RU2714327C1 - Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ - Google Patents

Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ Download PDF

Info

Publication number
RU2714327C1
RU2714327C1 RU2019131332A RU2019131332A RU2714327C1 RU 2714327 C1 RU2714327 C1 RU 2714327C1 RU 2019131332 A RU2019131332 A RU 2019131332A RU 2019131332 A RU2019131332 A RU 2019131332A RU 2714327 C1 RU2714327 C1 RU 2714327C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
decellularization
organ
sodium
biological tissue
tissue
Prior art date
Application number
RU2019131332A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Дмитриевич Паршин
Алексей Валерьевич Люндуп
Михаил Евгеньевич Крашенинников
Денис Станиславович Барановский
Георгий Владиславович Лебедев
Илья Дмитриевич Клабуков
Максим Витальевич Балясин
Анна Гасымовна Демченко
Дарья Артемовна Берсенева
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Се
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Се filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Се
Priority to RU2019131332A priority Critical patent/RU2714327C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2714327C1 publication Critical patent/RU2714327C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L33/00Antithrombogenic treatment of surgical articles, e.g. sutures, catheters, prostheses, or of articles for the manipulation or conditioning of blood; Materials for such treatment

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine; biology.
SUBSTANCE: invention refers to biology and medicine, particularly to regenerative medicine and tissue engineering, and can be used for rapid production of extracellular matrixes of organs and tissues used in reconstructive surgery for replacement and prosthetics of the involved organs and tissues. Method for decellularization of biological tissue or organ involves removing cell elements by washing biological tissue or organ with a solution containing tris(hydroxymethyl)aminomethane, sodium chloride, sodium dodecyl sulphate, sodium deoxycholate, triton X-100, and deionized water with the following content of components, wt%: tris(hydroxymethyl)aminomethane 1.7–4.1, sodium chloride 4.62–11.62, sodium dodecyl sulphate 0.08–0.16, sodium deoxycholate 0.25–0.65, triton X-100 0.65 –1.25, deionized water up to 100.
EFFECT: disclosed is a method for declerularisation of biological tissue.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области биологии и медицины, в частности, области регенеративной медицины и тканевой инженерии, и может быть использовано для экспрессного получения экстрацеллюлярных матриксов органов и тканей, применяемых в реконструктивной хирургии для замены и протезирования объема пораженных органов и тканей.The invention relates to the field of biology and medicine, in particular, the field of regenerative medicine and tissue engineering, and can be used for express production of extracellular matrixes of organs and tissues used in reconstructive surgery to replace and replace the volume of the affected organs and tissues.

Уровень техникиState of the art

Экстрацеллюлярный матрикс используется в тканевой инженерии органов и тканей в качестве клеточного носителя, для образования искусственной клеточной ниши. Экстрацеллюлярный матрикс представляет собой основу соединительной ткани и может быть получен способом децеллюляризации. Проблема получения децеллюляризированного экстарцеллюлярного матрикса связана со сложностью подбора подходящих методов и времени экспозиции, которые сохранят механические и биологические свойства матрикса, и при этом приведут к деградации донорских клеток и остатков химических детергентов, которые применяли в процессе децеллюляризации. Известные способы децеллюляризации предполагают последовательную многоэтапную обработку растворами детергентов и/или ферментов [Zhou P., et al. (2016). Decellularization and recellularization of rat livers with hepatocytes and endothelial progenitor cells. Artificial organs, 40(3), E25-E38; Mazza G., et al. (2015). Decellularized human liver as a natural 3D-scaffold for liver bioengineering and transplantation. Scientific reports, 5, 13079; Maghsoudlou P., et al. (2013). A decellularization methodology for the production of a natural acellular intestinal matrix. Journal of Visualized Experiments, (80), e50658] и различаются по длительности воздействия и концентрациям реагентов, в качестве которых используют такие растворы, как додецилсульфат натрия, Тритон Х-100, дезоксихолат натрия, гипертонический раствор NaCl с концентрацией более 0,9%. Как правило, обрабатываемую ткань в процессе децеллюляризации помещают в емкость с реагентом, при этом реагент постоянно перемешивают в течение достаточно длительного времени.The extracellular matrix is used in tissue engineering of organs and tissues as a cell carrier for the formation of an artificial cell niche. The extracellular matrix is the basis of connective tissue and can be obtained by the method of decellularization. The problem of obtaining a decellularized extracellular matrix is associated with the difficulty in selecting suitable methods and exposure times that preserve the mechanical and biological properties of the matrix, and at the same time lead to the degradation of donor cells and residues of chemical detergents used in the process of decellularization. Known methods of decellularization involve sequential multi-stage treatment with solutions of detergents and / or enzymes [Zhou P., et al. (2016). Decellularization and recellularization of rat livers with hepatocytes and endothelial progenitor cells. Artificial organs, 40 (3), E25-E38; Mazza G., et al. (2015). Decellularized human liver as a natural 3D-scaffold for liver bioengineering and transplantation. Scientific reports, 5, 13079; Maghsoudlou P., et al. (2013). A decellularization methodology for the production of a natural acellular intestinal matrix. Journal of Visualized Experiments, (80), e50658] and differ in the duration of exposure and the concentration of reagents, which are used as solutions such as sodium dodecyl sulfate, Triton X-100, sodium deoxycholate, NaCl hypertonic solution with a concentration of more than 0.9%. As a rule, the tissue being treated is placed in a container with a reagent during decellularization, while the reagent is constantly mixed for a sufficiently long time.

