جلد كامل عيب نموذج في تقييم الأوعية الدموية من الحيوية<em> في فيفو</em
Summary
الأوعية الدموية هي مفتاح النهج في هندسة الأنسجة ناجحة. ولذلك، هناك حاجة إلى تقنيات موثوقة لتقييم تطوير شبكات الأوعية الدموية في الأنسجة يبني. هنا نقدم طريقة بسيطة وفعالة من حيث التكلفة لتصور وقياس الأوعية الدموية في الجسم الحي.
Abstract
يعتبر الأوعية الدموية كافية ليكون واحدا من العوامل الرئيسية التي تحد من النجاح السريري ليبني الأنسجة المهندسة. من أجل تقييم استراتيجيات جديدة تهدف إلى تحسين الأوعية الدموية، يطلب من وسائل موثوق بها لجعل في نمو أوعية دموية جديدة في السقالات الحيوية الاصطناعي مرئية وقياس النتائج. على مدى العامين الماضيين، وقد أدخلت مجموعتنا نموذجا عيب الجلد الكامل تمكن رؤية مباشرة من الأوعية الدموية التي تضوء ويوفر إمكانية القياس الكمي من خلال تجزئة الرقمية. في هذا النموذج، واحدة يخلق جراحيا عيوب البشرة الكاملة في الجزء الخلفي من الفئران ويحل لهم المواد التي تم اختبارها. ويمكن أيضا أن يدرج جزيئات أو خلايا من الاهتمام في هذه المواد لدراسة آثارها المحتملة. بعد وقت الملاحظة من اختيار المرء، وexplanted المواد للتقييم. توفر الجروح الثنائية إمكانية إجراء المقارنات الداخلية التقليل في القطع الأثرية بين الأفراد وكذلك انخفاض عدد الحيوانات اللازمة للدراسة. بالمقارنة مع المناهج الأخرى، أسلوبنا يقدم، تحليل الفعال بسيط يمكن الاعتماد عليها والتكلفة. قمنا بتنفيذ هذا النموذج كأداة روتينية لأداء عالية الدقة عند اختبار فحص الأوعية الدموية من المواد الحيوية المختلفة وتفعيل النهج الحيوي.
Introduction
في العقود الأخيرة، فتحت هندسة الأنسجة تصل خيار علاجي جديد ليحل محل عيوب الأنسجة مع خلايا الجسم نفسه 1. من أجل دعم العملية الفسيولوجية لتجديد الأنسجة، فقد تم تصميم السقالات كبنية قابلة للتحلل، التي توفر سيناريو حيث الخلايا من السرير الجرح يمكن أن تنمو واستعادة الخلل 2،3.
يعتبر الأوعية الدموية كافية لتكون العقبة الرئيسية التي تتولى إعادة اختراق السريري السقالات bioartificial 4. مع نشوب الخلايا، فإن الطلب على المواد الغذائية وزيادة الأكسجين والأوعية الدموية من المواد يصبح أساسيا. بالتالي يمكن عدم كفاية أو تأخير الأوعية الدموية يؤدي إلى نخر المركزي للمنتجات الأنسجة المهندسة 5. بالإضافة إلى ذلك، توفر خلايا الأوعية الدموية المختصة المناعة وإزالة المخلفات الأيضية في منطقة تجديد. معدلات الإصابة العالية والمنخفضة ليست سوى تجديدبعض من مغبة عدم كفاية التروية الدموية لوحظ في هندسة الأنسجة، والتي تهدف إلى تجنبها من خلال زيادة الأوعية الدموية من السقالات 6،7.
