Name: lung decellularization and recellularization
Uploaded: 2023-04-30T06:33:07.000Z
Duration: 8 min 45 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">Cultivos in vitro de órganos parciales o enteros se utilizan a menudo exactamente modelo tejido y órgano funcionar en distintas condiciones de prueba. Todo cultivo puede implicar la descelularización, de un órgano suprimido o eliminación de las células, con el fin de utilizar la estructura del órgano nativo. Esto es seguido por la recelularización con nuevas células. El uso de biorreactores especializados, a menudo se incorporan en el proceso de recelularización, imitar el crecimiento del tejido en el cuerpo. Este video se introduce los principios fundamentales detrás de cultivo de tejidos del órgano entero y demostrar el procedimiento en el laboratorio.</div><div class="chapter_text" id="script_1">Este proceso comienza con la cosecha de un órgano de donante. En este ejemplo mostramos un pulmón de donante de un mono. A través de un proceso llamado perfusión detergente, sistemáticamente se limpia el órgano aislado de la población nativa de la célula por una serie de lavados. Dando como resultado una matriz de órgano acelular estéril. A continuación la matriz del tejido se recellularized con tipos específicos de la célula, como una línea establecida de células madre. Las células también pueden ser donadas por la persona que está recibiendo el ingeniería del tejido. Llamado trasplante autólogo de la célula. Esto mitiga el rechazo y mejora la biocompatibilidad del órgano. Alternativamente, pueden utilizarse las células de un donante diferente. Se llama trasplante alógeno. Esto deba ser perseguido, si un número suficiente de células no puede ser cosechado del potencial destinatario. Una vez que las células se siembran en el órgano, se utilizan biorreactores de tejido para estimular la proliferación celular y crecimiento de tejido directo. Estos reactores objetivo dinámicamente el órgano de la cultura y mímico el ambiente nativo encontrado in vivo. Por ejemplo, el órgano puede conectarse a una bomba peristáltica para simular el flujo de sangre. Ahora que has aprendido sobre los principios de la cultura de órgano, echemos un vistazo a un ejemplo de procedimiento que implica la cultura de todo órgano de pulmones de donantes.</div><div class="chapter_text" id="script_2">Para comenzar al donante pulmones se colocan en una bandeja de disección y la arteria pulmonar canulados introduciendo un conector luer hembra en la cavidad abierta. Un segundo conector luer hembra, entonces se inserta en la abertura traqueal. Tamponada fosfato salino o PBS, con 30 unidades por ml de heparina y cinco microgramos por mililitro de nitroprusiato de sodio, luego se inculca para facilitar la ampliación de los vasos sanguíneos y la eliminación de aire de los pulmones. La solución es expulsada por retroceso natural y repite dos veces más antes de que capsula la cánula, para mantener la solución en los pulmones para disolver la sangre residual. Entonces ambas aurículas son lacerados y se quita la tapa de cánula traqueal luer, para facilitar el drenaje de líquido. Perfusión continua con la solución de PBS y heparina de sodio nitroprusiato, hasta tanta sangre como sea posible se retira de la vasculatura pulmonar. Para comenzar a decellurization, los pulmones son inflados e impregnados con agua desionizada. Después de cinco lavados arteriales y vasculares, los pulmones se quitan del agua y sumergidos en un detergente llamado Tritón, para eliminar las células y afectar mínimamente a la matriz de órgano. Los pulmones se inflan dos veces más con una solución de Tritón, antes de incubar durante la noche a cuatro grados centígrados. Tras la incubación, los pulmones se lavan cinco veces más, con agua desionizada. A continuación, los pulmones están sumergidos en solución de desoxicolato de sodio 2% y luego lavaron varias veces más, con solución de agua y buffer, para facilitar la descelularización y eliminación de desechos celulares. Cuando totalmente purificado el órgano se almacena en solución de PBS estéril en cuatro grados centígrados hasta su uso.