Известен способ децеллюляризации пищевода экспериментальных животных для создания биоинженерной конструкции [Патент на изобретение RU 2662554], заключающийся в децеллюляризации детергентами и энзимами в следующей последовательности: деионизированной водой в течение 1,5 ч, затем используют 4% раствор дезоксихолата натрия в комбинации с 0,002 М Na-EDTA в течение 70 мин, фосфатный буфер - в течение 15 мин, свиную панкреатическую ДНКазу-I 2000 ЕД/200 мл фосфатного буфера с кальцием и магнием - 70 мин, завершают децеллюляризацию промывкой от децеллюляризирующих растворов и дезинфекцией матрикса в 10% растворе хлоргексидина биглюконата в фосфатном буфере со сменой раствора и направления перфузии каждые 5 ч.A known method of decellularization of the esophagus of experimental animals to create a bioengineered design [Patent for invention RU 2662554], which consists in the decellularization of detergents and enzymes in the following sequence: deionized water for 1.5 hours, then use a 4% solution of sodium deoxycholate in combination with 0.002 M Na -EDTA for 70 minutes, phosphate buffer for 15 minutes, pork pancreatic DNase I 2000 U / 200 ml phosphate buffer with calcium and magnesium for 70 minutes, complete the decellularization by washing with decellularizing solutions and disinfection of the matrix in a 10% solution of chlorhexidine bigluconate in phosphate buffer with a change in solution and perfusion direction every 5 hours

Известен способ децеллюляризации сердца крысы [Патент на изобретение RU 2550286], который заключается в перфузии через аорту очищенной водой, фосфатно-буферным солевым раствором, детергентами и ферментами: растворами, содержащими 4% раствор дезоксихолата натрия в комбинации с 0,002М Na2-EDTA, свиную панкреатическую ДНКазу-I 2000 ЕД/200 мл фосфатного буфера с кальцием и магнием и отмывку каркаса фосфатным буфером с добавлением 1% пенициллина-стрептомицина с общей продолжительностью 28 часов.A known method for the decellularization of rat heart [Patent for invention RU 2550286], which consists in perfusion through the aorta with purified water, phosphate-buffered saline, detergents and enzymes: solutions containing 4% sodium deoxycholate solution in combination with 0.002M Na2-EDTA, pork pancreatic DNase-I 2000 IU / 200 ml of phosphate buffer with calcium and magnesium and washing the scaffold with phosphate buffer with the addition of 1% penicillin-streptomycin with a total duration of 28 hours.

Известные способы децеллюляризации обладают недостатками, заключающимися в том, что подвергаемая децеллюляризации ткань находится в течение длительного времени в реакционной зоне, в которой не исключаются серьезные структурные повреждения экстрацеллюлярного матрикса, а клеточные элементы не удаляются полностью.Known methods of decellularization have disadvantages in that the tissue to be decellularized is located for a long time in the reaction zone, in which serious structural damage to the extracellular matrix is not excluded, and the cellular elements are not completely removed.