العديد من الاستراتيجيات التي تهدف إلى تحسين الأوعية الدموية التركيز على الدور الرئيسي للمادة بيولوجية نفسها والمجهرية من السقالة. هناك جهود بحثية مكثفة لتطوير مناهج جديدة في تحويل عملية الشفاء من إصلاح إلى تجديد، وبالتالي (إعادة) توليد الأنسجة مع أقرب الخصائص الفسيولوجية للواحد لاستعادة 8،9. وتضمنت المواد الحيوية التي تم دراستها وتقييمها فيما يتعلق إمكاناتهم التجدد الكولاجين، الفيبرين، الشيتوزان والجينات 10،11. هذه المواد الحيوية يمكن استخدامها ودمجها باعتبارها العمود الفقري لبناء السقالات جديدة باستخدام استراتيجيات مختلفة مثل decellularization الأنسجة، والتجميع الذاتي، النماذج الأولية السريعة وelectrospinning 12. من أجل ENHتعصب قدرة الجسم على التجدد الخاصة، يمكن bioactivated السقالات. إدراج النمو عائية المؤتلف 13 أو عوامل الجينات ناقلات ترميز لهذه العوامل فقد أظهرت 14 إلى تحسين الأوعية الدموية من السقالة. استخدام الخلايا الجذعية على نطاق واسع وقد تبين أن تكون استراتيجية واعدة لتحسين الأوعية الدموية، حيث اكتسبت خلايا انسجة الوسيطة والخلايا البطانية السلف بأكبر قدر من الاهتمام 15،16. مناهج أخرى تحاول بناء بنيات التي تحتوي على شبكات سفينة الجاهزة المسبقة لزرع 17. على الرغم من الجهود المكثفة في تصميم سقالة والتنشيط الحيوي، وتوجد استراتيجية تحسنت الأوعية الدموية على مستوى كبير سريريا، وباستثناء استبدال الجلد في حروق هائلة، وترجمة مواد الهندسة البيولوجية في روتين السريرية يجري فقط بتردد 18 .
واحد من الأسباب التي تجعل الأوعية الدمويةمن يبني أنسجة اصطناعية لا يزال مشكلة لم تحل بعد، هو صعوبة لتقييم مدى نجاح تكنولوجيات جديدة في النهج في الجسم الحي. على الرغم من أن التجارب في المختبر يمكن أن توفر معلومات هامة من إمكانات الأوعية الدموية السقالات، يطلب من النماذج الحيوانية المناسبة لدراسة المعايير الأساسية مثل توافق مع الحياة من المواد، وسلامة وفعالية العلاج و، أهمية خاصة، والأوعية الدموية في الأنسجة بناء. لذا، أدوات موثوقة لتصور وقياس شبكات الأوعية الدموية في الجسم الحي ضرورية.
في هذه الدراسة نقدم طريقة بسيطة وموثوق بها التي تسمح التصور وتقدير من شبكة الأوعية الدموية داخل السقالات explanted. ويستند هذا الأسلوب على تضوء الأنسجة وتجزئة الرقمية. لأن هذا الأسلوب هو غير الغازية، لأنها تتيح المزيد من التحليلات الجزيئية والنسيجية من المواد المستهدفة.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك حاجة إلى إنشاء النهج الناجحة في تحسين التروية الدموية في الأنسجة المهندسة ويبني، الذي يطالب تطوير طرق موثوقة جديدة لدراسة العمليات الحيوية داخل الأوعية الدموية. الطرق الشائعة لصنع سقالة الأوعية الدموية مرئية خارج الحي تشمل استخدام المجهر، والذي يوفر أدا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقدمت انتيغرا قالب الجلد تجديد تفضلت انتيغرا علوم الحياة مؤسسة. مصادر الأموال التي تدعم العمل: هذا العمل تم تمويله جزئيا من قبل جائزة CIRM-BMBF المبكر بالحركة الثانية ومركز FONDAP لتنظيم الجينوم على حد سواء لJTE (العدد 15090007).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Ethilon P-3 13 mm 3/8 circle 5-0 | Ethicon, Norderstedt, Germany | 698G | Ethilon polyamid-6 precision point-reverse cutting suture |
| Biopsy punches (10 mm) | Xiomedics, Acuderm inc., Fort Lauderdale, FL, USA | P1050 | |
| Biopsy punches (12 mm) | Xiomedics, Acuderm inc., Fort Lauderdale, FL, USA | P1250 | |
| Digital camera | Ricoh, Hannover, Germany | Cx1 | |
