هندسة الأنسجة عن طريق الجوهرية الأوعية الدموية في<em> في فيفو</em> غرفة هندسة الأنسجة
Summary
This is a guideline for constructing in vivo vascularized tissue using a microsurgical arteriovenous loop or a flow-through pedicle configuration inside a tissue engineering chamber. The vascularized tissues generated can be employed for organ regeneration and replacement of tissue defects, as well as for drug testing and disease modeling.
Abstract
في الجراحة الترميمية، هناك حاجة السريرية عن بديل للطرق الحالية لإعادة الإعمار ذاتي التي هي معقدة ومكلفة والتجارة عيب واحد لآخر. هندسة الأنسجة مستقبل واعد لتلبية هذا الطلب المتزايد. ومع ذلك، تفشل معظم استراتيجيات هندسة الأنسجة لتوليد بدائل الأنسجة مستقرة وظيفية بسبب ضعف الأوعية الدموية. وتركز هذه الورقة على المجراة هندسة الأنسجة نموذج غرفة الأوعية الدموية الذاتية حيث يتم توجيه الشريان perfused والوريد إما حلقة شرياني أو تكوين عنيق التدفق من خلال داخل غرفة جوفاء المحمية. في هذا النظام القائم على غرفة يحدث تنتشر عائية من الأوعية الشريانية وهذا النظام يجذب الدماغية والتهابات مدفوعة هجرة الخلايا الذاتية التي تملأ تدريجيا مساحة الغرفة مع النسيج الليفي الوعائي. الخارجية خلية / غرس مصفوفة عند بناء غرفة يعزز سور خليةvival ويحدد خصوصية الأنسجة المهندسة والتي تتطور. وقد أظهرت دراستنا أن هذا النموذج الغرفة يمكن أن تولد الأنسجة المختلفة مثل الدهون والعضلات القلبية والكبد وغيرها بنجاح. ومع ذلك، هناك حاجة التعديلات والتحسينات لضمان النسيج المستهدف تشكيل ثابت واستنساخه. توضح هذه المقالة بروتوكول موحد لتصنيع اثنين من نماذج مختلفة الغرفة هندسة الأنسجة أوعية دموية في الجسم الحي.
Introduction
افتعال الأنسجة أوعية دموية الوظيفية باستخدام نهج هندسة الأنسجة هو النموذج الناشئ في مجال الطب التجديدي. 1،2 العديد من المقاربات لهندسة أنسجة جديدة وصحية لاستبدال الأنسجة المصابة أو الأجهزة المعيبة تم تطويرها و3-6 تجريبيا في نماذج حيوانية صغيرة إمكانات واعدة السريرية. 7،8 ومع ذلك، الأوعية الدموية لا تزال واحدة من التحديات الكبرى للهندسة الأنسجة الحد من قدرتها على النمو أنسجة حجم ذات الصلة سريريا. 9
النهج الحالية ليوعي الأنسجة اتبع إما مسار خارجي حيث تنمو سفن جديدة من السرير الوعائي المستفيدة وتغزو جميع أنحاء الأنسجة المزروعة يبني 10 أو مسار الأوعية الدموية جوهري حيث ينمو الأوعية الدموية ويوسع في انسجام تام مع الأنسجة النامية حديثا. 11 نهج خارجي ينطوي عادة خلايا البذر على سقالةفي المختبر، وغرس بناء الكامل في الحيوانات الحية مع توقع أن المواد الغذائية، زودت من قبل وسائل الإعلام والثقافة، وسوف يكون مصدرها من التداول. 12،13 مفهوم مبسط كما نشوب الأوعية الدموية بطيئة جدا وفقط يزرع رقيقة جدا (< سوف 1-2 مم) تبقى قابلة للحياة. توفير المواد الغذائية والأكسجين عن طريق الأوعية الدموية كافية والسريع هو في صميم أي محاولات ناجحة لزراعة بدائل أكثر تعقيدا وأكبر الأنسجة المهندسة مثل العظام والعضلات والدهون والأجهزة الصلبة، ويقدم 14،15 الأوعية الدموية الجوهرية احتمال يبني أكبر لتطوير نمو الأنسجة التدريجي بما يتناسب مع زيادة امدادات الدم. تصميم واحد هو في الجسم الحي زرع في غرفة من عنيق الأوعية الدموية مع أو بدون خلية سقالة المصنفة. 5،6 وقد أدى ذلك إلى تمهيد الطريق لإجراءات جديدة لتوليد سمكا الأنسجة أوعية دموية في جوهرها. 16،17 </ P>
وفي الآونة الأخيرة، وقد وضعت استراتيجيات ما قبل يوعي ترقيع الأنسجة، وذلك قبل الغرس. وتهدف شبكات الأوعية الدموية أدرجت هذه لتفممض مع السفن المضيف في غرس السماح لسرعة توفير إمدادات الدم الكامل لتحسين البقاء على قيد الحياة من جميع أجزاء من الكسب غير المشروع نسيج سميك المزروعة. 18
