Bir ıntrinsic Vaskülarizasyon tarafından Doku Mühendisliği<em> İn Vivo</em> Doku Mühendisliği Odası
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
rekonstrüktif cerrahi olarak, başka bir karmaşık, pahalı ve ticari bir kusur, otolog yeniden geçerli yöntemlere alternatif için klinik bir ihtiyaç vardır. Doku mühendisliği bu artan talebi karşılamak için umut vaat ediyor. Ancak, çoğu doku mühendisliği stratejileri nedeniyle zayıf vaskülarizasyon kararlı ve işlevsel doku yerine geçen oluşturmak için başarısız. Bu kağıt bir perfüze arter ve ven ya bir arteriovenöz döngü veya bir akış pedikül yapılandırması olarak korunan bir oyuk odasının içine yönlendirilir içsel vaskülarizasyon in vivo doku mühendisliği odası modeli üzerinde duruluyor. Bu bölme tabanlı sistemde anjiyogenik filizlenme arteriyovenöz gemilerden oluşuyor ve bu sistem yavaş yavaş fibro-damar dokusu ile oda boşluğu doldurur tahrik iskemik ve inflamatuar endojen hücre göçü çekiyor. Eksojen hücre / bölme yapımı sırasında matriks implantasyon hücre sur artırırVival geliştirmek ve mühendislik doku özgüllüğünü belirler. Çalışmalarımız Bu bölme modeli başarıyla bu yağ, kalp kası, karaciğer ve diğer farklı dokular üretmek göstermiştir. Bununla birlikte, modifikasyon ve iyileştirmeler formasyonu istikrarlı ve tekrar üretilebilir, hedef doku sağlamak için gereklidir. Bu makalede, in vivo olarak iki farklı vaskülarize doku mühendisliği odası modelleri imalatı için standart bir protokol tanımlamaktadır.
Introduction
Rejeneratif tıpta ortaya çıkan bir paradigma, bir doku mühendisliği yaklaşımı kullanılarak fonksiyonel vaskülarize doku olduğunu imalatı. 1,2 Birçok yaklaşımlar yaralı doku veya kusurlu organların değiştirilmesi için yeni ve sağlıklı doku mühendisi, 3-6 deneysel küçük hayvan modelleri ile geliştirilmiştir umut verici bir klinik potansiyeli. 7,8 Ancak, damarlanma klinik olarak anlamlı büyüklükte dokuları büyümeye potansiyelini sınırlayan doku mühendisliği için büyük zorluklardan biri olmaya devam ediyor. 9
Güncel yaklaşımlar yeni gemiler alıcı vasküler yataktan büyüdüğü bir dışsal yolu ya izleyin doku vaskülarize ve implant doku 10 veya damar büyür ve yeni gelişen doku ile uyum içinde genişleyen bir içsel vaskülarizasyon yolu yapıları boyunca işgal etmeye. 11 dışsal yaklaşım geleneksel olarak, bir yapı iskelesi üzerinde tohumlama hücreleri kapsarin vitro ve besinler, önceden kültür medya tarafından verilen beklentisi ile yaşayan hayvana tam yapı yerleştirilmesi de, damar büyümesi çok yavaş ve sadece çok ince implantlar (as 12,13 kavram basittir. dolaşımdan kaynaklanan <edilecek 1-2 mm kalınlığında) canlı kalacaktır. Yeterli ve hızlı damarlanma yoluyla besin ve oksijen sağlayan kemik, kas, yağ ve katı organları gibi daha karmaşık ve daha büyük doku mühendisliği yerine geçen büyümek için herhangi bir başarılı girişimleri kalbidir. 14,15 İçsel vaskülarizasyon için potansiyel sunmaktadır daha büyük yapılar genişleyen kan akımı ile orantılı ilerleyici doku büyümesi geliştirmektir. Bir tasarım ile ya da bir hücre numaralı seribaşı iskele olmadan vasküler pedikül bir odasına in vivo implantasyon olduğunu. Bu kalın özünde vaskülarize dokuların üretimi için yeni yöntemlere yol açmıştır 5,6. 16,17 </ P>
