Una pelle piena Difetto modello per valutare Vascolarizzazione di Biomateriali<em> In Vivo</em
Summary
Vascolarizzazione è la chiave per approcci in ingegneria dei tessuti successo. Pertanto, tecnologie affidabili sono necessari per valutare lo sviluppo di reti vascolari in tessuto-costrutti. Qui vi presentiamo un metodo semplice e conveniente per visualizzare e quantificare vascolarizzazione in vivo.
Abstract
Vascolarizzazione insufficiente è considerata uno dei principali fattori limitanti il successo clinico di costrutti tissutale. Al fine di valutare nuove strategie che mirano a migliorare la vascolarizzazione, metodi affidabili sono tenuti ad effettuare la in-crescita di nuovi vasi sanguigni in impalcature visibili bio-artificiale e quantificare i risultati. Negli ultimi due anni, il nostro gruppo ha introdotto un modello di difetto completo della pelle che consente la visualizzazione diretta dei vasi sanguigni da parte transilluminazione e fornisce la possibilità di quantificazione attraverso la segmentazione digitale. In questo modello, si crea chirurgicamente difetti pieni di pelle nella parte posteriore di topi e li sostituisce con il materiale testato. Molecole o cellule di interesse possono anche essere incorporati in tale materiale, per studiare il loro effetto potenziale. Dopo un periodo di osservazione di uno di propria scelta, i materiali vengono espiantati per la valutazione. Ferite bilaterali offrono la possibilità di fare confronti interni tha minimizzare gli artefatti tra individui nonché di diminuire il numero di animali necessari per lo studio. In confronto ad altri approcci, il nostro metodo offre una semplice, efficace analisi affidabile ed economica. Abbiamo implementato questo modello come strumento di routine per eseguire lo screening ad alta risoluzione durante il test vascolarizzazione di diversi biomateriali e approcci bio-attivazione.
Introduction
Negli ultimi decenni, l'ingegneria dei tessuti ha aperto una nuova opzione terapeutica per sostituire difetti del tessuto con le cellule del corpo 1. Al fine di sostenere il processo fisiologico di rigenerazione tissutale, ponteggi sono progettati come una struttura biodegradabile, che fornisce uno scenario in cui le cellule dal letto della ferita possono crescere e ripristinare il difetto 2,3.
Vascolarizzazione insufficiente è considerata il principale ostacolo, che trattiene la svolta clinico di scaffold bioartificiali 4. Con la ricrescita delle cellule, la domanda di sostanze nutritive e di ossigeno aumenta e vascolarizzazione del materiale diventa essenziale. Vascolarizzazione insufficiente o ritardato può quindi portare a necrosi centrale dei prodotti dell'ingegneria tissutale 5. Inoltre, i vasi sanguigni forniscono le cellule immunocompetenti e rimuovere i residui metabolici nella zona rigenerante. Gli alti tassi di infezione e la bassa rigenerazione sono soloalcune delle conseguenze di una insufficiente perfusione sanguigna osservato in ingegneria dei tessuti, che mirano ad essere evitato aumentando la vascolarizzazione dei ponteggi 6,7.
Diverse strategie che mirano a migliorare la vascolarizzazione attenzione sul ruolo chiave del biomateriale stesso e la microstruttura del patibolo. Ci sono sforzi di ricerca intensivi per sviluppare nuovi approcci nello spostare il processo di guarigione dalla riparazione alla rigenerazione, quindi (ri) generazione di un tessuto con le proprietà fisiologiche più vicino a quello da ristrutturare 8,9. Biomateriali che sono stati studiati e valutati con riferimento al loro potenziale rigenerativo inclusi collagene, fibrina, chitosano e alginato 10,11. Questi biomateriali possono essere utilizzati e combinati come una spina dorsale per la costruzione di nuove impalcature utilizzando diverse strategie come decellularization tessuto, auto-assemblaggio, prototipazione rapida e elettrospinning 12. Per ENHANCE propria capacità rigenerativa del corpo, ponteggi possono essere bioattivato. L'incorporazione di crescita angiogenico ricombinante fattori di 13 o vettori di geni che codificano per fattori 14 ha dimostrato di migliorare la vascolarizzazione del patibolo. L'uso di cellule staminali è stato ampiamente dimostrato di essere una strategia promettente per migliorare la vascolarizzazione, dove le cellule stromali mesenchimali e le cellule progenitrici endoteliali hanno guadagnato più attenzione 15,16. Altri approcci tentano di costruire costrutti che contengono le reti dei vasi prefabbricati prima del trapianto 17. Nonostante intensi sforzi nella progettazione patibolo e la loro bio-attivazione, nessuna strategia è migliorata vascolarizzazione a livello clinicamente significativo e, con l'eccezione di sostituzioni dermici in massicce ustioni, la traduzione di materiali bioengineered nella routine clinica si sta solo posto esitante 18 .
Una delle ragioni per cui vascolarizzazionedi costrutti di tessuto artificiale è ancora un problema irrisolto, è la difficoltà di valutare il successo delle nuove tecnologie negli approcci in vivo. Anche se gli esperimenti in vitro possono fornire importanti intuizioni del potenziale vascolarizzazione di ponteggi, modelli animali appropriati sono tenuti a studiare i parametri chiave quali la biocompatibilità del materiale, la sicurezza e l'efficacia del trattamento e, di particolare importanza, la vascolarizzazione del tessuto costruire. Pertanto, strumenti affidabili per visualizzare e quantificare le reti dei vasi sanguigni in vivo sono essenziali.
In questo studio presentiamo un metodo semplice e affidabile che permette la visualizzazione e la quantificazione della rete vascolare all'interno ponteggi espiantati. Questo metodo si basa sulla transilluminazione tessuto e segmentazione digitale. Poiché questo metodo è non invasivo, permette ulteriori analisi molecolari e istologiche del materiale bersaglio.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi è la necessità di stabilire approcci di successo nel migliorare la perfusione sanguigna in ingegneria tessutale costrutti, che richiede lo sviluppo di nuovi metodi affidabili per studiare i processi di vascolarizzazione all'interno dei biomateriali. Metodi comuni per la preparazione di scaffold vascolarizzazione ex vivo visibile includono l'uso della microscopia, che fornisce uno strumento ad alta risoluzione. Nella maggior parte dei casi, però, questo metodo è limitato all'analisi di piccole…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Integra modello di rigenerazione dermica è stato gentilmente fornito da Integra LifeSciences Corporation. Fonti di fondi a sostegno del lavoro: Questo lavoro è stato parzialmente finanziato dal CIRM-BMBF precoce II Premio traslazionale e il Centro FONDAP per la regolazione del genoma sia per JTE (Nr 15.090.007.).
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 |
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