A critical donor organ shortage currently limits the treatment of patients with severe liver failure. Building on earlier work with decellularized hearts, Basak Uygun et al. have developed a transplantable liver graft using a decellularized liver matrix. This approach preserves the structural and functional characteristics of the native microvascular network, supports efficient recellularization and, when transplanted into rats, allows the viability and metabolic function of hepatocytes to be maintained. Orthotopic liver transplantation is the only available treatment for severe liver failure, but it is currently limited by organ shortage. One technical challenge that has thus far limited the development of a tissue-engineered liver graft is oxygen and nutrient transport. Here we demonstrate a novel approach to generate transplantable liver grafts using decellularized liver matrix. The decellularization process preserves the structural and functional characteristics of the native microvascular network, allowing efficient recellularization of the liver matrix with adult hepatocytes and subsequent perfusion for in vitro culture. The recellularized graft supports liver-specific function including albumin secretion, urea synthesis and cytochrome P450 expression at comparable levels to normal liver in vitro. The recellularized liver grafts can be transplanted into rats, supporting hepatocyte survival and function with minimal ischemic damage. These results provide a proof of principle for the generation of a transplantable liver graft as a potential treatment for liver disease.

Current methods of storing explanted donor livers at 4 °C in University of Wisconsin (UW) solution result in loss of graft function and ultimately lead to less-than-ideal outcomes post transplantation. Our lab has previously shown that supplementing UW solution with 35-kilodalton polyethylene glycol (PEG) has membrane stabilizing effects for cold stored primary rat hepatocytes in suspension. Expanding on past studies, we here investigate if PEG has the same beneficial effects in an adherent primary rat hepatocyte cold storage model. In addition, we investigated the extent of cold-induced apoptosis through treating cold-stored hepatocytes with pan caspase inhibitor emricasan. In parallel to storage at the current cold storage standard of 4 °C, we investigated the effects of lowering the storage temperature to -4 °C, at which the storage solution remains ice-free due to the supercooling phenomenon. We show the addition of 5 % PEG to the storage medium significantly reduced the release of lactate dehydrogenase (LDH) in plated rat hepatocytes and a combinatorial treatment with emricasan maintains hepatocyte viability and morphology following recovery from cold storage. These results show that cold-stored hepatocytes undergo multiple mechanisms of cold-induced injury and that PEG and emricasan treatment in combination with supercooling may improve cell and organ preservation.

Vascularized composite allotransplantations are complex procedures with substantial functional impact on patients. Extended preservation of VCAs is of major importance in advancing this field. It would result in improved donor-recipient matching as well as the potential for ex vivo manipulation with gene and cell therapies. Moreover, it would make logistically feasible immune tolerance induction protocols through mixed chimerism. Supercooling techniques have shown promising results in multi-day liver preservation. It consists of reaching sub-zero temperatures while preventing ice formation within the graft by using various cryoprotective agents. By drastically decreasing the cell metabolism and need for oxygen and nutrients, supercooling allows extended preservation and recovery with lower ischemia-reperfusion injuries. This study is the first to demonstrate the supercooling of a large animal model of VCA. Porcine hindlimbs underwent 48 h of preservation at - 5 °C followed by recovery and normothermic machine perfusion assessment, with no issues in ice formation and favorable levels of injury markers. Our findings provide valuable preliminary results, suggesting a promising future for extended VCA preservation.

Abstract The current liver organ shortage has pushed the field of liver transplantation to develop new methods to prolong the preservation time of livers from the current clinical standard of static cold storage. Our approach, termed partial freezing, aims to induce a thermodynamically stable frozen state at deeper storage temperatures (−10°C to −15°C) than can be achieved with supercooling, while simultaneously maintaining a sufficient unfrozen fraction to limit dehydration and ice damage. This research first demonstrated that partially frozen glycerol treated rat livers were functionally similar after thawing from either −10 or −15°C with respect to subnormothermic machine perfusion metrics and histology. Next, we assessed the effect of adding either of two ice modulators, antifreeze glycoprotein (AFGP) and a polyvinyl alcohol/polyglycerol combination (X/Z-1000), on the viability and structural integrity of partially frozen rat livers compared to glycerol-only control livers. Results showed that AFGP livers had high levels of ATP and the least edema but suffered from significant endothelial cell damage. X/Z-1000 livers had the highest levels of ATP and energy charge (EC) but also demonstrated endothelial damage and post-thaw edema. Glycerol-only control livers exhibited the least DNA damage on Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) staining but also had the lowest levels of ATP and EC. Further research is necessary to optimize the ideal ice modulator cocktail for our partial-freezing protocol. Modifications to cryoprotective agent (CPA) combinations, as well as improvements to machine perfusion CPA loading and unloading, can help improve the viability of these partially frozen organs.

Ischemia is a major limiting factor in Vascularized Composite Allotransplantation (VCA) as irreversible muscular injury can occur after as early as 4-6 h of static cold storage (SCS). Organ preservation technologies have led to the development of storage protocols extending rat liver ex vivo preservation up to 4 days. Development of such a protocol for VCAs has the added challenge of inherent ice nucleating factors of the graft, therefore, this study focused on developing a robust protocol for VCA supercooling. Rodent partial hindlimbs underwent subnormothermic machine perfusion (SNMP) with several loading solutions, followed by a storage solution with cryoprotective agents (CPA) developed for VCAs. Storage occurred in suspended animation for 24h and VCAs were recovered using SNMP with modified Steen. This study shows a robust VCA supercooling preservation protocol in a rodent model. Further optimization is expected to allow for its application in a transplantation model, which would be a breakthrough in the field of VCA preservation.

