Niet-destructieve controle van afbreekbaar steiger gebaseerde weefsel-Engineered bloedvat ontwikkelen met behulp van optische coherentie tomografie
Summary
Een stap voor stap protocol voor niet-destructieve en lange-termijn follow-up van het proces van vasculaire remodeling en aantasting van de steiger in real-time cultuur van biologisch afbreekbaar polymeer steiger gebaseerde weefsel-engineered bloedvaten met Pulsatiele stimulatie met behulp van optische coherentie tomografie wordt hier beschreven.
Abstract
Gemanipuleerde vaattransplantaten met structurele en mechanische eigenschappen die lijken op natuurlijke bloedvaten worden verwacht om te voldoen aan de groeiende vraag naar arteriële bypass. Karakterisering van de groeidynamiek en remodelleert proces van afbreekbaar polymeer steiger gebaseerde weefsel-engineered bloedvaten (TEBVs) met Pulsatiele stimulatie is cruciaal voor vaatweefsel engineering. Optische beeldvormingstechnieken opvallen als krachtige tools voor de monitoring van de vascularisatie van gemanipuleerde weefsel inschakelen met een hoge resolutie imaging in real-time cultuur. Deze paper toont een niet-destructieve en snel real-time beeldvormings strategie voor het controleren van de groei- en verbouwing van TEBVs in langetermijnkweek met behulp van optische coherentie tomografie (OCT). Geometrische morfologie wordt geëvalueerd, met inbegrip van vasculaire remodelleert proces, wanddikte en vergelijking met de dikte van de TEBV in verschillende cultuur tijdstippen en aanwezigheid van Pulsatiele stimulatie. Ten slotte, OCT biedt praktische mogelijkheden voor het real-time opvolgen van de afbraak van het polymeer in de reconstructie weefsels onder Pulsatiele stimulatie of niet en in elk segment van schip, vergeleken met de beoordeling van het gebruik van de afbraak van de polymeer scanning electron microscopic(SEM) en gepolariseerde Microscoop.
Introduction
Weefsel-engineered bloedvaten (TEBVs) is de meest veelbelovende materiaal als een ideale vasculaire graft-1. Met het oog op transplantaties te klinisch nuttig met soortgelijke structurele en functionele eigenschappen als inheemse vaartuigen, zijn meerdere technieken ontwikkeld om vasculaire functie2,3. Al tijdens de implantatie en in fase III klinische studie4zijn er gemodificeerde schepen met aanvaardbare bij tarieven, langetermijnkweek en hoge kosten blijkt ook de noodzaak van toezicht op de ontwikkeling van TEBVs. Begrip van extracellulaire matrix(ECM) groei, remodelleren en aanpassing processen in de TEBVs in de omgeving van de chemo-mechanische biomimetische bieden cruciale informatie voor de ontwikkeling van vaatweefsel engineering.
De ideale strategie om bij te houden van de ontwikkeling van kleine diameter gemodificeerde schepen5 moet op niet-destructieve, steriele, longitudinale, driedimensionale en kwantitatieve. TEBVs onder andere cultuur voorwaarden kunnen worden beoordeeld door dit imaging modaliteit, zelfs met inbegrip van wijzigingen vóór en na de vasculaire transplantatie. Strategieën voor het beschrijven van de kenmerken van levende gemodificeerde schepen nodig zijn. Optische beeldvormingstechnieken toestaan visualisatie en kwantificering van weefsel depositie en biomaterialen. Andere voordelen zijn de mogelijkheid om diep-weefsel- en label-vrije beeldbewerking met hoge resolutie6,7. Afbeelding-specifieke moleculen en minder toegankelijke optische apparatuur voor real-time bewaking is echter een aanzienlijke praktische hindernis, die de uitgebreide toepassing van niet-lineaire optische microscopie is beperkt. Optische coherentie tomografie (OCT) is een optische benadering met intravasculaire imaging modaliteit als een veel gebruikte klinische hulpmiddel bij cardiale Interventionele therapie8. In de literatuur is de methode van LGO werd gerapporteerd als een manier om te beoordelen van de wanddikte van TEBVs9,10, bevestigend beeldvormende modaliteiten voor vaatweefsel engineering onderzoek wordt gekoppeld. Overwegende dat de dynamiek van gemanipuleerde vasculaire werd groei en remodeling niet waargenomen.
In dit manuscript detailleren wij de voorbereiding van biologisch afbreekbaar polymeer steiger gebaseerde TEBVs voor vier weken cultuur. Menselijke navelstreng slagaders vasculaire zachte spiercellen (HUASMCs) worden uitgebreid en in een poreuze afbreekbaar polyglycolic zuur (PGA) steigers in de bioreactor agarvoedingsbodem. Biologisch afbreekbare polymeren de rol te spelen in een tijdelijke substraat voor weefselengineering en hebben een bepaalde afbraak tarief11. Met het oog op een juiste match tussen steiger afbraak en vorming van de neo-weefsel, zijn ECM en PGA steigers cruciale factoren voor effectief vasculaire remodeling. Het systeem van de perfusie simuleert de biomechanische communicatie van inheemse vaartuigen en handhaaft een consistent vervorming onder druk stimulatie.