نحن رائدة في الجسم الحي أوعية دموية نموذج هندسة الأنسجة في الحيوانات الصغيرة التي تنطوي على تحت الجلد المزروع الغرفة المغلقة شبه الصلبة التي تحتوي على عنيق الأوعية الدموية perfused والحيوية التي تحتوي على الخلية. غرفة يخلق بيئة الدماغية التي تحفز تنتشر عائية من السفن زرعها. 3 عنيق الأوعية الدموية يمكن أن تكون إما حلقة شرياني أعيد بناؤها أو شريان تدفق من خلال سليمة والوريد. 3-6،19 هذه الأوعية الدموية براعم عنيق على أداء والشريانية واسعة شبكة -capillary-الوريدية التي تربط في كل من الفنeriole وريدي ينتهي عنيق الأوعية الدموية. 3،20 علاوة على ذلك، الغرفة دعم جوفاء المحيطة تحمي الأنسجة النامية من المحتمل تشويه القوى الميكانيكية ويطيل من محرك الدماغية لتعزيز الأوعية الدموية. 3،21،22 إذا تم زرع عنيق سفينة ببساطة إلى الأنسجة الطبيعية وليس داخل الفضاء محمي من الغرفة، تنتشر عائية يتوقف على طول نفس الجدول الزمني كجرح عادي وليس أنسجة جديدة سوف تتراكم حول عنيق. وقد استخدم الباحثون هذا التكوين في الجسم الحي لإنتاج بنيات أوعية دموية وظيفية ثلاثية الأبعاد الأنسجة مع الأوعية الدموية داعمة والحجم ذات الصلة سريريا. 4،23 علاوة على ذلك، ويبني أنسجة أوعية دموية هندسيا مع عنيق الأوعية الدموية سليمة لها يمكن أن تحصد لزرع لاحق في مكان الاصابه . 24،25 شأنه أن سيناريو أكثر جدوى سريريا أن يخلق غرفة في موقع نهائي لاعادة اعماراوك والثدي. وبالتالي، يمكن لهذا دي نوفو نهج هندسة الأنسجة لديها امكانات السريرية لتوفير مصدر جديد من النسيج المستهدف وظيفية للجراحة الترميمية 26-28
فإن بروتوكول التالية توفر المرشد العام لبناء في الجسم الحي أوعية دموية غرفة هندسة الأنسجة في الفئران، والتي يمكن تكييفها في نماذج حيوانية مختلفة، وتستخدم لدراسة العمليات المعقدة من الأوعية الدموية، وإنتاج مصفوفة، والهجرة الخلوية والتمايز.
Protocol
Representative Results
Discussion
ويجري حاليا التحقيق في الهندسة من دوران الأوعية الدقيقة أساسا من خلال نهجين. الأول ينطوي على تطوير شبكة الأوعية الدموية المتشابكة للغاية ضمن التركيبة في المختبر بحيث عندما زرعت، الشعيرات الدموية من السرير الوعائي المضيفة التواصل مع تلك التي زرعها بناء من خلال …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل منح التمويل من NHMRC ومؤسسة ستافورد فوكس الطبية. المؤلفون تقر المساعدة الجراحية سو مكاي، ليليانا بيبي، آنا Deftereos وأماندا RIXON من التجارب الطبية وحدة الجراحة، مستشفى سانت فنسنت في ملبورن. ويقدم الدعم أيضا من قبل وزارة حكومة ولاية فيكتوريا في الابتكار والصناعة وبرنامج دعم البنية التحتية التشغيلي التنمية الإقليمي.
Materials
| 1 15 Blade Scalpel | Braun | BB515 | |
| 1 Toothed Adson Forceps | Braun | BD527R | |
| 1 Needle Holder | Braun | BM201R | |
| 1 Bipolar Coagulator | Braun | US335 | |
| 1 Micro Needle Holder B-15-8.3 | S & T | 00763 | |
| 1 Micro Dilator Forceps D-5a.2 | S & T | 00125 | |
| 1 Micro Jeweler's Forceps JF-5 | S & T | 00108 | |
| 1 Micro Scissors – Straight SAS-11 | S & T | 00098 | |
| 1 Micro Scissors – Curved SDC-11 | S & T | 00090 | |
| 2 Single Clamps B-3 | S & T | 00400 | |
| 2 10/0 nylon suture | S & T | 03199 | |
| 1 6/0 nylon suture | Braun | G2095469 | |
| 2 4/0 Silk Sutures | Braun | C0760145 | |
| Xilocaine 1% | Dealmed | 150733 | 10 mg/ml |
| Heparin Sodium | Dealmed | 272301 | 5000 UI / ml |
| Ringer Lactate | Baxter | JB2323 | 500 ml |
| 1 dome-shaped tissue engineering chamber | custom made | ||
| 1 flow-through chamber | custom made | ||
| Lectin I, Griffonia Simplicifolia | Vector Laboratories | B-1105 | 1.67 μg/mL |
| Troponin T antibody | Abcam | Ab8295 | 4 μg/mL |
| Human-specific Ku80 antibody | Abcam | Ab80592 | 0.06 μg/mL |
| Desmin antibody | Dako | M0760 | 2.55 μg/mL |
| Cell Tracker CM-DiI dye | Thermo Fisher Scientific | C-7000 | 3 mg/106 cells |
Riferimenti
- Spiliopoulos, K., et al. Current status of mechanical circulatory support: A systematic review. Cardiol Res Pract. , 574198 (2012).
