Whole-organ bioreactor with integrated nondestructive 3D molecular imaging

具有集成无损 3D 分子成像的全器官生物反应器

基本信息

  • 批准号:
    9977285
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 90.69万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-11 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Significance: Donor tissue shortage remains a critical problem in lung transplantation. Recent advances in tissue engineering have allowed for the possibility of generating bioengineered lungs from decellularized organ scaffolds. These scaffolds, created from the donor’s tissue, become functionalized after recellularization with a patient’s own cells. However, translation of whole-lung decell/recell technology to the clinic has been hampered by the lack of sophisticated tissue growth technologies (e.g. bioreactors) that are capable of providing precise feedback and control of the microenvironment within the scaffold. Innovation: One specific feature that all bioreactors currently lack is a way to noninvasively image the developing organs within them, or quantitatively assess the seeding and growth of cells over time. Currently, these parameters can only be evaluated destructively by histology or by rudimentary input/output assays that have no spatial sensitivity. Therefore, we propose a novel bioreactor that will provide a new layer of information and feedback to the user based on 3D contrast-enhanced ultrasound/photoacoustic (USPA) image data. USPA is a new functional imaging modality that utilizes a light source to generate ultrasonic waves throughout a tissue volume. This approach can provide noninvasive high-resolution images of cellular distribution and cellular metabolism in 3D. Team: SonoVol, Inc., a company specializing in 3D robotic ultrasound imaging, will partner with a team of tissue engineer (UMN), photoacoustics (Johns Hopkins), and medical image analysis (Kitware) experts to build a specialized bioreactor with integrated noninvasive molecular imaging feedback. Hypothesis: The USPA enabled bioreactor will improve whole-organ engineering research by providing real time quantitative feedback on cellular distribution and metabolism. This will accelerate the experimental feedback loop as compared to conventional histology, as well as reduce costs. Approach: During Phase I we will demonstrate feasibility within a mouse lung. During Phase II we will scale the system up for use in translational-sized porcine organs, and perform the commercial R&D necessary to deliver our first calibrated and validated systems to customers. Impact: This technology will be the first commercially available bioreactor of its kind, specifically designed for noninvasive molecular imaging and nondestructive assessment of the 3D organ constructs. Initially its commercial impact will be primarily focused at academic research institutions, however as lung bioengineering technologies mature, the technology could eventually serve a critical role in biotech after bioengineered lungs are approved for clinical use.
抽象的 意义:供体组织短缺仍然是肺透明度的关键问题 组织工程的进步允许产生生物元素 脱细胞器官的肺部。 但是,用患者自身的细胞重新定性后将其功能化 由于缺乏精致的 组织生长技术(例如生物反应器)能够提供精确的反馈和 控制脚手架中的微环境。 目前缺乏生物反应器是一种无创图像带有其发展的器官的一种方式,或者 定量评估作为细胞的种子和生长,这些参数可以 仅通过组织学或基本的INUT/输出分析对其进行破坏性评估 因此,空间敏感性。 基于3D对比增强超声/光声向用户的信息和反馈 (USPA)图像数据是一种新的功能成像模式,它利用光源到达。 在整个组织中产生超声波。 3D团队中的Celular分布和细胞代谢的高分辨率图像。 一家专门从事3D机器人超声成像的公司将与一组纸巾合作 工程师(UMN),Photosoustics(Johns Hopkins)和医学图像分析(套件)专家 建立具有积分非侵入性分子成像反馈的专业生物反应器。 假设:启用USPA的生物反应器将改善由 提供有关细胞分布和代谢的实时定量反馈 与常规组织学相比,加速实验反馈回路 降低成本。 在第二阶段,我们将扩展系统以用于翻译大小的猪器官,以及 执行必要的商业研发,以将我们的第一个储藏系统传递给 客户。 专门设计用于非侵入性分子成像和无损评估 3D器官构建 研究机构,但是随着肺部工程技术的成熟,该技术 在批准生物发动机肺肺后,最终可以在生物技术中发挥关键作用 临床用途。

项目成果

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