| Gazin Mullkompresse | Lohmann und Rauscher, Neuwied, Germany | 13622 | Sterile gauze (10 cm x 10 cm) |
| Double-layer collagen-based scaffold (8 'x 10') | Integra Life Science Corporation, Plainsboro, NJ, USA | 88101 | |
| Isoflurane, liquid-gas for inhalative anesthesia | Baxter, Unterschleissheim, Germany | 100196040 | |
| Pentobarbital, 16 g / 100 ml | Fa. Merial, Hallbergmoos | ||
| Nuri Nu/Nu Nude mice, CrLNU-Foxn1nu | Charles River, Sulzfeld, Germany | Strain code 088 | Athymic nude mice, 6 to 8 weeks of age and with a body weight between 20 to 25 g |
| Buprenorphine (0.3 mg/ml) | Essex Pharma GmbH, Munich, Germany | ||
| Titanized mesh (15 cm x 15 cm), extralight | PFM Medical AG, Köln, Germany | 6000029 | |
| Tissucol Duo S Immuno 2 ml | Baxter Germany GmbH, Unterschleißheim, Germany | B1332020110614 | Fibrin-thrombin solution |
| Transparent adhesove drape (30.5 cm x 26 cm) | KCI Medical Products, Wimborne Dorset, UK | M6275009/10 |
References
- Rahaman, M. N., Mao, J. J. Stem cell-based composite tissue constructs for regenerative medicine. Biotechnology and Bioengineering. 91 (3), 261-284 (2005).
- Lutolf, M. P., Hubbell, J. A. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nature Biotechnology. 23, 47-55 (2005).
- Machens, H. G., Berger, A. C., Mailaender, P. Bioartificial skin. Cells Tissues Organs. 167, 88-94 (2000).
- Priya, S. G., Jungvid, H., Kumar, A. Skin tissue engineering for tissue repair and regeneration. Tissue Engineering Part B: Reviews. 14, 105-118 (2008).
- Papavasiliou, G., Cheng, M. H., Brey, E. M. Strategies for vascularization of polymer scaffolds. Journal of Investigative Medicine. 58 (7), 838-844 (2010).
- Laschke, M. W., et al. Angiogenesis in tissue engineering: breathing life into constructed tissue substitutes. Tissue Engineering. 12, 2093-2104 (2006).
- Zhong, S. P., Zhang, Y. Z., Lim, C. T. Tissue scaffolds for skin wound healing and dermal reconstruction. Wiley Interdisciplinary Reviews Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2 (5), 510-525 (2010).
- Liu, G., Zhang, Y., Liu, B., Sun, J., Li, W., Cui, L. Bone regeneration in a canine cranial model using allogeneic adipose derived stem cells and coral scaffold. Biomaterials. 34 (11), 2655-2664 (2013).
- Hansson, A., Di Francesco, T., Falson, F., Rousselle, P., Jordan, O., Borchard, G. Preparation and evaluation of nanoparticles for directed tissue engineering. International Journal of Pharmaceutics. 439 (1-2), 73-80 (2012).
- Sarkar, S. D., Farrugia, B. L., Dargaville, T. R., Dhara, S. Chitosan-collagen scaffolds with nano/microfibrous architecture for skin tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 18, (2013).
- Wang, X., et al. The roles of knitted mesh-reinforced collagen-chitosan hybrid scaffold in the one-step repair of full-thickness skin defects in rats. Acta Biomaterials. 9 (8), 7822-7832 (2013).
- Rizzi, S. C., Upton, Z., Bott, K., Dargaville, T. R. Recent advances in dermal wound healing: biomedical device approaches. Expert Review of Medical Devices. 1, 143-154 (2010).
