Techniek Biologisch-Based vaattransplantaten Met behulp van een Pulsatiele Bioreactor
Summary
Onze groep heeft een bioreactor cultuur systeem dat bootst de fysiologische pulserende stress van het cardiovasculaire systeem te regenereren implanteerbare kleine diameter vaattransplantaten.
Abstract
Veel aandacht is besteed aan de ontwikkeling en vooruitgang van de methodologie te regenereren functionele kleine diameter arteriële omzeilt. In de fysiologische omgeving, zijn zowel mechanische en chemische prikkeling noodzakelijk om de goede ontwikkeling en functionaliteit van de arteriële vaten 1,2 te houden.
Bioreactor cultuur systemen ontwikkeld door onze groep zijn ontworpen om schepen regeneratie te ondersteunen binnen een nauwkeurig gecontroleerde chemo-mechanische omgeving nabootsen die van autochtone schepen. Onze bioreactor montage en onderhoud van de procedures zijn vrij eenvoudig en zeer herhaalbare 3,4. Gladde spiercellen (SMC) zijn gezaaid op een buisvormige polyglycolzuur (PGA), mesh, dat is voorzien van schroefdraad meer dan voldoet silicone en gekweekt in de bioreactor, met of zonder pulserende stimulatie voor maximaal 12 weken. Er zijn vier belangrijke attributen die onze bioreactor onderscheiden van een aantal voorgangers. 1) In tegenstelling tot andere cultuur systemen die alleen simuleren de biochemische omgeving van inheemse bloedvaten, onze bioreactor creëert ook een fysiologische pulserende omgeving door het toepassen van cyclische radiale belasting om de schepen in de cultuur. 2) Meerdere ontworpen schepen tegelijk worden gekweekt onder verschillende mechanische voorwaarden binnen een gecontroleerde chemische omgeving. 3) De bioreactor kan een mono-laag van endotheelcellen (EC) om eenvoudig worden bekleed op de luminale kant van de ontworpen schepen voor dierlijke implantatie modellen. 4) Onze bioreactor kan ook de cultuur ontworpen schepen met verschillende diameter grootte varieerden van 1 mm tot 3 mm, het opslaan van de inspanning om op maat elk individu bioreactor naar een specifieke diameter past.
De kunstmatige schepen gekweekt in onze bioreactor lijken inheemse bloedvaten histologisch tot op zekere hoogte. Cellen in de vaatwanden uitdrukkelijke volwassen SMC contractiele merkers zoals het gladde spierweefsel myosine zware keten (SMMHC) 3. Een aanzienlijke hoeveelheid collageen wordt afgezet binnen de extracellulaire matrix, die verantwoordelijk is voor de ultieme mechanische sterkte van de kunstmatige schepen 5. Biochemische analyse geeft ook aan dat collageen van gemanipuleerde schepen is vergelijkbaar met die van autochtone slagaders 6. Belangrijk is de pulserende bioreactor consequent geregenereerd schepen dat de mechanische eigenschappen die succesvolle implantatie experimenten mogelijk te maken in diermodellen 3,7 vertonen. Bovendien kan deze bioreactor verder worden aangepast om real-time de beoordeling en het bijhouden van collageen remodeling na verloop van tijd, niet-invasieve manier, met behulp van een niet-lineaire optische microscopie (NLOM) 8 mogelijk te maken. Tot slot moet dit bioreactor dienen als een uitstekend platform om de fundamentele mechanismen die de regeneratie van functionele kleine diameter vaattransplantaten reguleren te bestuderen.
Protocol
Discussion
De kwaliteit van de schepen is ontworpen voor een groot deel bepaald door de kwaliteit van de SMC's gebruikt in de weefselkweek. De kritische aspecten van het SMC fenotype zijn contractiele morfologie, lage passage nummer, en de mogelijkheid om woekeren in de bioreactor. Wij bevelen aan dat de passage aantal niet groter is dan P3 op het moment van de cel zaaien op het polymeer schavot. Bovendien is het cruciaal om te bevestigen dat de SMC bronnen voor mycoplasma gratis te gebruiken. We hebben geconstateerd dat mycop…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt gefinancierd door National Institutes of Health Grant R01 EB-008836 en R01 HL083895 (zowel voor LEN). We zouden graag Daryl Smith, de Universiteit Glassblower, bedanken voor het maken van de bioreactoren voor ons onderzoek.