За ближайший аналог принят «Способ получения децеллюляризированных матриксов паренхиматозных органов лабораторных животных» [Патент на изобретение RU 2653489], заключающийся в получении децеллюляризированных матриксов почек кролика или крыс с помощью метода детергентно-ферментативной децеллюляризации с использованием высокопроизводительной системы перфузии в течение 5 этапов, а именно: отмывание органов от резидуальной крови 1X PBS с гепарином в течение 1 часа; перфузию паренхимы почки кролика гипотоническим буфером состава 10 mM HEPES натриевая соль, 1 mM Mg2SO4*6H2O, 0,4% KCL в течение 5-6 часов или почки крысы 1X Tris EDTA в 0,1 М PBS без кальция и магния; перфузию паренхимы органов раствором, содержащим ионные (0,25% додецилсульфат натрия SDS, 0,25% дезоксихолат натрия (SDC)) и неионные (Triton Х-100 0,25% для почки кролика, 0,1% SDS, 0,1% SDC и 0,25% TNX для крысиной почки) детергенты в течение 24 часов; последовательную перфузию органов растворами детергентов в возрастающих концентрациях в течение 16 часов - для кроличьей почки 0,3% SDS, SD и TNX, 0,4%; 0,4% SDS, SD и TNX; для почки крысы - 0,25% SDS, SD и TNX; 0,3 SDS, SD и TNX с последующим отмыванием органов от следовых количеств детергента 1X PBS в течение 1,5 часов.The closest analogue is “The method for producing decellularized matrices of parenchymal organs of laboratory animals” [Patent for invention RU 2653489], which consists in obtaining decellularized matrices of the kidneys of rabbits or rats using the method of detergent-enzymatic decellularization using a high-performance perfusion system for 5 stages, namely : washing organs from residual blood 1X PBS with heparin for 1 hour; perfection of the rabbit kidney parenchyma with a hypotonic buffer of 10 mM HEPES sodium salt, 1 mM Mg2SO4 * 6H2O, 0.4% KCL for 5-6 hours, or rat kidney 1X Tris EDTA in 0.1 M PBS without calcium and magnesium; perfusion of organ parenchyma with a solution containing ionic (0.25% sodium dodecyl sulfate SDS, 0.25% sodium deoxycholate (SDC)) and non-ionic (Triton X-100 0.25% for rabbit kidney, 0.1% SDS, 0.1 % SDC and 0.25% TNX for rat kidney) detergents within 24 hours; sequential perfusion of organs with detergent solutions in increasing concentrations for 16 hours for the rabbit kidney 0.3% SDS, SD and TNX, 0.4%; 0.4% SDS, SD and TNX; for rat kidney - 0.25% SDS, SD and TNX; 0.3 SDS, SD and TNX followed by washing the organs from trace amounts of 1X PBS detergent for 1.5 hours.

Недостатком известного способа является длительность процесса децеллюляризации, в связи с недостаточно высокой концентрацией детергентов, что может приводить к потере микроархитектоники экстрацеллюлярного матрикса.The disadvantage of this method is the length of the process of decellularization, due to the insufficiently high concentration of detergents, which can lead to the loss of microarchitectonics extracellular matrix.

Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретения, является разработка способа ускоренной децеллюляризации различных органов и тканей, обеспечивающего при этом сохранение их целостности и ультраструктуры для последующей иммобилизации на децеллюляризированном матриксе клеток реципиента.The technical problem to which the present invention is directed is the development of a method for accelerated decellularization of various organs and tissues, while maintaining their integrity and ultrastructure for subsequent immobilization on a decellularized matrix of recipient cells.

Техническим результатом изобретения является уменьшение времени децеллюляризации органов и тканей при сохранении их целостности и ультраструктуры.The technical result of the invention is to reduce the time of decellularization of organs and tissues while maintaining their integrity and ultrastructure.

Технический результат достигается за счет разработки способа децеллюляризации биологической ткани или органа, включающего удаление клеточных элементов путем промывки биологической ткани или органа раствором, содержащим трис(гидроксиметил)аминометан, натрия хлорид, додецилсульфат натрия, дезоксихолат натрия, Тритон Х-100, и деионизированную воду при следующем содержании компонентов, масс. %:The technical result is achieved by developing a method of decellularization of a biological tissue or organ, including the removal of cellular elements by washing the biological tissue or organ with a solution containing tris (hydroxymethyl) aminomethane, sodium chloride, sodium dodecyl sulfate, sodium deoxycholate, Triton X-100, and deionized water at the following content of components, mass. %:

Трис(гидроксиметил)аминометанTris (hydroxymethyl) aminomethane 1,7-4,11.7-4.1 Натрия хлоридSodium chloride 4,62-11,624.62-11.62 Додецилсульфат натрияSodium dodecyl sulfate 0,08-0,160.08-0.16 Дезоксихолат натрияSodium deoxycholate 0,25-0,650.25-0.65 Тритон Х-100Triton X-100 0,65-1,250.65-1.25 Деионизированная водаDeionized water до 100up to 100

При этом биологическую ткань или орган выбирают из группы, состоящей из печени, кровеносного сосуда, трахеи, легкого, сердца, кишечника, желудка и желчного протока.In this case, the biological tissue or organ is selected from the group consisting of the liver, blood vessel, trachea, lung, heart, intestines, stomach, and bile duct.

Заявляемый способ децеллюляризации отличается от аналогов комбинацией, концентрацией, последовательностью и длительностью применения децеллюляризующих агентов.The inventive method of decellularization differs from analogues in combination, concentration, sequence and duration of use of decellularizing agents.