- des Rieux, A., et al. 3D systems delivering VEGF to promote angiogenesis for tissue engineering. Journal of Controlled Release. 150, 272-278 (2011).
- Reckhenrich, A. K., et al. Bioactivation of dermal scaffolds with a non-viral copolymer-protected gene vector. Biomaterials. 32, 1996-2003 (2011).
- Chen, J., et al. The Key Regulatory Roles of the PI3K/Akt Signaling Pathway in the Functionalities of Mesenchymal Stem Cells and Applications in Tissue Regeneration. Tissue Engineering Part B Rev. 19, 516-528 (2013).
- Fedorovich, N. E., et al. The role of endothelial progenitor cells in prevascularized bone tissue engineering: development of heterogenous constructs. Tissue Engineering Part A. 16 (7), 2355-2367 (2010).
- Wang, L., et al. Osteogenesis and angiogenesis of tissue-engineered bone constructed by prevascularized β-tricalcium phosphate scaffold and mesenchymal stem cells. Biomaterials. 36, 9452-9461 (2010).
- Cuadra, A., et al. Functional results of burned hands treated with Integra. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 65 (2), 228-234 (2012).
- Wilcke, I., et al. VEGF(165) and bFGF protein-based therapy in a slow release system to improve angiogenesis in a bioartificial dermal substitute in vitro and in vivo. Langenbecks Arch Surg. 392 (3), 305-314 (2007).
- Condurache, A., Aach, T., Grzybowsky, S., Machens, H. G. Vessel segmentation and analysis in laboratory skin transplant micro-angiograms. Proceedings of the Eighteenth IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems. , 21-26 (2005).
- Danner, S., et al. The use of human sweat gland-derived stem cells for enhancing vascularization during dermal regeneration. Journal of Investigative Dermatology. 132 (6), 1707-1716 (2012).
- Shaterian, A., et al. Real Time Analysis of the Kinetics of Angiogenesis and Vascular Permeability in an Animal Model of Wound Healing. Burns. 35 (6), 811-817 (2009).
- McDonald, D. M., Choyke, P. L. Imaging of angiogenesis: from microscope to clinic. Nature Medicine. 9 (6), 713-725 (2003).
- Bergeron, L., Tang, M., Morris, S. F. A review of vascular injection techniques for the study of perforator flaps. Plastic and Reconstructive Surgery. 117, 2050-2057 (2006).
- Schlatter, P., König, M. F., Karlsson, L. M., Burri, P. H. Quantitative study of intussusceptive capillary growth in the chorioallantoic membrane (CAM) of the chicken embryo. Microvascular Research. 54 (1), 65-73 (1997).
- Lehr, H. A., Leunig, M., Menger, M. D., Nolte, D., Messmer, K. Dorsal skinfold chamber technique for intravital microscopy in nude mice. American Journal of Pathology. 143 (4), 1055-1062 (1993).
- Menger, M. D., Jäger, S., Walter, P., Hammersen, F., Messmer, K. A novel technique for studies on the microvasculature of transplanted islets of Langerhans in vivo. International journal of microcirculation, clinical and experimental. 9 (1), 103-117 (1990).
- Laschke, M. W., et al. Three-dimensional spheroids of adipose-derived mesenchymal stem cells are potent initiators of blood vessel formation in porous polyurethane scaffolds. Acta Biomaterials. 9 (6), 6876-6884 (2013).
- Egaña, J. T., et al. Use of human mesenchymal cells to improve vascularization in a mouse model for scaffold-based dermal regeneration. Tissue Eng Part A. 15 (5), 1191-1200 (2009).
- Condurache, A., Aach, T. Vessel segmentation in angiograms using hysteresis thresholding. Proceedings of the Ninth IAPR Conference on Machine Vision Applications. , 269-272 (2005).
- Egaña, J. T., et al. Ex vivo method to visualize and quantify vascular networks in native and tissue engineered skin. Langenbecks Archives of Surgery. 394, 349-356 (2009).
