrega de células livres de agulhas através da tecnologia de jatos d'água.
A tecnologia waterjet (WJ) está emergindo como uma nova abordagem que permite a entrega de alta throughput de células por cistoscópio sob controle visual no esfíncter uretral12,13. O WJ permite a entrega de células em diferentes pressões (E = efeitos na barra) que variam de E5 a E8013. Na primeira fase, a solução isotônica (fase de penetração tecidual) é aplicada com alta pressão (ou seja, E60 ou E80) a fim de afrouxar a matriz extracelular em torno do tecido direcionado e abrir pequenas micro-lacunas interligadas. Na segunda fase (fase de injeção), a pressão é reduzida dentro de milissegundos (ou seja, até E10) a fim de entregar suavemente as células no tecido alvo. Após esta aplicação em fase de duas etapas, as células não são submetidas a pressão adicional contra o tecido quando ejetadas, mas estão flutuando em um fluxo de baixa pressão em uma área cavernosa cheia de líquido13. Em uma configuração modelo ex vivo onde as células-tronco foram injetadas via WJ em tecido uretra cadavérico, as células viáveis poderiam ser posteriormente aspiradas e recuperadas do tecido e expandidas in vitro13. Embora um estudo de 2020 da Weber et al. tenha demonstrado a viabilidade e aplicabilidade do WJ para fornecer cardiomiócitos sem pegada no miocárdio14, é preciso ter em mente que a tecnologia WJ ainda está em fase de protótipo.
O protocolo a seguir descreve como preparar e rotular células estromais derivadas de tecido suíno (pADSC) e como entregá-las em tecido fluido de captura e cadavérico através da tecnologia WJ e agulhas de cistoscopia williams (WN). A injeção pós-celular, a vitalidade celular e a elasticidade via microscopia de força atômica (AFM) são avaliadas. Por meio de instruções passo a passo, o protocolo oferece uma abordagem clara e concisa para adquirir dados confiáveis. A seção de discussão apresenta e descreve as principais vantagens, limitações e perspectivas futuras da técnica. A entrega de células wj, bem como as análises de pós-tradução sequela relatadas aqui estão substituindo a injeção padrão da agulha e fornecem uma estrutura de entrega de células sólidas para cicatrização regenerativa do tecido alvo. Em nossos estudos recentes, fornecemos evidências de que o WJ forneceu células com mais precisão e pelo menos viabilidade comparável quando comparadas às injeções de agulha15,16.
As amostras de tecido adiposo porcina foram obtidas do Instituto de Cirurgia Experimental da Universidade de Tuebingen. Todos os procedimentos foram aprovados pelas autoridades locais de bem-estar animal sob o número de experimento animal CU1/16.
1. Isolamento de células estromais derivadas do tecido adiposo suíno
2. Cultivo celular de células estéticas derivadas do tecido suíno
3. Rotulagem de células com calcein-AM
NOTA: As células que são injetadas em tecidos cadavéricos estão manchadas com uma mancha de célula viva permeável de membrana verde-fluorescente e um indicador de viabilidade de membrana-impermeável de membrana vermelha-fluorescente para verificar se as células extraídas são as mesmas das células injetadas e não fragmentos teciduais da uretra.
4. Prepare amostras de tecido uretral para injeções
5. Injeções de células através de uma agulha Williams em fluidos e amostras de tecido
6. Injeções de células via jato de água em fluidos e amostras de tecido
7. Avaliação biomecânica da elasticidade celular por microscopia de força atômica (AFM)
8. Análise estatística
Após a entrega de células através das duas abordagens, a viabilidade das células entregues através da WN (97,2 ± 2%, n=10, p<0,002) foi maior quando comparada às injeções por WJ utilizando as configurações E60-10 (85,9 ± 0,16%, n=12) (Figura 2). Os resultados da avaliação biomecânica mostraram que: as injeções de WN de células em fluido de captura não apresentaram diferença significativa em relação ao moduli elástico (EM; 0,992 kPa) quando comparado com os controles (1...
No presente estudo, demonstramos e apresentamos uma abordagem passo a passo para o procedimento de entrega de células WJ e empregamos uma sequência de investigações quantitativas para avaliar o efeito da entrega de WJ em características celulares: viabilidade celular e características biomecânicas (ou seja, EM). Após a injeção de WJ, 85,9% das células colhidas eram viáveis. Em termos de injeção de WN, 97,2% das células mantiveram sua viabilidade após a injeção. Assim, a abordagem do WJ preenche um requi...
