抗CD31抗体预条件处理用于增强内皮细胞捕获和血管化:一种用于生物工程肺支架的新策略

Anti-CD31 antibody preconditioning for enhancement of endothelial cell capture and vascularization: a novel strategy for bioengineering lung scaffolds.

作者信息Satoshi Kamata, Arash Zargar, Daisuke Taniguchi, Yamato Suzuki, Abbie Lo, Shiyuan Bian, Ethan Chen, Samantha Ligi, Shaf Keshavjee, Yoshinori Okada, Siba Haykal, Aimy Bazylak, Thomas K Waddell, Golnaz Karoubi
PMID41507974
发布时间2026-01-08
DOI10.1186/s13036-025-00593-x

实验完整度

包含体外PCLS筛选、全肺生物反应器再细胞化、离体血液灌注和小鼠移植等多层级验证,并涉及细胞功能、基因表达和血栓形成评估。

主要模型

脱细胞小鼠肺支架 C166小鼠内皮细胞系 HUVEC人脐静脉内皮细胞 小鼠原位左肺移植模型

重点核对

涂层浓度:抗CD31抗体50 μg/mL用于全肺涂层,25 μg/mL用于HUVEC再内皮化 细胞接种量:5×10^6个C166或HUVEC通过肺动脉重力接种 灌注培养时间:生物反应器中培养3天,流速0.3 mL/min 离体血液灌注:猪全血与培养基1:1混合,灌注24小时 移植观察时间:原位移植后30分钟评估

摘要

脱细胞肺支架的再细胞化是生成生物工程肺的一种有前景的技术。然而,目前生物工程肺的临床前评估显示移植物失败,可能由于血栓形成和支气管出血。这被认为是因为屏障功能受损、血管内皮细胞覆盖不完全以及内皮细胞功能受限。因此,用功能性内皮细胞对肺支架的血管区域进行有效再细胞化是一个重要目标。在再细胞化之前对脱细胞组织进行涂层已被证明能改善血管内皮细胞覆盖和内皮细胞功能。在此,我们首次展示了用抗CD31抗体预条件处理脱细胞肺血管以增强生物工程肺中的再内皮化和血管功能。抗CD31抗体(Ab)涂层的存在导致细胞粘附、活力、增殖以及关键内皮细胞基因(包括Claudin-1(CLDN)和内皮型一氧化氮合酶(eNOS))表达增强。在抗CD31抗体涂层组中,再内皮化的支架在形态上重建了肺血管,并且内皮化血管的百分比更高。抗CD31抗体涂层组中血管内葡聚糖的比例显著更高(20.7±2.5%对比51.7±2.5%,p=0.0001),表明血管内皮渗漏减少。重要的是,抗CD31抗体涂层组中的支架在体外全血灌注时,通过整合素αIIb的染色和定量显示血小板聚集减少(17.7±3.8%对比6.7±1.5%,p=0.04);并且在体内小鼠原位左肺移植30分钟后也减少(14.7±2.5%对比抗CD31组的4.3±1.5%,p=0.004),提示血栓形成减少。总之,我们的结果将抗CD31抗体预条件处理支架视为生成血管化生物工程肺构建体的一种可行方法。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在探究用抗CD31抗体预条件处理脱细胞肺支架是否能增强内皮细胞捕获和血管再内皮化,并改善生物工程肺的血管功能及抗血栓性能。
核心机制
抗CD31抗体涂层通过靶向内皮细胞表面的CD31,增强细胞粘附、存活和增殖,上调CLDN、CD34、eNOS等内皮功能基因,促进紧密连接形成,从而改善血管屏障功能并抑制血小板聚集和血栓形成。
主要证据
PCLS和全肺实验显示抗CD31涂层显著提高内皮细胞粘附、增殖和迁移,基因表达上调;全肺再细胞化后血管覆盖率增加,FITC-葡聚糖渗漏减少,离体血液灌注和体内移植后整合素αIIb阳性区域显著降低。
研究意义
作者提出抗CD31抗体涂层是生成血管化生物工程肺的一种可行策略,有望改善移植物功能,减少移植后血栓形成。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

脱细胞肺支架制备与表征

获得保留ECM结构和生物活性的脱细胞肺支架,并验证其机械和组成特性。

采用Triton X-100、脱氧胆酸钠和DNase I等试剂对小鼠肺进行脱细胞处理,并通过DNA定量、组织学和力学测试评估脱细胞效果。

2

PCLS制备与涂层筛选

在体外3D平台上评估不同生物活性涂层对内皮细胞粘附、增殖、迁移和基因表达的影响。

制备脱细胞肺的精密切片(PCLS),分别涂覆heparin+gelatin、fibronectin、angiopoietin-1+VEGF、REDV和抗CD31抗体,随后接种C166或HUVEC,进行粘附、CCK-8增殖、Transwell迁移和qPCR基因表达检测。