Изобретение поясняется иллюстрациями, где на Фиг. 1 представлена фотография микроскопии гистологического препарата децеллюляризированного матрикаса печени крысы породы «Вистар» (увеличение ×200, размерная шкала 50 μм); на Фиг. 2 - тканеинженерная конструкция, имплантированная кролику: (А) формирование трахеального дефекта - резекция 5 колец в трахеальной стенке кролика; (Б) тканеинженерная конструкция, имплантированная в дефект трахеи; на Фиг. 3 - ткань трахеи кролика через 6 мес. после имплантации тканеинженерной конструкции, окраска гематоксилин-эозин. Обзорное изображение тканей трахеи с двух сторон относительно разреза.The invention is illustrated by illustrations, where in FIG. 1 shows a microscopic photograph of a histological specimen of the decellularized matrix liver of the Wistar rat liver (magnification × 200, size scale 50 μm); in FIG. 2 - tissue-engineering design implanted in the rabbit: (A) formation of a tracheal defect - resection of 5 rings in the tracheal wall of the rabbit; (B) tissue engineering design implanted in a tracheal defect; in FIG. 3 - rabbit tracheal tissue after 6 months. after implantation of a tissue engineering construct, hematoxylin-eosin staining. Overview image of tracheal tissue from two sides relative to the incision.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Ткань или орган подготавливают к децеллюляризации следующим образом. Свежеполученный резекционный материал предварительно отмывают от крови перфузионным методом раствором Рингера с 0,2±0,2% гепарина либо варфарина, либо изотоническим солевым раствором с 0,2±0,2% гепарина либо варфарина либо 0,9% раствором натрия хлорида для инъекций с 0,2±0,2% гепарина либо варфарина при температуре 35±10°С со скоростью 40±20 мл/мин в течение 20±5 мин, и далее отмывают фосфатным буфером (PBS) с рН 7.2±1.5 либо изотоническим солевым раствором, либо 0,9% раствором NaCl для инъекций при температуре 35±5°С со скоростью 40±20 мл/мин в течение 10±5 мин.A tissue or organ is prepared for decellularization as follows. Freshly obtained resection material is preliminarily washed from the blood by perfusion with Ringer's solution with 0.2 ± 0.2% heparin or warfarin, or with isotonic saline with 0.2 ± 0.2% heparin or warfarin, or 0.9% sodium chloride solution for injection with 0.2 ± 0.2% heparin or warfarin at a temperature of 35 ± 10 ° С at a speed of 40 ± 20 ml / min for 20 ± 5 min, and then washed with phosphate buffer (PBS) with a pH of 7.2 ± 1.5 or with isotonic saline solution, or 0.9% NaCl solution for injection at a temperature of 35 ± 5 ° C at a rate of 40 ± 20 ml / min for 10 ± 5 minutes

Способ децеллюляризации ткани или органа в соответствии с настоящим изобретением состоит в следующем. Биологическую ткань или орган обрабатывают раствором 1,7-4,1% гидроксиметиламинометана (Tris), 4,62-11,62% натрия хлорида (NaCl), 0,08-0,16% додецилсульфата натрия (SDS), 0.25-0.65% дезоксихолата натрия (SDC), 0,65-1,25% Тритон Х-100 в деионизованной воде не менее 15 мин. Додецилсульфат натрия (SDS), деоксихолат натрия (SDC) - анионактивные поверхностно-активные вещества, применяются для солюбилизации белков клеточных мембран и лизиса клеток с последующим вымыванием клеточного материала из матрикса. Трис (англ. Tris) - буферный компонент, позволяющий удерживать рН в течение процедуры на биологическом уровне. Хлорид натрия (NaCl) - соль соляной кислоты, служит для поддержания ионной силы в течение процедуры на заданном уровне. Тритон Х-100 (англ. Triton Х-100) - неионогенное поверхностно-активное вещество, используется для связывания с клеточными мембранами и их разрушения, а также лизиса клеток с последующим вымыванием клеточного материала из матрикса. Данная комбинация агентов позволяет эффективно и быстро удалять клеточный материал, почти не затрагивая экстрацеллюлярный матрикс за счет малого времени взаимодействия и постоянно поддерживаемом рН, позволяющем белку находиться в единой ионной форме в течение всей процедуры и постоянно поддерживаемой ионной силе, за счет чего связывание детергентов и белков затрудняется. Данный способ позволяет удалить ускоренно клеточные компоненты из органа или ткани.The method of decellularization of a tissue or organ in accordance with the present invention is as follows. The biological tissue or organ is treated with a solution of 1.7-4.1% hydroxymethylaminomethane (Tris), 4.62-11.62% sodium chloride (NaCl), 0.08-0.16% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.25-0.65 % sodium deoxycholate (SDC), 0.65-1.25% Triton X-100 in deionized water for at least 15 minutes Sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium deoxycholate (SDC) are anionic surfactants used to solubilize cell membrane proteins and cell lysis, followed by leaching of cellular material from the matrix. Tris (born Tris) - a buffer component that allows you to keep the pH during the procedure at a biological level. Sodium chloride (NaCl) - a salt of hydrochloric acid, serves to maintain ionic strength during the procedure at a given level. Triton X-100 (Eng. Triton X-100) is a nonionic surfactant used for binding to cell membranes and their destruction, as well as lysis of cells, followed by leaching of cellular material from the matrix. This combination of agents allows you to efficiently and quickly remove cellular material, almost without affecting the extracellular matrix due to the short interaction time and constantly maintained pH, allowing the protein to be in a single ionic form throughout the procedure and constantly maintained ionic strength, due to which the binding of detergents and proteins difficult. This method allows you to remove accelerated cellular components from an organ or tissue.