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Para imitar el comportamiento natural de los pulmones puede utilizarse un biorreactor especializado, como se muestra aquí. En primer lugar, la cámara principal del reactor se llena con medio de cultivo, que ha sido equilibrado a la atmósfera de dióxido de carbono del 5%. Luego se instala el órgano. Una vez conectado se asegura la tapa y se retira todo el aire, de la tubería utilizando una jeringa. El biorreactor se traslada entonces a una incubadora de cultivo de tejidos se equilibren. A continuación, los pulmones se ventilan con aproximadamente, una respiración completa cada dos minutos. Y el medio se distribuye a través de la vasculatura a través de la bomba peristáltica, a aproximadamente 10 mililitros por minuto, para un total de 30 minutos.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Para vía aérea siembra los pulmones están inflados, con una célula suspensión que contiene la médula ósea derivados de células madre mesenquimales. A recellularize de los alvéolos, que son responsables del oxígeno y el dióxido de carbono, intercambio de gases que ocurre en los pulmones. Los pulmones se incuban entonces durante la noche, para permitir que las células a la matriz decellularized. Después de la incubación durante la noche, se reinicia la ventilación, y las células pueden crecer en la matriz del órgano durante varios días. Sembrador vascular próximo se completa con la introducción gradual de las células endoteliales mediante la bomba peristáltica, para iniciar la recelularización de pequeños vasos. Y luego cultivadas estáticamente durante varias horas, para facilitar el desarrollo de un órgano celular preciso. Medio de cultivo se distribuye otra vez, y las células son cultivadas durante una semana para promover el crecimiento y fijación bajo condiciones dinámicas. Una vez que el crecimiento de tejido histología se realiza, para confirmar la fijación y crecimiento de las células madre mesenquimales y las células endoteliales de la vasculatura y las vías respiratorias del órgano. La histología muestra la fijación de las células madre mesenquimales y las células endoteliales a los alvéolos en el andamio de matriz y pequeños vasos vasculares. La creación de la apariencia del tejido pulmonar nativa.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Ahora que han aprendido sobre la cultura del órgano entero, vamos a echar un vistazo a algunas aplicaciones prácticas de esta tecnología fuera el objetivo principal de la medicina regenerativa y reemplazo del órgano. Todo cultivo puede utilizarse también como una forma de prueba de productos farmacéuticos o dispositivos de entrega de drogas. Por ejemplo en esta tiroides del ratón embrionario de estudio fueron explantados, cultivadas y utilizadas como un modelo de órgano para observar cómo experimentales agentes farmacéuticos son transportados a través de los órganos y tejidos. Esta simulación puede conducir en última instancia a la representación más realista de cómo una droga, es transferida dentro de un órgano en vivo. Por último, cultivo de tejidos del órgano entero puede utilizarse para estudiar, el comportamiento de los tejidos en diversas condiciones. Por ejemplo, los discos intervertebrales se cosecharon de colas bovinas para estudiar los posibles mecanismos de degeneración del disco. Se utilizaron Biorreactores especialmente diseñadas para inducir la carga mecánica sobre el disco, con el fin de entender mejor cómo estas cargas afectan la degeneración.</div><div class="chapter_text" id="script_6">Sólo has visto video de Zeus sobre todo cultivo de tejidos de órganos. Ahora debe comprender cómo todo órganos, pueden ser cultivadas en vitro, y cómo se aplica esta técnica en el campo de la bioingeniería. Gracias por ver.</div>