- Hsu, P. L., Parker, J., Egger, C., Autschbach, R., Schmitz-Rode, T., Steinseifer, U. Mechanical circulatory support for right heart failure: Current technology and future outlook. Artif Organs. 36 (4), 332-347 (2012).
- Lokmic, Z., Stillaert, F., Morrison, W. A., Thompson, E. W., Mitchell, G. M. An arteriovenous loop in a protected space generates a permanent, highly vascular, tissue-engineered construct. FASEB J. 21 (2), 511-522 (2007).
- Morritt, A. N., et al. Cardiac tissue engineering in an in vivo vascularized chamber. Circulation. 115 (3), 353-360 (2007).
- Tanaka, Y., Tsutsumi, A., Crowe, D. M., Tajima, S., Morrison, W. A. Generation of an autologous tissue (matrix) flap by combining an arteriovenous shunt loop with artificial skin in rats: preliminary report. B J Plast Surg. 53 (1), 51-57 (2000).
- Cronin, K. J., et al. New murine model of spontaneous autologous tissue engineering, combining an arteriovenous pedicle with matrix materials. Plast Reconstr Surg. 113 (1), 260-269 (2004).
- Forster, N. A., et al. A prevascularized tissue engineering chamber supports growth and function of islets and progenitor cells in diabetic mice. Islets. 3 (5), 271-283 (2011).
- Choi, Y. S., Matsuda, K., Dusting, G. J., Morrison, W. A., Dilley, R. J. Engineering cardiac tissue in vivo from human adipose-derived stem cells. Biomaterials. 31 (8), 2236-2242 (2010).
- Jeyaraj, R., G, N., Kirby, G., Rajadas, J., Mosahebi, A., Seifalian, A. M., Tan, A. Vascularisation in regenerative therapeutics and surgery. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 54, 225-238 (2015).
- Dew, L., Macneil, S., Chong, C. K. Vascularization strategies for tissue engineers. Regen Med. 10 (2), 211-224 (2015).
- Weigand, A., et al. Acceleration of vascularized bone tissue-engineered constructs in a large animal model combining intrinsic and extrinsic vascularization. Tissue Eng Part A. 21 (9-10), 1680-1694 (2015).
- Vacanti, J. P., Langer, R., Upton, J., Marler, J. J. Transplantation of cells in matrices for tissue regeneration. Adv Drug Deliv Rev. 33 (1-2), 165-182 (1998).
- Beahm, E. K., Walton, R. L., Patrick, C. W. Progress in adipose tissue construct development. Clin Plast Surg. 30 (4), 547-558 (2003).
- Vunjak-Novakovic, G., et al. Challenges in cardiac tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 16 (2), 169-187 (2010).
- Garcia, J. R., Garcia, A. J. Biomaterial-mediated strategies targeting vascularization for bone repair. Drug Deliv Transl Res. , (2015).
- Forster, N., et al. Expansion and hepatocytic differentiation of liver progenitor cells in vivo using a vascularized tissue engineering chamber in mice. Tissue Eng Part C Methods. 17 (3), 359-366 (2011).
- Tilkorn, D. J., et al. Implanted myoblast survival is dependent on the degree of vascularization in a novel delayed implantation/prevascularization tissue engineering model. Tissue Eng Part A. 16 (1), 165-178 (2010).
- Chang, Q., Lu, F. A novel strategy for creating a large amount of engineered fat tissue with an axial vascular pedicle and a prefabricated scaffold. Med hypotheses. 79 (2), 267-270 (2012).
- Walton, R. L., Beahm, E. K., Wu, L. De novo adipose formation in a vascularized engineered construct. Microsurg. 24 (5), 378-384 (2004).
- Debels, H., Gerrand, Y. W., Poon, C. J., Abberton, K. M., Morrison, W. A., Mitchell, G. M. An adipogenic gel for surgical reconstruction of the subcutaneous fat layer in a rat model. J Tissue Eng Regen Med. , (2015).