В практике настоящего изобретения могут быть использованы дальнейшие манипуляции, улучшающие другие качества продукта кроме удаления клеточного компонента, например, перфузия фосфатным буфером (PBS) с рН 7,2±1,5 либо изотоническим солевым раствором, либо 0,9% раствором NaCl для инъекций при температуре 35±5°С со скоростью 40±20 мл/мин в течение 10±5 мин или проведение промывки раствором PBS с антибиотика-антимикотика в концентрации 10Х (Gibco, Cat No 15240062, США) при 4°С, скорости потока 40±20 мл/мин в течение 15±5 минут.In the practice of the present invention, further manipulations can be used to improve other product qualities besides removing the cellular component, for example, perfusion with phosphate buffer (PBS) with a pH of 7.2 ± 1.5 or isotonic saline, or 0.9% NaCl for injection at a temperature of 35 ± 5 ° С at a speed of 40 ± 20 ml / min for 10 ± 5 min or washing with a PBS solution from an antibiotic-antimycotic at a concentration of 10X (Gibco, Cat No. 15240062, USA) at 4 ° С, flow rate 40 ± 20 ml / min for 15 ± 5 minutes.

Ниже представлены примеры осуществления предлагаемого способа, где в качестве децеллюляризированного органа использовали печень крысы.Below are examples of the implementation of the proposed method, where the rat liver was used as a decellularized organ.

Пример 1. Проведение децеллюляризации органов и тканей.Example 1. Carrying out the decellularization of organs and tissues.

Животное (крысы породы "Вистар") усыпляли раствором ксилазина и производили вскрытие. Все растворы, использовавшиеся в работе, были простерилизованы методом фильтрования через фильтр 0,22 мкм. Орган осторожно извлекали из брюшной полости не повреждая капсулу. Децеллюляризацию проводили при помощи системы, составленной из перистальтического насоса (MasterFlex L/S, США), резервуара с раствором для перфузии, силиконовых трубок 18-26 диаметра (MasterFlex, США) и переходника с резьбой на катетер. Катетер вводили в нижнюю полую вену, после чего соединяли с перистальтическим насосом и проводили отмывку органа растворами, заполненными в резервуар системы для децеллюляризации, следующим способом.The animal (Wistar rats) was euthanized with xylazine solution and an autopsy was performed. All solutions used in the work were sterilized by filtration through a 0.22 μm filter. The organ was carefully removed from the abdominal cavity without damaging the capsule. Decellularization was performed using a system composed of a peristaltic pump (MasterFlex L / S, USA), a reservoir with perfusion solution, silicone tubes of 18-26 diameter (MasterFlex, USA) and a threaded adapter to the catheter. A catheter was inserted into the inferior vena cava, then connected to a peristaltic pump and the organ was washed with solutions filled into the reservoir of the system for decellularization, as follows.

1. Проводили перфузию печени для отмывки от остаточной крови изотоническим солевым раствором с 0,2% гепарина при температуре 35°С со скоростью 40 мл/мин в течение 20 мин.1. Perfusion of the liver was performed to wash off residual blood with isotonic saline with 0.2% heparin at a temperature of 35 ° C at a rate of 40 ml / min for 20 minutes

2. Проводили отмывку от гепарина при перфузии фосфатным буфером с рН 7.2 при температуре 35°С со скоростью 40 мл/мин в течение 10 мин.2. Washed from heparin when perfused with phosphate buffer with a pH of 7.2 at a temperature of 35 ° C at a speed of 40 ml / min for 10 minutes

3. Децеллюляризацию поводили раствором, содержащим 2.9% Трис, 8.12% натрия хлорида, 0,12% додецилсульфата натрия, 0,45% дезоксихолата натрия, 0,95% Тритон X-100 при температуре 37°С и скорости потока 40 мл/мин, в течение 15 минут.3. Decellularization was carried out with a solution containing 2.9% Tris, 8.12% sodium chloride, 0.12% sodium dodecyl sulfate, 0.45% sodium deoxycholate, 0.95% Triton X-100 at a temperature of 37 ° C and a flow rate of 40 ml / min for 15 minutes.

4. Отмывку от детергентов производили при помощи раствора фосфатного буфера при температуре 37°С, скорости потока 40 мл/мин в течение 5 минут.4. Washing from detergents was carried out using a solution of phosphate buffer at a temperature of 37 ° C, a flow rate of 40 ml / min for 5 minutes.

5. Дополнительно проводили промывку раствором PBS с антибиотиком-антимикотиком в концентрации 10Х (Gibco, Cat No 15240062, США) при 4°С, скорости потока 40 мл/мин в течение 10 минут для предотвращения бактериальной контаминации.5. Additionally, washing with a PBS solution with an antibiotic-antimycotic at a concentration of 10X (Gibco, Cat No. 15240062, USA) was carried out at 4 ° C, a flow rate of 40 ml / min for 10 minutes to prevent bacterial contamination.