Het doel van het voorgestelde protocol is voor het beschrijven van een relatief eenvoudig en niet-destructieve strategie voor TEBVs imaging en langdurige bewaking van cultuur. Dit protocol kan worden gebruikt voor visualisatie van morfologische veranderingen en diktemetingen van gemodificeerde schepen onder verschillende cultuuromstandigheden. Bovendien kunnen de analyses van de aantasting van het polymeer gebaseerde materialen in het weefsel engineering steigers worden uitgevoerd voor de identificatie. Door het combineren van methoden voor het scannen van elektronen microscopic(SEM) en gepolariseerde Microscoop gebruikt in dit protocol, correlatie en kwantificering van extracellulaire matrix distributie en aantasting van de PGA kunnen worden gemaakt, die kan vergemakkelijken beoordeling steiger afbraak gecombineerd met OCT beeldvorming.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ontworpen voor het genereren van vaartuigen met structurele en mechanische eigenschappen die lijken op die van de inheemse bloedvaten kunnen leiden tot het verkorten van de tijd voor klinisch gebruik en is het ultieme doel van vasculaire engineering. Optische beeldvormingstechnieken toestaan de visualisatie van weefsel ontworpen vasculaire specifieke onderdelen die individuele constructies in cultuur en blootstelling transplantaties aan een cultuur omgeving zonder de steriliteit7niet controleren. …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij willen erkennen van de wetenschap en de technologie Planning Project van de provincie Guangdong (2016B070701007) voor de ondersteuning van dit werk.
Materials
| PGA mesh | Synthecon | ||
| silicone tube | Cole Parmer | ||
| connector | Cole Parmer | ||
| intravascular OCT system | St. Jude Medical, Inc | ILUMIEN™ OPTIS™ SYSTEM | |
| scanning electron microscopic | Philips | FEI Philips XL-30 | |
| polarized microscope | Olympus | Olympus BX51 | |
| sutures | Johnson & Johnson | ||
| pulsatile pump | Guangdong Cardiovascular Institute | ||
| LightLab Imaging software | St. Jude Medical, Inc |
Referencias
- Chan-Park, M. B., et al. Biomimetic control of vascular smooth muscle cell morphology and phenotype for functional tissue-engineered small-diameter blood vessels. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 88, 1104-1121 (2009).
- Ballyns, J. J., Bonassar, L. J. Image-guided tissue engineering. Journal of Cellular & Molecular Medicine. 13, 1428-1436 (2009).
- Smith, L. E., et al. A comparison of imaging methodologies for 3D tissue engineering. Microscopy Research & Technique. 73, 1123-1133 (2010).
- Chang, W. G., Niklason, L. E. A short discourse on vascular tissue engineering. NPJ Regenerative Medicine. 2, (2017).
- Appel, A. A., Anastasio, M. A., Larson, J. C., Brey, E. M. Imaging challenges in biomaterials and tissue engineering. Biomaterials. 34, 6615-6630 (2013).
- Rice, W. L., et al. Non-invasive characterization of structure and morphology of silk fibroin biomaterials using non-linear microscopy. Biomaterials. 29, 2015-2024 (2008).
- Niklason, L. E., et al. Enabling tools for engineering collagenous tissues integrating bioreactors, intravital imaging, and biomechanical modeling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 3335-3339 (2010).
- Zheng, K., Rupnick, M. A., Liu, B., Brezinski, M. E. Three Dimensional OCT in the Engineering of Tissue Constructs: A Potentially Powerful Tool for Assessing Optimal Scaffold Structure. Open Tissue Engineering & Regenerative Medicine Journal. 2, 8-13 (2009).
- Gurjarpadhye, A. A., et al. Imaging and characterization of bioengineered blood vessels within a bioreactor using free-space and catheter-based OCT. Lasers in Surgery and Medicine. 45, 391-400 (2013).
- Chen, W., et al. In vitro remodeling and structural characterization of degradable polymer scaffold-based tissue-engineered vascular grafts using optical coherence tomography. Cell & Tissue Research. 370, 417-426 (2017).
- Naito, Y., et al. Characterization of the natural history of extracellular matrix production in tissue-engineered vascular grafts during neovessel formation. Cells Tissues Organs. 195, 60-72 (2012).
- Ye, C., et al. The design conception and realization of pulsatile ventricular assist devices-from Spiral-Vortex pump to Luo-Ye pump. Chinese Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 9, 35-40 (2002).
- Chen, W., et al. Application of optical coherence tomography in tissue engineered blood vessel culture based on Luo-Ye pump. Chinese Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 31, 687-690 (2015).
- Pickering, J. G., Boughner, D. R., et al. Quantitative assessment of the age of fibrotic lesions using polarized light microscopy and digital image analysis. American Journal of Pathology. 138, 1225-1231 (1991).
- Martinho, J. A., et al. Dependence of optical attenuation coefficient and mechanical tension of irradiated human cartilage measured by optical coherence tomography. Cell Tissue Bank. 16, 47-53 (2015).
- Poirierquinot, M., et al. High-resolution 1.5-Tesla magnetic resonance imaging for tissue-engineered constructs: a noninvasive tool to assess three-dimensional scaffold architecture and cell seeding. Tissue Engineering Part C Methods. 16, 185-200 (2010).
- Naito, Y., et al. Beyond burst pressure: initial evaluation of the natural history of the biaxial mechanical properties of tissue-engineered vascular grafts in the venous circulation using a murine model. Tissue Engineering Part A. 20, 346-355 (2014).
- Smart, N., Dube, K. N., Riley, P. R. Coronary vessel development and insight towards neovascular therapy. International Journal of Clinical and Experimental Pathology. 90, 262-283 (2009).
