Monitoramento não destrutiva de desenvolvimento degradáveis baseados em andaime engenharia de tecidos dos vasos sanguíneos, usando a tomografia de coerência óptica
Summary
Um protocolo passo a passo para ensaios não destrutivos e longo período de acompanhamento do processo de remodelação vascular e degradação de andaime na cultura em tempo real de biodegradáveis poliméricos baseados em andaime engenharia de tecidos dos vasos sanguíneos com estimulação pulsátil usando a tomografia de coerência óptica é descrito aqui.
Abstract
Enxertos vasculares projetados com propriedades estruturais e mecânicas similares ao natural dos vasos sanguíneos são esperados para atender à crescente demanda para bypass arterial. Caracterização da dinâmica de crescimento e processo de remodelação de polímeros degradáveis baseados em andaime engenharia de tecidos dos vasos sanguíneos (TEBVs) com estimulação pulsátil são cruciais para a engenharia de tecido vascular. Técnicas de imagem ópticas destacam-se como poderosas ferramentas para monitorar a vascularização do tecido projetado, permitindo imagens de alta resolução em cultura em tempo real. Este artigo demonstra um rápido em tempo real e não destrutiva imaging estratégia para monitorar o crescimento e remodelação do TEBVs na cultura a longo prazo usando tomografia de coerência óptica (OCT). Morfologia geométrica é avaliada, incluindo o processo de remodelação vascular, espessura de parede e comparação da espessura TEBV em pontos de cultura diferente tempo e presença de estimulação pulsátil. Finalmente, a OCT fornece possibilidades práticas para observação em tempo real de degradação do polímero nos tecidos reconstrução sob estimulação pulsátil ou não e em cada segmento de navio, por em comparação com a avaliação do uso de degradação do polímero varredura de elétrons microscopic(SEM) e microscópio polarizado.
Introduction
Engenharia de tecidos vasos sanguíneos (TEBVs) é o material mais promissor como um enxerto vascular ideal1. A fim desenvolver enxertos para ser clinicamente útil com propriedades estruturais e funcionais semelhantes como vasos nativos, várias técnicas foram projetadas para manter a função vascular2,3. Embora tenha havido navios projetados com perviedade aceitável durante a implantação e em estudo clínico de fase III4, cultura a longo prazo e alto custo também mostram a necessidade de acompanhamento do desenvolvimento de TEBVs. Compreensão dos processos de crescimento, remodelação e adaptação de matrix(ECM) extracelular em TEBVs no ambiente biomimético mecânica pode fornecer informações cruciais para o desenvolvimento da engenharia de tecido vascular.
A estratégia ideal para acompanhar o desenvolvimento da engenharia vasos de pequeno diâmetro5 deve ser não-destrutiva, estéril, longitudinal, tridimensional e quantitativa. TEBVs em condições de cultura diferentes puderam ser avaliadas por esta modalidade de imagem, mesmo incluindo alterações antes e após transplante vascular. São necessárias estratégias para descrever as características dos navios de vida projetada. Técnicas de imagem ópticas permitem a visualização e quantificação de deposição de tecidos e biomateriais. Outras vantagens são a possibilidade de habilitar tecidos profundos e sem etiqueta de imagem com alta resolução6,7. No entanto, as moléculas de imagem específicos e menos facilmente acessível equipamento óptico para monitoramento em tempo real é um obstáculo prático, que limitou a aplicação extensiva da microscopia óptica não-linear. Tomografia de coerência óptica (OCT) é uma abordagem óptica com intravascular modalidade de imagem como uma ferramenta clínica utilizado para orientar a terapia intervencionista cardíaca8. Na literatura, o método de outubro foi relatado como uma forma de avaliar a espessura da parede do TEBVs9,10, juntamente com a afirmativas modalidades de imagem para pesquisa de engenharia de tecido vascular. Considerando que, a dinâmica da engenharia vascular crescimento e remodelação não foi observada.
Neste manuscrito, detalhamos a preparação de biodegradáveis poliméricos baseados no cadafalso TEBVs para cultura de quatro semanas. Células de músculo liso vascular humano artérias umbilicais (HUASMCs) são expandidas e semeadas em andaimes de ácido (PGA) um poroso polyglycolic degradável em bioreator. Polímeros biodegradáveis desempenham o papel em um substrato temporário para a engenharia de tecidos e tem uma certa degradação taxa11. Para garantir uma correspondência adequada entre neo-tecido formação e degradação de andaime, andaimes de ECM e PGA são fatores cruciais para a remodelação vascular eficaz. O sistema de perfusão simula o microambiente biomecânico dos vasos nativos e mantém uma consistente deformação sob estimulação de pressão.
O objectivo do protocolo apresentado é para descrever uma estratégia relativamente simples e não-destrutiva para TEBVs de imagens e acompanhamento a longo prazo da cultura. Este protocolo pode ser utilizado para a visualização de alterações morfológicas e medições de espessura de navios projetados sob condições de cultura diferentes. Além disso, as análises de degradação de materiais baseados em polímero no tecido andaimes de engenharia podem ser realizadas para a identificação. Combinando métodos de varredura de elétrons microscopic(SEM) e polarizado microscópio usado neste protocolo, correlação e quantificação de distribuição da matriz extracelular e PGA degradação podem ser feitas, que pode facilitar a avaliação do andaime degradação combinado com imagens de OCT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Para gerar engenharia vasos com estruturais e propriedades mecânicas semelhantes dos nativos de vasos sanguíneos podem levar a encurtar o tempo para uso clínico e é o objetivo final de engenharia vascular. Técnicas de imagem ópticas permitem a visualização da engenharia de tecidos vasculares componentes específicos, que não pode monitorar as construções individuais ao longo de enxertos de cultura e exposição a um ambiente de cultura sem comprometer a esterilidade7. Neste artigo, a c?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nós gostaríamos de reconhecer a ciência e a tecnologia de projeto de planejamento da província de Guangdong de China (2016B070701007) para apoiar este trabalho.
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 |
References
- 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).
