Implantering av Electrospun vaskulære Grafts med optimalisert strukturen i en rotte modell
Summary
Her presenterer vi en modifisert electrospinning metode for å dikte PCL vaskulær graftene med tykk fibre og store porer, og beskriver en protokoll for å evaluere ytelsen i vivo i en rotte modell av abdominal aorta erstatning.
Abstract
Her presenterer vi en protokoll for å dikte macroporous PCL vaskulær pode og beskrive en evaluering-protokollen ved hjelp av en rotte modell av abdominal aorta erstatning. Electrospun vaskulære graftene har ofte relativt små porer, som begrenser celle infiltrasjon i graftene og hindrer fornyelse og ombygging av neo-arteriene. I denne studien ble PCL vaskulær graftene med tykkere fiber (5-6 µm) og større porene (~ 30 µm) laget ved hjelp av en modifisert behandling teknikk. Langsiktig ytelse av graftet ble evaluert av implantasjon i en rotte abdominal aorta modell. Ultralyd analyse viste at graftene forble patent uten aneurisme eller stenose oppstår selv etter 12 måneder av implantasjon. Macroporous forbedret celle ingrowth og dermed fremmes vev regenereres på 3 måneder. Enda viktigere, var det ingen tegn med negative remodeling, som forkalkninger i pode veggen etter 12 måneder. Derfor har electrospun PCL vaskulær graftene med endrede macroporous behandling potensial til å være en arterie erstatning for langsiktig implantasjon.
Introduction
Vaskulær grafts laget av syntetiske polymerer benyttes mye i klinikken for behandling av hjerte-og karsykdommer (karsykdommer). Dessverre, i liten diameter vaskulær grafts (D < 6 mm) det er ingen vellykket produkter tilgjengelig på grunn av den lave patency utløst av redusert blod flyten hastighet, som ofte fører til blodpropp, intimal hyperplasia og andre komplikasjoner1.
Tissue engineering gir en alternativ strategi for å realisere langsiktige patency og homeostase basert på stillaset-guidede vaskulær regenerasjon og gjenoppbygging. I detalj, vaskulære graftet, som en tredimensjonal mal kunne gi mekanisk støtte og strukturelle veiledning under fornyelse av vaskulær vev og innflytelse cellulære funksjoner, inkludert celle vedheft, migrasjon, spredning, og utskillelsen av ekstracellulær matrix2. Inntil nå, har ulike syntetiske polymerer vært vurdert for programmer i vaskulær tissue engineering. Blant disse polymerer, har poly(ε-caprolactone) (PCL) vært intenst undersøkt god celle kompatibilitet og langsomme nedbrytning mellom flere måneder til to år3. I en rotte aorta modell4,5,6, PCL vaskulær grafts behandles av electrospinning utstilt utmerket konstruksjonssikkerhet og patency, så vel som kontinuerlig økt celle invasjon og neovascularization i den pode veggen for inntil 6 måneder. Imidlertid ugunstig vev remodeling, inkludert regresjon av celler og kapillærer og forkalkninger, ble også observert på lengre timepoints, opp til 18 måneder.
Cellularization av vaskulær graftet er en nøkkelfaktor bestemme vev gjenfødelse og remolding7. Electrospinning, har som en allsidig teknikk, vært viden ansatt for utarbeidelse av vaskulær graftene med nano-fibrøs struktur8. Dessverre, relativt liten pore strukturen fører ofte til utilstrekkelig celle infiltrasjon i electrospun vaskulære graftet, som begrenser den påfølgende vev gjenfødelse. Du kan løse dette problemet ved forsøkt ulike teknikker å øke porestørrelse og generelle porøsitet, inkludert salt/polymer utvasking9,10, endring av samler apparater, etter behandling av laserstråling11 , etc. Faktisk er strukturen av electrospun grafts (inkludert fiber diameter og porestørrelse porøsitet) nært knyttet til behandling forhold12,13. Under electrospinning, kan fiber diameteren lett kontrolleres ved å endre parametrene som konsentrasjonen av polymer løsning, flyt, spenning, etc. 14 , 15, og derfor porestørrelse og porøsitet er forbedret tilsvarende.
Vi har nylig rapportert en modifisert PCL electrospun pode med macroporous struktur (fiber med diameter på 5-7 µm og porene i 30-40 µm). I vivo implantasjon av erstatter rotte abdominal aorta viste høy rate av patency, i tillegg til god endothelialization og glatt muskel fornyelse på 3 måneder etter operasjonen16. Enda viktigere, kunne ingen ugunstig vev ombygging inkludert forkalkninger og celle regresjon observeres selv etter ett års implantasjon.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cellen infiltrasjon er kritisk for regenerasjon og remodeling vaskulær pode i vivo16. Begrenset celle infiltrasjon er ofte knyttet til relativt liten porene av graftet som hindrer overføring av celler i pode veggen. For å løse dette problemet, utviklet vi en modifisert metode for å forberede electrospun PCL vaskulær graftene med store pore strukturen. I detalj, porestørrelse økt med økningen av fiber tykkelse som lett kan kontrolleres av parameterne behandling. Resultatene viste …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble økonomisk støttet av NSFC prosjekter (81522023, 81530059, 91639113, 81772000, 81371699 og 81401534).