Os autores J.K., M.D., T.A., A.S., W.K.A. não têm nada a revelar. Os autores W.L. e M.D.E. são funcionários da ERBE Medizintechnik Tenente Tübingen, produtora do ERBEJet2 e do protótipo WJ empregado neste estudo.
Agradecemos aos nossos coautores das publicações originais pela ajuda e apoio.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
50 mL centrifuge tube | Greiner BioOne | 227261 | |
1 mL BD Luer-LokTM Syringe | BD Plastik Inc | n.a. | |
100 µm cell sieve | Greiner BioOne | 542000 | |
15 mL centrifuge tube | Greiner BioOne | 188271 | |
75 cm2 tissue culture flask | Corning Incorporated | 353136 | |
AFM head | (CellHesion 200) JPK | JPK00518 | |
AFM processing software | Bruker | JPK00518 | |
AFM software | Bruker | JPK00518 | |
AFM system Cell Hesion 200 | Bruker | JPK00518 | |
All-In-One-Al cantilever | Budget Sensors | AIO-10 | tip A, Conatct Mode, Shape: Beam Force Constant: 0.2 N/m (0.04 - 0.7 N/m) Resonance Frequency: 15 kHz (10 - 20 kHz) Length: 500 µm (490 - 510 µm) Width: 30 µm (35 - 45 µm) Thickness: 2.7 µm (1.7 - 3.7 µm) |
Amphotericin B solution | Sigma | A2942 | 250 µg/ml |
Atomic Force Microscope (AFM) | CellHesion 200, JPK Instruments, Berlin, Germany | JPK00518 | |
BD Microlance 3 18G | BD | 304622 | |
bovine serum albumin | Gibco | A10008-01 | |
Cantilever | All-In-One-AleTl, Budget Sensors, Sofia, Bulgaria | AIO-TL-10 | tip A, k ¼ 0.2 N/m |
C-chip disposable hemocytometer | NanoEnTek | 631-1098 | |
centrifuge: Rotina 420R | Hettich Zentrifugen | ||
Collagenase, Type I, powder | Gibco | 17100-017 | |
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium - low glucose | Sigma | D5546 | |
Feather disposable scalpel (No. 10) | Feather | 02.001.30.010 | |
fetal bovine serum (FBS) | Sigma | F7524 | |
HEPES sodium salt solution (1 M) | Sigma | H3662 | |
Inverted phase contrast microscope (Integrated with AFM) | AxioObserver D1, Carl Zeiss Microscopy, Jena, Germany | L201306_03 | |
laboratory bags | Brand | 759705 | |
Leibovitz's L-15 medium without l-glutamine | Merck | F1315 | |
Leibovitz's L-15 medium without L-glutamine | (Merck KGaA, Darmstadt, Germany) | F1315 | |
L-glutamine | Lonza | BE 17-605C1 | 200 mM |
LIVE/DEADTM Viability/Cytotoxicity Kit | Invitrogen by Thermo Fisher Scientific | L3224 | Calcein AM and EthD-1 are used from this kit. |
Microscope software: Zen 2.6 | Zeiss | ||
Microscope: AxioVertA.1 | Zeiss | ||
Nelaton-Catheter female | Bicakcilar | 19512051 | |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | 10000 U/ml Penicillin 10000 µg/ml Streptomycin |
Petri dish heater associated with AFM | Bruker | T-05-0117 | |
Petri dish heater associated with AFM | JPK Instruments AG, Berlin, Germany | T-05-0117 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Gibco | 10010-015 | |
Statistical Software: SPSS Statistics 22 | IBM | ||
Sterile Petri dish - CellStar | Greiner BioOne | 664160 | |
Tissue culture dishes | TPP AG | TPP93040 | |
Tissue culture dishes | TPP Techno Plastic Products AG, Trasadingen, Switzerland | TPP93040 | |
Trypan Blue 0.4% 0.85% NaCl | Lonza | 17-942E | |
Trypsin-EDTA solution | Sigma | T3924 | |
Waterjet: ERBEJET2 device | Erbe Elektromedizin GmbH | ||
Williams Cystoscopic Injection Needle | Cook Medical | G14220 | 23G, 5.0 Fr, 35 cm |
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