cultivo de tejidos del órgano entero

Whole Organ Tissue Culture

Órganos enteros pueden ser cultivadas ex vivo utilizando Biorreactores especializados, con el objetivo de reparar o reemplazar órganos enteros. Este método utiliza un órgano de donante que es despojado de todas las células, dejando atrás la estructura tridimensional y entonces es repoblado con células nuevas. Este video demuestra la cultura de todo órgano de los pulmones y muestra cómo una cultura dinámica que imita el estímulo mecánico en el cuerpo es necesario para inducir propiedades de tejido propio.

Cultivo de tejidos del órgano entero

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors&#160;with the goal of repairing or replacing entire organs. This method uses a donor ...

Los cultivos in vitro de órganos parciales o completos se utilizan a menudo para modelar con precisión la función de tejidos y órganos en diversas condiciones de prueba. El cultivo de un órgano completo puede implicar la descelularización de un órgano extirpado o la extracción de células para utilizar la estructura del órgano nativo. A esto le sigue la recelularización con nuevas células. El uso de biorreactores especializados, a menudo se incorporan al proceso de recelularización, para imitar el crecimiento de los tejidos en el cuerpo. Este video presentará los principios fundamentales detrás del cultivo de tejidos de órganos enteros y demostrará el procedimiento en el laboratorio. Este proceso comienza con la extracción de un órgano de un donante. En este ejemplo, mostramos un pulmón de un donante de un mono. A través de un proceso llamado perfusión de detergente, el órgano aislado se limpia sistemáticamente de su población de células nativas mediante una serie de lavados, lo que da como resultado una matriz de órganos acelulares estériles. A continuación, la matriz de tejido se recelulariza utilizando tipos de células específicos, como una línea de células madre establecida. Las células también pueden ser donadas por la persona que recibe el tejido modificado, lo que se denomina trasplante de células autólogas. Esto mitiga el rechazo y mejora la biocompatibilidad del órgano. Alternativamente, se pueden usar células de un donante diferente, lo que se denomina trasplante alogénico. Es posible que sea necesario buscar esto si no se puede recolectar un número suficiente de células del receptor potencial. Una vez que las células se siembran en el órgano, se utilizan biorreactores de tejidos para estimular la proliferación celular y dirigir el crecimiento de los tejidos. Estos reactores tienen como objetivo cultivar dinámicamente el órgano e imitar el entorno nativo que se encuentra in vivo. Por ejemplo, el órgano se puede conectar a una bomba peristáltica para simular el flujo sanguíneo. Ahora que ha aprendido sobre los principios del cultivo de órganos, echemos un vistazo a un procedimiento de ejemplo que involucra el cultivo de órganos completos de pulmones de donantes. Para empezar, se colocan los pulmones del donante en una bandeja de disección y se canula la arteria pulmonar introduciendo un conector Luer hembra en la cavidad abierta. A continuación, se inserta un segundo conector luer hembra en la abertura traqueal. A continuación, se instila solución salina tamponada con fosfato o PBS, que contiene 30 unidades por mililitros de heparina y cinco microgramos por mililitro de nitroprusiato de sodio, para facilitar el ensanchamiento de los vasos sanguíneos y la eliminación del aire atrapado en los pulmones. La solución se expulsa por retroceso natural y se repite dos veces más antes de tapar la cánula, para mantener la solución en los pulmones y disolver la sangre residual. A continuación, se laceran ambas aurículas y se retira el capuchón de la cánula traqueal Luer para facilitar el drenaje de líquidos. La perfusión se continúa con la solución de PBS, heparina y nitroprusiato de sodio hasta que se extrae la mayor cantidad de sangre posible de la vasculatura pulmonar. Para comenzar la descelularización, los pulmones se inflan e impregnan con agua desionizada. Después de cinco lavados arteriales y vasculares, los pulmones se retiran del agua y se sumergen en un detergente llamado Tritón para eliminar las células mientras impactan mínimamente la matriz del órgano. Los pulmones se inflan dos veces más con una solución de Tritón antes de incubar durante la noche a cuatro grados centígrados. Después de la incubación, los pulmones se lavan cinco veces más con agua fresca desionizada. A continuación, los pulmones se sumergen en una solución de desoxicolato de sodio al 2% y luego se lavan varias veces más con agua y solución tampón para facilitar la descelularización y la eliminación de los desechos