Качество полученного материала в виде децеллюляризованной печени крысы оценивали подсчетом ДНК и микроскопией гистологических препаратов. При гистологическом анализе срезы были окрашены по Массону, для визуализации коллагеновых волокон. В децеллюляризированном препарате не наблюдалось морфологически сохранных клеток, ткань представлена преимущественно волокнистой структурой, образованной экстрацеллюлярным матриксом, и сосудами печени. Остаточное дцДНК составило 21.9±2.4×10-3 нг на 1 мкг образца, что свидетельствует о качественном удалении клеточного компонента с экстрацеллюлярного матрикса.The quality of the obtained material in the form of a decellularized rat liver was evaluated by DNA counting and microscopy of histological preparations. During histological analysis, sections were stained according to Masson, to visualize collagen fibers. No morphologically preserved cells were observed in the decellularized preparation; the tissue is represented mainly by the fibrous structure formed by the extracellular matrix and the vessels of the liver. The residual dsDNA was 21.9 ± 2.4 × 10 -3 ng per 1 μg of the sample, which indicates the qualitative removal of the cellular component from the extracellular matrix.

В результате проведенных исследований децеллюляризированных описанным способом органов можно сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обеспечивает достижение поставленной задачи, выражающейся в уменьшении времени децеллюляризации органов - общее время децеллюляризации составило 80±35 минут, в то время как общее время децеллюляризации в прототипе составляет 47,5 часов, повышении качества децеллюляризации органов, сохранении их целостности и ультраструктуры для последующей иммобилизации клеток реципиента.As a result of the studies of organs decellularized in the described manner, it can be concluded that the invention provides the achievement of the task, expressed in reducing the time of organ decellularization - the total time of decellularization was 80 ± 35 minutes, while the total time of decellularization in the prototype is 47, 5 hours, improving the quality of organ decellularization, maintaining their integrity and ultrastructure for subsequent immobilization of recipient cells.

Эффективность заявляемого способа проверена в серии из 7 последовательных экспериментов, достигнув при этом воспроизводимые результаты.The effectiveness of the proposed method is tested in a series of 7 consecutive experiments, while achieving reproducible results.

Ниже в таблице приведены результаты децеллюляризации тканей и органов в течение 1 часа при их обработке различными растворами. Таблица 1 демонстрирует, что настоящее изобретение позволяет получать децеллюляризированные органы и ткани при обработке растворами 1-3 в течение 1 часа, что не достигается раствором сравнения, состав которого был взят из патента RU 2653489.The table below shows the results of the decellularization of tissues and organs for 1 hour when they are treated with various solutions. Table 1 demonstrates that the present invention allows to obtain decellularized organs and tissues when treated with solutions 1-3 for 1 hour, which is not achieved by the comparison solution, the composition of which was taken from patent RU 2653489.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Предлагаемый способ применим для децеллюляризации органов и тканей с хорошим кровоснабжением вследствие высокого значения плотности распределения сосудов, протоков или интерстициальных каналов в ткани или органе (печень, почка, большой сальник, легкие), что делает возможным равномерное воздействие децеллюляризирующим раствором по объему, обеспечивая тем самым полноценную децеллюляризацию ткани или органа. Помимо целых органов, в качестве резекционного материала могут использоваться участки ткани с высокой степенью васкуляризации, например, сердечный перикард и проксимальные сегменты трахеи.The proposed method is applicable for the decellularization of organs and tissues with good blood supply due to the high density distribution of blood vessels, ducts or interstitial channels in the tissue or organ (liver, kidney, omentum, lungs), which makes it possible to uniformly effect the decellularizing solution in volume, thereby ensuring complete decellularization of the tissue or organ. In addition to whole organs, tissue sections with a high degree of vascularization, for example, cardiac pericardium and proximal tracheal segments, can be used as resection material.

Были проведены эксперименты по децеллюляризации таких органов, как печень крысы, трахея кролика, артерия крысы, в которых удалось сократить время децеллюляризации до 70 минут.Experiments were conducted on the decellularization of organs such as rat liver, rabbit trachea, rat artery, in which it was possible to reduce the time of decellularization to 70 minutes.

Также проводились эксперименты с желчным протоком человека. За счет морфологического сходства предлагаемый способ можно распространить не только на биологические ткани или органы лабораторного животного, но и биологические ткани или органы человека.Also conducted experiments with the human bile duct. Due to morphological similarities, the proposed method can be extended not only to biological tissues or organs of a laboratory animal, but also biological tissues or human organs.

Полученные с использованием предлагаемого способа децеллюляризованные органы и ткани могут использоваться в тканевой инженерии для создания аутологичных трансплантатов, для замены или протезирования пораженных органов и тканей.Obtained using the proposed method, decellularized organs and tissues can be used in tissue engineering to create autologous transplants, to replace or replace prosthetics of affected organs and tissues.