Abstract Background The number of patients in need of a liver transplant far exceeds the supply of available organs. This imbalance could be dramatically reduced should the donor organ pool be expanded by rendering marginal cases transplantable rather than discarded. The poly-pharmacological drug cocktail CEPT (Chroman-1, Emricasan, Polyamine, and Trans-ISRIB (integrated stress inhibitor)) has been found to improve the in-vitro viability of human pluripotent stem cells (hPSCs) following cryopreservation. It is worth exploring CEPT’s ability to inhibit various apoptotic pathways and preserve cellular function for potentially mitigating warm ischemic stress of the anhepatic phase of graft implantation and promoting more rapid graft recovery following reperfusion with continuous treatment. Methods Rat livers without warm ischemia and CEPT supplementation are the healthy control: fresh (n=3) group. Room-temperature warm ischemia was used to replicate the anhepatic phase of graft implantation in the control (n=6) group and the experimental CEPT group (n=6) without and with CEPT supplementation, respectively. Transplantation was modeled by ex-vivo reperfusion at 37°C for six hours with William’s E-based hepatocyte culture media and with CEPT supplementation in the CEPT group. Results Livers treated with CEPT during warm ischemia and subsequent reperfusion have improved hepatocellular function as indicated by increased oxygen O 2 utilization, stable pH, and improved cholangiocyte function indicated by the increased hourly rate of bile production. Furthermore, resistance, an endothelial injury marker, and caspase 3/7, an apoptotic marker, were lower. Conclusion To improve the utilization of available donor livers, different stages of the organ transplantation process can be optimized. The anhepatic phase, which includes the period from the removal of the native liver from the recipient to the reperfusion of the donor’s graft liver through the portal vein during graft implantation, can be targeted using CEPT for mitigating warm ischemia-induced injury that occurs during vascular anastomosis. (S1 Fig: Graphical abstract)

The vascular system experiences an age-associated decline in tissue perfusion and response to ischemic diseases. The factors driving this age-associated neovascularization decline remain unclear. While old endothelial cells (ECs) adopt a pro-angiogenic gene expression profile, we observed a stark reduction in the proliferative capacity of old ECs, while migratory capabilities remain intact. This is paralleled by a drastic decline in glycolytic capacity and ATP production, which likely act as limiting factors to neovascularization. These findings may provide new strategies to restore EC function in aging, thereby improving organ resilience and extending health- and lifespan.

Drug discovery pipelines rely on the availability of isolated primary hepatocytes for investigating potential hepatotoxicity prior to clinical application. These hepatocytes are typically isolated from livers rejected for transplantation and subsequently cryopreserved for later usage. The gold-standard cryopreservation technique, slow-freezing, is a labor-intensive process, with significant post-storage viability loss. In this work, we introduce parallelized droplet vitrification, a technique for high-volumetric, rapid vitrification of suspended cells. We show the utility of this technique through the single-run vitrification of the whole-rate liver hepatocyte yield, resulting in a 1600% increase in single-batch vitrification and a 500% increase in droplet generation rate compared to previous droplet vitrification approaches. Additionally, we showed that these implementations maintained improved post-preservation outcomes in primary rat hepatocytes.

Introduction Magnetic nanoparticles (MNPs), particularly iron oxide nanoparticles (IONPs), are renowned for their superparamagnetic behavior, allowing precise control under external magnetic fields. This characteristic makes them ideal for biomedical applications, including diagnostics and drug delivery. Superparamagnetic IONPs, which exhibit magnetization only in the presence of an external field, can be functionalized with ligands for targeted affinity diagnostics. This study presents a computational model to explore the induced voltage in a search coil when MNPs pass through a simulated blood vessel, aiming to improve non-invasive diagnostic methods for disease detection and monitoring. Methods A finite element model was constructed using COMSOL Multiphysics to simulate the behavior of IONPs within a dynamic blood vessel environment. Governing equations such as Ampère’s law and Faraday’s law of induction were incorporated to simulate the induced voltage in a copper coil as MNPs of various sizes flowed through the vessel. Rheological parameters, including blood viscosity and flow rates, were factored into the model using a non-Newtonian fluid approach. Results The amount of MNPs required for detection varies significantly based on the sensitivity of the detection equipment and the size of the nanoparticles themselves. For highly sensitive devices like a SQUID voltmeter, with a coil sensitivity approximately 10 −12 V, very low MNP concentrations—approximately 10 −4 μg/mL—are sufficient for detection, staying well within the safe range. As coil sensitivity decreases, such as with standard voltmeters at 10 −8 V or 10 −6 V, the MNP concentration required for detection rises, approaching or even exceeding potentially toxic levels. Additionally, the physical size of MNPs plays a role; larger nanoparticles (e.g., 50 nm radius) require fewer total particles for detection at the same sensitivity than smaller particles like those with a 2.5 nm radius. For instance, at a coil sensitivity of 10 −10 V, a 2.5 nm particle requires approximately 10 12 particles, whereas a 50-nm particle only needs 10 8 . This highlights the importance of optimizing both detection sensitivity and particle size to balance effective detection with safety. Conclusion This computational model demonstrates the feasibility of using superparamagnetic nanoparticles in real-time, non-invasive diagnostic systems.