celulares. Cuando está completamente limpio, el órgano se almacena en una solución estéril de PBS a cuatro grados centígrados hasta su uso. Para imitar el comportamiento natural de los pulmones se puede utilizar un biorreactor especializado, como el que se muestra aquí. Primero, la cámara principal del reactor se llena con medio de cultivo que se ha equilibrado a la atmósfera de dióxido de carbono al 5%. A continuación, se instala el órgano. Una vez conectada, se asegura la tapa y se elimina todo el aire del tubo con una jeringa. A continuación, el biorreactor se traslada a una incubadora de cultivo de tejidos para equilibrarse. A continuación, los pulmones se ventilan con aproximadamente una respiración completa cada dos minutos y el medio circula a través de la vasculatura, a través de la bomba peristáltica, a aproximadamente 10 mililitros por minuto, durante un total de 30 minutos. Para la siembra de las vías respiratorias, los pulmones se inflan con una suspensión celular que contiene células madre mesenquimales derivadas de la médula ósea. Para recelularizar los alvéolos, que son responsables del intercambio gaseoso de oxígeno y dióxido de carbono que tiene lugar en los pulmones. Luego, los pulmones se incuban durante la noche para permitir que las células se adhieran a la matriz descelularizada. Después de la incubación durante la noche, se reinicia la ventilación y se permite que las células crezcan en la matriz de órganos durante varios días. A continuación, la siembra vascular se completa con la introducción gradual de células endoteliales utilizando la bomba peristáltica para iniciar la recelularización de pequeños vasos y luego se cultivan estáticamente durante varias horas para facilitar el desarrollo de un órgano celular preciso. El medio de cultivo vuelve a circular y las células se cultivan durante una semana para promover el crecimiento y la unión en condiciones dinámicas. Una vez que se completa el crecimiento del tejido, se realiza una histología para confirmar la unión y el crecimiento de las células madre mesenquimales y las células endoteliales en la vasculatura y las vías respiratorias del órgano. La histología muestra la unión de células madre mesenquimales y células endoteliales a los alvéolos dentro del andamio de la matriz y a los pequeños vasos vasculares, creando la apariencia de tejido pulmonar nativo. Ahora que ha aprendido sobre el cultivo de órganos completos, echemos un vistazo a algunas aplicaciones prácticas de esta tecnología fuera del enfoque principal de la medicina regenerativa y el reemplazo de órganos. El cultivo de órganos completos también se puede utilizar como una forma de probar agentes farmacéuticos o dispositivos de administración de medicamentos. Por ejemplo, en este estudio, se explantaron, cultivaron y utilizaron tiroides embrionarias de ratón como modelo de órgano para observar cómo se transportan los agentes farmacéuticos experimentales a través del órgano y el tejido. En última instancia, esta simulación puede conducir a una representación más realista de cómo se transfiere un fármaco dentro de un órgano in vivo. Finalmente, el cultivo de tejidos de órganos completos se puede utilizar para estudiar el comportamiento de los tejidos en diversas condiciones. Por ejemplo, se extrajeron discos intervertebrales de colas de bovino para estudiar los posibles mecanismos de la degeneración del disco. Se emplearon biorreactores especialmente diseñados para inducir cargas mecánicas en el disco con el fin de comprender mejor cómo estas cargas afectan la degeneración. Acabas de ver el vídeo de Jove sobre el cultivo de tejidos de órganos enteros. Ahora debería comprender cómo se pueden cultivar órganos enteros in vitro y cómo se aplica esta técnica en el campo de la bioingeniería. Gracias por mirar.

Education

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Engineering

Bioengineering

lung decellularization and recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells.

The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native tissue properties in the developing lung tissue.

Lung Decellularization and Recellularization

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overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

This collection covers core bioengineering concepts, which include production of biomaterials, histotypic and whole organ tissue cultures, bioprocessing techniques, and the complex system-level fields of bioMEMs and biosensing.


Learn how donor lungs are decellularized, repopulated with new cells, and grown in bioreactors that provide dynamic mechanical stimulation.

Lung Decellularization and Recellularization

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