Пример 2. Использование децеллюляризированных органов в качестве компонента тканеинженерной конструкции в эксперименте на кроликах.Example 2. The use of decellularized organs as a component of tissue-engineering design in an experiment on rabbits.

Децеллюляризированные трахеи кроликов (n=3), полученные предлагаемым способом, были использованы для создания тканеинженерных конструкций трахеи и имплантированы кроликам в ортотопическую позицию. При создании тканеинженерной конструкции децеллюляризированные трахеи кроликов в стерильных условиях были заселены назальными хондроцитами, которые культивировали на матриксе в СО2-инкубаторе в течение 1 недели в полной питательной среде, состоящей из DMEM/F12 (Invitrogen, США), содержащей 10% FBS (Invitrogen, США), 0,4 мкМ инсулина, 20 нг/мл bFGF, 10 нМ дексаметазона, 100 ед/мл пенициллина и 100 мкг/мл стрептомицина (Invitrogen, США). Клетки высевали в количестве 106 кл/мл.The decellularized trachea of rabbits (n = 3) obtained by the proposed method were used to create tissue-engineering structures of the trachea and were implanted into rabbits in an orthotopic position. When creating a tissue engineering construct, decellularized trachea of rabbits under sterile conditions was populated with nasal chondrocytes, which were cultured on a matrix in a CO 2 incubator for 1 week in a complete nutrient medium consisting of DMEM / F12 (Invitrogen, USA) containing 10% FBS (Invitrogen , USA), 0.4 μM insulin, 20 ng / ml bFGF, 10 nM dexamethasone, 100 u / ml penicillin and 100 μg / ml streptomycin (Invitrogen, USA). Cells were seeded in an amount of 10 6 cells / ml.

Кроликам в условиях операционной удаляли фрагмент трахеи и в область дефекта устанавливали тканеинженерную конструкцию (Фиг. 2). За кроликами осуществляли наблюдение, а в дальнейшем выполняли гистологическое исследование аутопсийного материала (Фиг. 3).A rabbit fragment was removed from the rabbits under operating conditions and a tissue-engineering construct was installed in the defect area (Fig. 2). Rabbits were monitored, and subsequently histological examination of autopsy material was performed (Fig. 3).

Децеллюляризированный материал, полученный из трахеи кролика путем ускоренного способа обработки раствором, состоящим из (масс. %) 1,7-4,1% гидроксиметиламинометана (Tris), 4,62-11,62% натрия хлорида (NaCl), 0,08-0,16% додецилсульфата натрия (SDS), 0,25-0,65% дезоксихолата натрия (SDC), 0,65-1,25% Тритон Х-100, в деионизованной воде - был пригоден для создания тканеинженерной конструкции трахеи и выполнял после имплантации кролику биологическую функцию в течение длительного периода наблюдения (6 месяцев наблюдения).Decellularized material obtained from rabbit trachea by an accelerated method of treatment with a solution consisting of (wt.%) 1.7-4.1% hydroxymethylaminomethane (Tris), 4.62-11.62% sodium chloride (NaCl), 0.08 -0.16% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.25-0.65% sodium deoxycholate (SDC), 0.65-1.25% Triton X-100, in deionized water - was suitable for creating a tissue-engineering design of the trachea and after implantation, the rabbit performed a biological function for a long observation period (6 months of observation).

Claims (3)

1. Способ децеллюляризации биологической ткани или органа, отличающийся тем, что включает удаление клеточных элементов путем промывки биологической ткани или органа раствором, содержащим трис(гидроксиметил)аминометан, натрия хлорид, додецилсульфат натрия, дезоксихолат натрия, Тритон Х-100, и деионизированную воду при следующем содержании компонентов, мас. %:1. The method of decellularization of a biological tissue or organ, characterized in that it involves the removal of cellular elements by washing the biological tissue or organ with a solution containing tris (hydroxymethyl) aminomethane, sodium chloride, sodium dodecyl sulfate, sodium deoxycholate, Triton X-100, and deionized water at the following components, wt. %: Трис(гидроксиметил)аминометанTris (hydroxymethyl) aminomethane 1,7-4,11.7-4.1 Натрия хлоридSodium chloride 4,62-11,624.62-11.62 Додецилсульфат натрияSodium dodecyl sulfate 0,08-0,160.08-0.16 Дезоксихолат натрияSodium deoxycholate 0,25-0,650.25-0.65 Тритон Х-100Triton X-100 0,65-1,250.65-1.25 Деионизированная водаDeionized water до 100up to 100
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что биологическую ткань или орган выбирают из группы, состоящей из печени, кровеносного сосуда, трахеи, легкого, сердца, кишечника, желудка и желчного протока.2. The method according to p. 1, characterized in that the biological tissue or organ is selected from the group consisting of the liver, blood vessel, trachea, lung, heart, intestines, stomach and bile duct.
RU2019131332A 2019-10-04 2019-10-04 Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ RU2714327C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131332A RU2714327C1 (en) 2019-10-04 2019-10-04 Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131332A RU2714327C1 (en) 2019-10-04 2019-10-04 Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2714327C1 true RU2714327C1 (en) 2020-02-14