3

全肺支架涂层与再细胞化

将选定的涂层应用到全肺支架,通过生物反应器实现血管再内皮化。

脱细胞肺经肺动脉注射涂层溶液(REDV、fibronectin或抗CD31抗体),然后通过重力接种C166或HUVEC,并在生物反应器中灌注培养3天。

4

再内皮化效率评估

评估涂层对血管再内皮化的效果,包括细胞覆盖率、活力、增殖和基因表达。

通过H&E染色、免疫荧光(laminin、VE-cadherin)、TUNEL凋亡检测、Ki67增殖染色和qPCR检测内皮功能基因表达。

5

血管功能评估

评估再内皮化后的血管屏障功能和完整性。

通过ZO-1免疫染色检测紧密连接,µCT成像评估血管形态,FITC-葡聚糖灌注实验检测血管渗漏。

6

离体血液灌注评估血栓形成

评估再内皮化支架在离体血液灌注下的抗血栓性能。

将再内皮化支架或脱细胞支架与猪全血在生物反应器中循环灌注24小时,检测血小板计数变化、整合素αIIb染色和血栓形成基因表达。

7

体内移植实验

验证再内皮化支架在体内短时间灌注下的通畅性和抗血栓效果。

将再内皮化左肺原位移植到小鼠,30分钟后取出,评估灌注情况、整合素αIIb染色和血栓基因表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Triton X-100----
脱氧胆酸钠----
DNase IThermo Fisher ScientificDN25-100MG
Quant-iT PicoGreen dsDNA检测试剂盒Thermo Fisher ScientificP7589
CellScale BioTester 5000CellScale--
琼脂糖Sigma-AldrichA9414
振动切片机Leica Biosystems--
明胶Sigma-AldrichES006
肝素钠盐Sigma-AldrichH4784
EDCThermo Scientific ChemicalsAAA1080706
NHSThermo Scientific Chemicals24500
UlvanElicitylULV102
REDV肽United States BiologicalF4215-98K
抗CD31抗体Abcamab222783
纤连蛋白Abcamab45688
血管生成素1Sino Biological Inc.50300-M07H-100
血管内皮生长因子CedarlaneCLY200-34
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific12430054
胎牛血清Thermo Fisher Scientific12483020
抗生素-抗真菌剂Thermo Fisher Scientific450-115-EL
内皮细胞生长培养基Lonza Bioscience--
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH3570
CCK-8试剂盒Sigma-Aldrich96992
细胞迁移检测试剂盒Abcamab235673
Masterflex L/S精密模块化驱动器Cole-Parmer--
伊红VWR71304
马森三色染色StatLabKTMTRPTEA
Verhoeff-Van Gieson染色Abcamab150667
阿尔辛蓝Abcamab150662
抗层粘连蛋白抗体Sigma-Aldrich4H8-2
抗VE-钙黏蛋白抗体BioLegendBV13
抗ZO-1抗体Abcamab216880
抗整合素αIIb抗体(小鼠)Abcamab134131
抗caspase-3抗体Thermo Fisher Scientific700182
驴抗兔IgG AlexaFluor 488Thermo Fisher ScientificA-21206
驴抗兔IgG AlexaFluor 647Thermo Fisher ScientificA21244
山羊抗大鼠IgG AlexaFluor 546Thermo Fisher ScientificA11081
山羊抗兔IgG AlexaFluor 546Thermo Fisher ScientificA10040
ProLong Gold防淬灭封片剂Thermo Fisher Scientific--
含DAPI的ProLong Gold防淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP36930
Ki67抗体Thermo Fisher ScientificMA5-14520
Vector Impress HRP试剂盒Vector LabSK-4105
Microfil MV-117造影剂Flow Tech Inc--
注射泵New Era Pump Systems IncNE-1000
FITC-葡聚糖Sigma-AldrichFD500S
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026
RNeasy微型试剂盒Qiagen74104
QuantiTect反转录试剂盒Qiagen205311
通用SYBR Green预混液Bio-Rad Laboratories1725274
NanoDrop1000分光光度计Thermo Fisher Scientific--
TissueLyserII组织研磨器Qiagen--
GraphPad Prism----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
脱细胞处理
脱细胞试剂浓度和时间(0.1% Triton X-100过夜,2%脱氧胆酸钠24h,DNase I 1h);DNA残留量标准
阅读提示:Materials and methods: Decellularization of mouse lungs
PCLS制备与涂层
涂层浓度(如抗CD31抗体50 μg/mL等);孵育时间(4°C过夜或37°C 4h);细胞接种密度(5×10^3个/片)
阅读提示:Materials and methods: Preparation and optimization of PCLS surface coatings
全肺再细胞化
涂层浓度(抗CD31抗体50或25 μg/mL);细胞总数(5×10^6);注射速率(1 mL/min);灌注流速(0.3 mL/min)和培养时间(3天)
阅读提示:Materials and methods: Whole lung scaffold coating, Re-endothelialization of mouse whole lung scaffolds
离体血液灌注
血液来源(猪血)与抗凝处理(肝素);灌注时间(24h)和流速(0.3 mL/min)
阅读提示:Materials and methods: Ex vivo whole-blood perfusion
体内移植
小鼠品系和年龄(C57BL/6J,8-12周);移植时间(30min);麻醉方法
阅读提示:Materials and methods: Orthotopic lung transplantation of bioengineered lung