Materials
| Poly(ε-caprolactone) (PCL) pellets (Mn=80,000) | Sigma | 704067 | |
| Methanol | Tianjin Chemical Reagent Company | 1060 | |
| Alcohol | Tianjin Chemical Reagent Company | 1083 | |
| Chloroform | Tianjin Chemical Reagent Company | A1007 | |
| Sucrose | Tianjin Fengchuan Company | 2296 | |
| Triton X-100 | Alfa Aesar | A16046 | |
| Sprague Dawley rats | Laboratory Animal Center of the Academy of Military Medical Sciences | ||
| Normal saline | Hebei Tiancheng Pharmaceutical company | ||
| Chloral hydrate | Tianjin Ruijinte chemical company | 2223 | |
| Heparin sodium Injection | Tianjin Biochem Pharmaceutical company | ||
| Gentamycin Sulfate Injection | Jiangsu Lianshui Pharmaceutical company | ||
| Mouse anti-α-SMA primary antibody | Abcam | ab7817 | |
| Mouse anti-smooth MYH primary antibody | Abcam | ab683 | |
| Rabbit polyclonal anti-rat elastin antibody | Abcam | ab23748 | |
| Rabbit anti-von Willebrand factor primary antibody | Abcam | ab6994 | |
| Goat anti-mouse IgG (Alexa Fluor 488) | Invitrogen | ab150117 | |
| Goat anti-rabbit IgG (Alexa Fluor 488) | Invitrogen | ab150077 | |
| 5% normal goat serum | Zhongshan Golden bridge | ZLI9022 | |
| Hematoxylin and eosin (H&E) | Beijing leagene biotech | DH0006 | |
| Masson's trichrome | Beijing leagene biotech | DC0032 | |
| Verhoeff-van Gieson (VVG) | Beijing leagene biotech | DC0059 | |
| Von Kossa | Beijing leagene biotech | DS0003 | |
| Surgical sutures needles with thread,3-0 silk | Shanghai Jinhuan medical supplies company | G3002b | |
| Surgical sutures needles with thread,9-0 silk | Shanghai Jinhuan medical supplies company | H901 |
References
- Coombs, K. E., Leonard, A. T., Rush, M. N., Santistevan, D. A., Hedberg-Dirk, E. L. Isolated effect of material stiffness on valvular interstitial cell differentiation. J Biomed Mater Res A. 105 (1), 51-61 (2017).
- Zhang, L., et al. A sandwich tubular scaffold derived from chitosan for blood vessel tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 77 (2), 277-284 (2006).
- Thottappillil, N., Nair, P. D. Scaffolds in vascular regeneration: current status. Vasc Health Risk Manag. 11, 79-91 (2015).
- Pektok, E., et al. Degradation and healing characteristics of small-diameter poly (e-caprolactone) vascular grafts in the rat systemic arterial circulation. Circulation. 118 (24), 2563-2570 (2008).
- Innocente, F., et al. Paclitaxel-eluting biodegradable synthetic vascular prostheses: a step towards reduction of neointima formation?. Circulation. 120 (11 Suppl), S37-S45 (2009).
- de Valence, S., et al. Advantages of bilayered vascular grafts for surgical applicability and tissue regeneration. Acta Biomater. 8 (11), 3914-3920 (2012).
- Assmann, A., et al. Acceleration of autologous in vivo recellularization of decellularized aortic conduits by fibronectin surface coating. Biomaterials. 34 (25), 6015-6026 (2013).
- Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).
- Baker, B. M., et al. The potential to improve cell infiltration in composite fiber-aligned electrospun scaffolds by the selective removal of sacrificial fibers. Biomaterials. 29 (15), 2348-2358 (2008).
- Wang, K., et al. Creation of macropores in electrospun silk fibroin scaffolds using sacrificial PEO-microparticles to enhance cellular infiltration. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 101 (12), 3474-3481 (2013).
- Lee, B. L. P., et al. Femtosecond laser ablation enhances cell infiltration into three-dimensional electrospun scaffolds. Acta Biomaterialia. 8 (7), 2648-2658 (2012).
- Rnjak-Kovacina, J., Weiss, A. S. Increasing the pore size of electrospun scaffolds. Tissue Eng Part B Rev. 17 (5), 365-372 (2011).
- Zhong, S., Zhang, Y., Lim, C. T. Fabrication of large pores in electrospun nanofibrous scaffolds for cellular infiltration: a review. Tissue Eng Part B Rev. 18 (2), 77-87 (2012).
- Pham, Q. P., Sharma, U., Mikos, A. G. Electrospun poly(epsilon-caprolactone) microfiber and multilayer nanofiber/microfiber scaffolds: characterization of scaffolds and measurement of cellular infiltration. Biomacromolecules. 7 (10), 2796-2805 (2006).
- Rnjak-Kovacina, J., et al. Tailoring the porosity and pore size of electrospun synthetic human elastin scaffolds for dermal tissue engineering. Biomaterials. 32 (28), 6729-6736 (2011).
- Wang, Z., et al. The effect of thick fibers and large pores of electrospun poly(epsilon-caprolactone) vascular grafts on macrophage polarization and arterial regeneration. Biomaterials. 35 (22), 5700-5710 (2014).
- Hutcheson, J. D., et al. Genesis and growth of extracellular-vesicle-derived microcalcification in atherosclerotic plaques. Nat Mater. 15 (3), 335-343 (2016).
- Tara, S., et al. Well-organized neointima of large-pore poly(L-lactic acid) vascular graft coated with poly(L-lactic-co-epsilon-caprolactone) prevents calcific deposition compared to small-pore electrospun poly(L-lactic acid) graft in a mouse aortic implantation model. Atherosclerosis. 237 (2), 684-691 (2014).
