Неразрушающего контроля развития разложению на основе эшафот инженерии тканей кровеносных сосудов с использованием оптическая когерентная томография
Summary
Шаг за шагом протокол для неразрушающего контроля и длительного периода наблюдения за процессом сосудистого ремоделирования и эшафот деградации в реальном времени культуры биоразлагаемые полимерные основанных на эшафот инженерии тканей кровеносных сосудов с пульсирующего стимуляции Здесь описывается использование оптическая когерентная томография.
Abstract
Инженерии сосудистых имплантатов с структурно-механические свойства, аналогичные природные кровеносных сосудов, как ожидается, удовлетворять растущий спрос на артериальной объездной. Характеристика динамики роста и модернизации процесса разложению полимер на основе эшафот инженерии тканей кровеносных сосудов (TEBVs) с пульсирующего стимуляции имеет решающее значение для сосудистой тканевой инженерии. Оптические методы визуализации выделяются как мощные инструменты для мониторинга васкуляризации инженерии тканей позволяет с высоким разрешением изображений в реальном времени культуры. Этот документ демонстрирует неразрушающего и быстро в реальном времени визуализации стратегии для мониторинга роста и реконструкции TEBVs в долгосрочные культуры с помощью оптическая когерентная томография (Окт). Оценивается геометрические морфологии, включая сосудистого ремоделирования процесс, толщина стенок и Сравнение толщины TEBV в моменты времени различные культуры и наличие пульсирующего стимуляции. Наконец OCT предоставляет практические возможности для реального времени наблюдения деградации полимера в реконструкции тканях под пульсирующего стимуляции или не и в каждом сегменте судна, по сравнению с оценкой использования деградации полимера Сканирование, microscopic(SEM) электронов и поляризационный микроскоп.
Introduction
Ткани инженерии кровеносных сосудов (TEBVs) является наиболее перспективных материалов как идеальный сосудистого трансплантата1. Для того, чтобы развивать графтов клинически полезным с аналогичными структурных и функциональных свойств как родной судов, были разработаны несколько методов для поддержания функции сосудистого2,3. Хотя там были инженерии судов с приемлемым проходимость ставок во время имплантации и клиническое исследование III фазы4, долгосрочные культуры и высокой стоимости также показывают необходимость наблюдения за развитием TEBVs. Понимание процессов роста, модернизация и адаптация внеклеточные matrix(ECM) в TEBVs в среде химико механические biomimetic может предоставить важную информацию для развития сосудистой тканевой инженерии.
Идеальной стратегии для отслеживания развития инженерии судов малого диаметра5 должно быть неразрушающего контроля, стерильные, продольная, трехмерные и количественные. TEBVs условиях различные культуры могут оцениваться этой модальности изображений, включая даже изменения до и после трансплантации сосудов. Необходимо разработать стратегии для описания особенностей жизни инженерии судов. Оптические методы визуализации позволяют визуализации и количественной оценки осаждения ткани и биоматериалов. Другими преимуществами являются возможность включить глубокие ткани и этикетка бесплатные изображения с высоким разрешением6,7. Однако изображение конкретных молекул и менее легко доступны оптического оборудования для мониторинга в реальном времени является значительное практическое препятствие, которое имеет ограниченную широкое применение нелинейной оптической микроскопии. Оптическая когерентная томография (Окт) — это оптический подход с внутрисосудистого изображений модальности как широко используется клинический инструмент направлять сердечной интервенционной терапии8. В литературе метод октября было сообщено о том, как способ оценки толщины стенок TEBVs9,10, в сочетании с позитивных изображений условия для сосудистых тканей инженерных исследований. В то время как динамика инженерии сосудистой роста и реконструкции не наблюдалось.
В этой рукописи мы подробно подготовку биоразлагаемые полимерные основанных на эшафот TEBVs для четырех недель культуры. Человека пупочных артерий сосудистой гладкомышечные клетки (HUASMCs) расширил и посеяны в пористых разложению Полигликолидная кислота (PGA) леса в биореактор. Биоразлагаемые полимеры играть роль в временной субстрат для тканевой инженерии и имеют определенные11деградации ставка. С тем чтобы обеспечить соответствующий матч между деградацией лесов и нео-ткани, ECM и PGA подмостей являются важнейшими факторами для эффективного сосудистого ремоделирования. Система перфузии имитирует биомеханических микроокружения родной судов и поддерживает последовательную деформации под давлением стимуляции.
Цель представленных протокола-изложить стратегию относительно простой и неразрушающего контроля для TEBVs изображений и долгосрочный мониторинг культуры. Этот протокол может использоваться для визуализации морфологических изменений и измерения толщины инженерии судов в условиях иной культуры. Кроме того можно выполнить анализ деградации материалов на основе полимеров в ткани, инженерные строительные леса для идентификации. Комбинируя методы сканирования электрон microscopic(SEM) и поляризационный микроскоп, используемые в этот протокол, корреляции и количественной оценки распределения внеклеточного матрикса и PGA деградации может быть сделано, которая может содействовать оценке эшафот деградация в сочетании с октября изображений.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для создания инженерии судов с структурных и механические свойства аналогичны родной кровеносных сосудов может привести к сократить время для клинического использования и является конечной целью сосудистой техники. Оптические методы визуализации позволяют визуализации сосудистой …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы отметить науки и технологии планирования проекта в провинции Гуандун Китая (2016B070701007) для поддержки этой работы.
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).