- Lokmic, Z., Mitchell, G. M. Engineering the microcirculation. Tissue Eng Part B Rev. 14 (1), 87-103 (2008).
- Yap, K. K., et al. Enhanced liver progenitor cell survival and differentiation in vivo by spheroid implantation in a vascularized tissue engineering chamber. Biomaterials. 34 (16), 3992-4001 (2013).
- Findlay, M. W., et al. Tissue-engineered breast reconstruction: Bridging the gap toward large-volume tissue engineering in humans. Plast Reconstr Surg. 128 (6), 1206-1215 (2011).
- Tee, R., Morrison, W. A., Dusting, G. J., Liu, G. S., Choi, Y. S., Hsiao, S. T., Dilley, R. J. Transplantation of engineered cardiac muscle flaps in syngeneic rats. Tissue Eng Part A. 18 (19-20), 1992-1999 (2012).
- Dolderer, J. H., et al. Long-term stability of adipose tissue generated from a vascularized pedicled fat flap inside a chamber. Plast Reconstr Surg. 127 (6), 2283-2292 (2011).
- Sekine, H., et al. Endothelial cell coculture within tissue-engineered cardiomyocyte sheets enhances neovascularization and improves cardiac function of ischemic hearts. Circulation. 118, 145-152 (2008).
- Ting, A. C., et al. The adipogenic potential of various extracellular matrices under the influence of an angiogenic growth factor combination in a mouse tissue engineering chamber. Acta Biomater. 10 (5), 1907-1918 (2014).
- Zhan, W., et al. Self-synthesized extracellular matrix contributes to mature adipose tissue regeneration in a tissue engineering chamber. Wound Repair Regen. 23 (3), 443-452 (2015).
- Messina, A., Bortolotto, S. K., Cassell, O. C., Kelly, J., Abberton, K. M., Morrison, W. A. Generation of a vascularized organoid using skeletal muscle as the inductive source. FASEB J. 19 (11), 1570-1572 (2005).
- Lim, S. Y., Hernández, D., Dusting, G. J. Growing vascularized heart tissue from stem cells. J Cardiovasc Pharmacol. 62 (2), 122-129 (2013).
- Poon, C. J., et al. Preparation of an adipogenic hydrogel from subcutaneous adipose tissue. Acta Biomater. 9 (3), 5609-5620 (2013).
- Dilley, R. J., Morrison, W. A. Vascularisation to improve translational potential of tissue engineering systems for cardiac repair. Int J Biochem Cell Biol. 56, 38-46 (2014).
- Lesman, A., Koffler, J., Atlas, R., Blinder, Y. J., Kam, Z., Levenberg, S. Engineering vessel-like networks within multicellular fibrin-based constructs. Biomaterials. 32 (31), 7856-7869 (2011).
- Hussey, A. J., et al. Seeding of pancreatic islets into prevascularized tissue engineering chambers. Tissue Eng Part A. 15 (12), 3823-3833 (2009).
- Chen, X., Aledia, A. S., Popson, S. A., Him, L., Hughes, C. C., George, S. C. Rapid anastomosis of endothelial progenitor cell-derived vessels with host vasculature is promoted by a high density of cotransplanted fibroblasts. Tissue Eng Part A. 16 (2), 585-594 (2010).
- Lin, R. Z., Melero-Martin, J. M. Fibroblast growth factor-2 facilitates rapid anastomosis formation between bioengineered human vascular networks and living vasculature. Methods. 56 (3), 440-451 (2012).
- Dolderer, J. H., et al. Spontaneous large volume adipose tissue generation from a vascularized pedicled fat flap inside a chamber space. Tissue Eng. 13 (4), 673-681 (2007).
- Wei, F. C., Lin Tay, S. K., Neligan, P. C., Gurtner, G. C. Principles and techniques of microvascular surgery. Plastic Surgery. Volume 1. , 587-620 (2013).
- Sekine, H., et al. In vitro fabrication of functional three-dimensional tissues with perfusable blood vessels. Nat.Comm. 4 (1399), 1-10 (2013).
- Lim, S. Y., Sivakumaran, P., Crombie, D. E., Dusting, G. J., Pébay, A., Dilley, R. J. Trichostatin A enhances differentiation of human induced pluripotent stem cells to cardiogenic cells for cardiac tissue engineering. Stem Cells Transl Med. 2 (9), 715-725 (2013).
- Lim, S. Y., et al. In vivo tissue engineering chamber supports human induced pluripotent stem cell survival and rapid differentiation. Biochem Biophys Res Commun. 422 (1), 75-79 (2012).
- Piao, Y., Hung, S. S., Lim, S. Y., Wong, R. C., Ko, M. S. Efficient generation of integration-free human induced pluripotent stem cells from keratinocytes by simple transfection of episomal vectors. Stem Cells Transl Med. 3 (7), 787-791 (2014).