Daha yakın zamanlarda, stratejiler İmplantasyondan önce doku greftleri,-vaskülarize ön geliştirilmiştir. Bu anonim kan damarı ağları nakledilen kalın doku grefti tüm parçaları hayatta geliştirmek için bir tam kan kaynağının hızlı sağlanması için izin implantasyon konakçı gemileri ile birleşmek amaçlanmıştır. 18
Bir perfüze vasküler pedikül ve hücre-ihtiva eden biyo materyaller ihtiva eden bir deri altından implante yarı sert kapalı bölme içeren küçük hayvanlarda in vivo vaskülarize doku mühendisliği modeli öncülük etmiştir. Odacık implante gemilerin anjiyojenik filizlenme uyaran bir iskemik bir ortam oluşturur. 3 damar pedikül bir yeniden arteriovenöz döngü veya sağlam bir akış arter ve ven olabilir ya. 3-6,19 Bu damar pedikül filizleri işleyen ve kapsamlı arterden Her iki sanatta bağlantılar -capillary-venöz ağeriole ve venöz vasküler pedikül ile sona erer. 3,20 Dahası, çevredeki boş destek odası vaskülarizasyon geliştirmek için. 3,21,22 damar pedikül sadece içine implante ise potansiyel olarak mekanik kuvvetleri deforme gelişen dokuları korur ve iskemik sürücü uzatır normal doku ve odasının korumalı alanı içinde, anjiyojenik filizlenme normal yara ve pedikül etrafında birikir yeni doku olarak aynı zaman çizelgesi boyunca durur. Araştırmacılar ve klinik olarak önemli büyüklükte destek damar üç boyutlu fonksiyonel vaskülarize doku yapıları üretmek için bu in vivo konfigürasyonu kullanmaktadır. 4,23 Bunun yanında bozulmamış vasküler pedikül tasarlayıp vaskülarize doku yapıları yaralanma yerinde daha sonra transplantasyon için hasat edilebilir . bir klinik olarak daha uygun senaryo yeniden s için kesin yerinde odasını oluşturmak olacaktır 24,25meme olarak uch. Bu nedenle, bu de novo doku mühendisliği yaklaşımıyla rekonstrüktif cerrahi için işlevsel bir hedef doku, yeni bir kaynak sağlamak için klinik bir potansiyele sahip olabilir. 26-28
Aşağıdaki protokol, farklı hayvan modellerinde uyarlanmış ve anjiyojenez, matriks üretim ve hücre göçü ve farklılaşmasının karmaşık işlemlerini incelemek için kullanılabilir olabilir sıçan, bir in vivo vaskülarize doku mühendisliği bölmeyi oluşturmak için genel bir kılavuz sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
mikrosirkülasyonun Mühendislik anda iki yaklaşımlarla esasen araştırılmaktadır. Implante edildiğinde, böylece ilk konak vasküler yataktan kılcal damarlar olanlar ile bağlantı, in vitro yapı içinde son derece birbirine damar ağı geliştirme içerir ve böylece besinlerin teslimat sağlanması, bir süreç olarak adlandırılan kaynaştırma yoluyla inşa nakledilen sadece çevresine değil Ayrıca, çekirdek. 21,32,33 Bu ön-vaskülarizasyon olarak adlandırılır. Bu kılcal filizle…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NHMRC ve Stafford Fox Tıp Vakfı hibe finansmanı tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Sue McKay, Liliana Pepe, Anna Deftereos ve Deneysel Tıp Amanda Rixon ve Cerrahi Ünitesi, St. Vincent Hastanesi, Melbourne cerrahi yardım kabul. Destek ayrıca Yenilik, Sanayi Victoria Eyalet Hükümeti'nin Bakanlığı ve Bölgesel Kalkınma Operasyonel Altyapı Destek Programı tarafından sağlanmaktadır.
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).