Materials
| Name of Reagent/Material | Supplier | Catalogue Number |
|---|---|---|
| FBS (Fetal Bovine Serum) Heat-Inactivated | HyClone | SH30071 |
| DMEM | GIBCO | 11885 |
| rhFGF-basic | R&B | 234-FSE |
| rrPDGF-BB | R&B | 520-BB |
| Penicilin G | Sigma | PENNA |
| Copper(II) Sulfate | Sigma | C8027 |
| Gylcine | Sigma | C8790 |
| L-Alanine | Sigma | A7469-25G |
| L-Proline | Sigma | P5607-25G |
| Ascorbic Acid | Sigma | A4544-25G |
| HEPES | Sigma | H3375-100G |
| Silicone Stopper | Cole-Parmer | 06298-24 |
| Masterflex tubes L/S | Cole-Parmer | 06508-16, 06508-18 |
| Masterflex pump | Cole-Parmer | 7553-80 |
| Dacron cuff | Maquet | 174406 |
| PGA felt | Concordia | MO000877-01 |
| 4-0 1.5 metric Surgipro II suture | Syneture | VP-557-X |
| 6-0 0.7 metric Dexon suture | Syneture | 7538-11 |
| 0.22μm PTFE filters | Whatman | 6780-2502 |
| Three Way Stop-cock | Edwards Lifesciences | 593WSC |
| Pressure Transducer | Edwards Lifesciences | PX212 |
| IV bags | Baxter | R4R2110 |
| Saline dilution set | Arrow | W20030 |
| Silicone tubing | Saint-Gobain | F05027 |
Riferimenti
- Risau, W., Flamme, I. Vasculogenesis. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 11, 73-91 (1995).
- Fankhauser, F., Bebie, H., Kwasniewska, S. The Influcence of mechanical Forices and Flow Mechanisms on Vessel Occlusion. Lasers in Surgery and Medicine. 6, 530-532 (1987).
- Niklason, L. E., Gao, J., Abbott, W. M., Hirschi, K. K., Houser, S., Marini, R., Langer, R. Functional arteries grown in vitro. Science. 284, 489-493 (1999).
- Prabhakar, V., Grinstaff, M. W., Alarcon, J., Knors, C., Solan, A. K., Niklason, L. E. Engineering porcine arteries: Effects of scaffold modification. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 67A, 303-311 (2003).
- Mitchell, S. L., Niklason, L. E. Requirements for growing tissue-engineered vascular grafts. Cardiovascular Pathology. 12, 59-64 (2003).
- Dahl, S. L. M., Rhim, C., Song, Y. C., Niklason, L. E. Mechanical properties and compositions of tissue engineered and native arteries. Annals of Biomedical Engineering. 35, 348-355 (2007).
- Quint, C., Kondo, Y., Manson, R. J., Lawson, J. H., Dardik, A., Niklason, L. E. Decellularized tissue-engineered blood vessel as an arterial conduit. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 9214-9219 (2011).
- Niklason, L. E., Yeh, A. T., Calle, E. A., Bai, Y., Valentín, A., Humphrey, J. D. 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. 107, 3335-3339 (2010).
- Gong, Z., Calkins, G., Cheng, E. -. c., Krause, D., Niklason, L. E. Influence of Culture Medium on Smooth Muscle Cell Differentiation from Human Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells. Tissue Engineering Part A. 15, 319-330 (2009).
- Gong, Z. D., Niklason, L. E. Small-diameter human vessel wall engineered from bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSCs. Faseb Journal. 22, 1635-1648 (2008).
- Poh, M. Blood vessels engineered from human cells. Lancet. 365, 2122-2124 (2005).
- American Heart Association. . Biostatistical fact sheet: cardiovascular procedures. , (2002).