Family

ID=69625825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019131332A RU2714327C1 (en) 2019-10-04 2019-10-04 Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2714327C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802349C1 (en) * 2022-09-15 2023-08-25 Роман Николаевич Комаров Method of decellularization of a cardiovascular system homograft with supercritical carbon dioxide

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2653489C2 (en) * 2016-09-02 2018-05-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУ "ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России") Method for obtaining decellularized matrices of parenchymal organs of laboratory animals

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2653489C2 (en) * 2016-09-02 2018-05-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУ "ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России") Method for obtaining decellularized matrices of parenchymal organs of laboratory animals

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.R. Meyer et al. Decellularization reduces the immune response to aortic valve allografts in the rat / The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, 2005, vol. 130, N 2, pages 469-476. *
S.R. Meyer et al. Decellularization reduces the immune response to aortic valve allografts in the rat / The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, 2005, vol. 130, N 2, pages 469-476. T.W. Gilbert et al. Decellularization of tissues and organs / Biomaterials, 2006, 27, pages 3675-3683. О.И.Агапова. Сканирующая зондовая нанотомография для исследования 3D структуры матриксов для тканевой инженерии и регенеративной медицины / Автореферат на соиск. уч. ст. к.б.н., Москва. 2015. *
T.W. Gilbert et al. Decellularization of tissues and organs / Biomaterials, 2006, 27, pages 3675-3683. *
О.И.Агапова. Сканирующая зондовая нанотомография для исследования 3D структуры матриксов для тканевой инженерии и регенеративной медицины / Автореферат на соиск. уч. ст. к.б.н., Москва. 2015. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802349C1 (en) * 2022-09-15 2023-08-25 Роман Николаевич Комаров Method of decellularization of a cardiovascular system homograft with supercritical carbon dioxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2395698C (en) Reconstructing organs from decellularized biomaterial scaffold
US9936688B2 (en) Process for devitalizing soft-tissue engineered medical implants, and devitalized soft-tissue medical implants produced
AU2008343485B2 (en) Decellularized omentum matrix and uses thereof
Crapo et al. An overview of tissue and whole organ decellularization processes
CN106687152B (en) Human liver support
JP2019088910A (en) Decellularization and recellularization of organs and tissues
Baiguera et al. Dynamic decellularization and cross-linking of rat tracheal matrix
Nari et al. Preparation of a three-dimensional extracellular matrix by decellularization of rabbit livers
Granato et al. A novel decellularization method to produce brain scaffolds
Wang et al. A proposed model of xeno-keratoplasty using 3D printing and decellularization
RU2714327C1 (en) Method for accelerated decellularization of biological tissue or organ
Antarianto et al. Decellularization of liver cubes using multiple site syringe injection for generating native liver scaffold: Preliminary report
RU2550286C1 (en) Method of modelling bioengineered heart matrix in experiment on rat
Tardalkar et al. Novel approach toward the generation of tissue engineered heart valve by using combination of antioxidant and detergent: a potential therapy in cardiovascular tissue engineering
CN114870088B (en) Preparation method and application of Wnt signal activated bone cell acellular matrix and bone repair stent lined by Wnt signal activated bone cell acellular matrix
Kwon et al. Decellularization
JP5610268B2 (en) Method for decellularization of biological tissue with hypertonic electrolyte solution
RU2662554C2 (en) Material preparation method for establishing the bio-engineering structure of the esophagus
Gong et al. Tissue-engineered mitral valve chordae tendineae: Biomechanical and biological characterization of decellularized porcine chordae
Sembiring et al. Comparative Assessment of Various Concentration and Exposure Time of Sodium Dodecyl Sulfate as Decellularization Agents for Small-Vessels Vascular Tissue Engineering
Zhou et al. De-Epithelialization Protocol with Tapered Sodium Dodecyl Sulfate Concentrations Enhances Short-Term Chondrocyte Survival in Porcine Chimeric Tracheal Allografts
RU2821237C1 (en) Method for reconstructing small intestine defect by using allogenic decellularized biomaterial
Sokol et al. Prospects for application of bovine pericardial scaffold for cardial surgery
Sembiring et al. Comparative Assessment of Various Concentration and Exposure Time of Sodium Dodecyl Sulfate as Decellularization Agents for Small-Vessels Vascular Tissue Engineering. Open Access Maced J Med Sci. 2022 Jun 28; 10 (B): 1-9
Singh et al. Decellularization of bubaline gallbladder using 0.5% sodium dodecyl sulfate and seeding of stem cells over decellularized matrices