3D Baskılı Kılavuzları ve Halka İstifleme Yöntemiyle Engineered Vasküler Greft ölçeklendirme
Summary
Ölçeklenebilir mühendislik kan damarları klinik uygulanabilirliğini artıracaktır. Kolayca büyükçe 3D baskılı kılavuzları kullanarak, damar düz kas halkaları oluşturulan ve bir damar grefti oluşturan, boru şeklinde bir forma yığılmış. Greftler sadece 3D baskılı kılavuz boyutunu değiştirerek insan koroner arter boyutları aralığını karşılamak için büyüklükte olabilir.
Abstract
Koroner arter hastalığı milyonlarca Amerikalıya etki, ölüm önde gelen nedenidir. Mevcut otolog vasküler greft eksikliği ile mühendislik greftler hasta tedavisi için büyük bir potansiyel sunmaktadır. Ancak, mühendislik vasküler greftler genellikle kolayca ölçeklenebilir değildir, bir zaman alıcı ve masraflı uygulama oluşturan, farklı boyutlarda özelleştirmek için özel kalıplar veya polimer tüplerin imalatını gerektirir. İnsan arterler yaklaşık 2,0-38 mm ve yaklaşık 0.5-2.5 mm et kalınlığında lümen çapı değişir. Biz bir yöntem yarattık, istenilen hücre tipi doku değişken boyutu yüzük, damar düz kas hücreleri ile Burada gösterilen hangi "Halka İstifleme Metodu," (SMC'lere) olarak adlandırılan, lümen çapı kontrol etmek için merkez mesajların kılavuzları kullanılarak oluşturulabilir ve dış kabukları damar duvar kalınlığı dikte etmek. Bu doku halkaları, sonra bir kan damarının doğal formunu taklit eden, boru şeklinde bir yapı oluşturmak için dizilir. damar uzunluğu olabilir be sadece gerekli uzunlukta teşkil gereken çalma sayısını istifleme uyarlanmış. Bu teknik ile, bir kan damarı benzer boru şeklinde, dokular kolaylıkla klinik ve hastanın gereksinimlerini karşılamak için boyut ve uzunlukları çeşitli imal edilebilir.
Introduction
koroner arter hastalığının (CAD) tedavisinde, hastanın kendi kan damarları bypass greft malzeme olarak toplanır. Ancak, çoğu zaman, hastalar kendilerine bağış uygulanabilir damarları yoktur ve yaptıkları durumlarda, donör saha hatırı sayılır ek zarar ve enfeksiyon için ciddi bir risk vardır. 1 Engineered vasküler greft bu ihtiyacı doldurmak olabilir. Ölçeklenebilirlik hasta damar boyutu gereksinimleri geniş karşılamak amacıyla mühendislik gemiler için büyük önem taşımaktadır. Ancak, mühendislik gemiler için mevcut yöntemler kolayca ölçeklenebilir değildir ve genellikle karmaşık kalıp ya da polimer iskelelerinin yeniden üretmeyin gerektirir. En greft vasküler fibroblastlar, düz kas, veya endotelyal hücre tohumlanır bir polimer boru şekilli iskele kullanılması da tasarlanmıştır; veya bir mandrel etrafında bir hücre tabakasını haddeleme bir doku tüpü oluşturmak için. Klinik çalışmalarda iki tasarlanmış vasküler greftler decellularize dayanmaktadırd polimer ECM platformu. Vasküler tedavisinde kullanılmak için uygun, 2, 3, 4 Polimer greft önce sürekli bir polimer mevcudiyetinde, bir aşı uzun süreli uygulaması ile önemli bir sorun olarak ortaya çıkabilecek açıklık ile ilgili sorunlar, sahip oldukları bilinmektedir. Boru kalıplar işlemleri çeşitli boyutlarda gemileri üretmek için özel kalıplar için ek bir tasarım ve takım imalat gerektirmektedir 13 olan tam hücresel damarları, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, imal etmek için kullanılmıştır .
Burada açıklanan yöntem kolayca ölçeklenebilir mühendislik vasküler oluşturmak için yeni bir teknik kapsarözelleştirilebilir 3D baskılı ekler ve geleneksel kültür plakaları kullanılarak greft. 14 Hücreler merkezi bir mesaj ve dış kabuk ekler ile levhaları içerisine ekilirler. son kontroller çapı lümen ve hücre tek tabaka dokusunun bir halka içine kendini monte sağlar. dış halka kabuk kontrolleri kalınlığı ve son geminin böylece duvar kalınlığı. Tamamlanan doku halkaları daha sonra bir boru şeklinde, damar greft oluşturmak üzere dizilir. Bu yöntemin avantajı, "halkası İstifleme Yöntemi" olarak adlandırılan bir yapışık hücre tipi, basit değiştirme kılavuzu uçlar ile üretilebilir bir plaka ortamında ve doku halkaları ya da arzu edilen bir uygulama için gerekli olan herhangi bir boyut tüplere tohumlanır edilebilmesidir. Doku doku mühendisliği yaratma halkaları Karşılaştırmalı teknikler istenen her boyutu için kalıpların yeniden üretmeyin gerektiren ölçek, 15, 16 zor kalır. Buna ek olarak, vasküler greft elde edilebilir, bu yöntem kullanılarak yapılabilecek2-3 hafta içinde d birkaç hafta daha hızlı diğer mühendislik gemilere oranla. 6 klinikte için, bu kez fark bir kötüleşen hastanın tedavisinde önemli bir fark yaratabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Halka İstifleme Metodu mevcut vasküler doku mühendisliği yapı teknikleri üzerinde birden fazla avantaj sunuyor. RSM sadece yazılan ve dış kabuk boyutları özelleştirerek her boyutta insan damarları oluşturmak için adapte edilebilir. Bizim yöntemi, yalnızca insan hücreleri ve hızla vücudun doğal yara iyileşme sürecine bulundu destek malzemesi aşağılayıcı oluşan polimer serbest mühendislik damarların gelişimi için izin verir. Polimer greft klinikte restenoz neden olduğu bilinmektedir ve m?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar histoloji ve hücre kültürü ile bazı kendi tür yardım için adam Lam laboratuvar meslektaşları Ammar Çişti ve Bijal Patel teşekkür etmek istiyorum. Fonlama Wayne State University Nanotıp Bursu (CBP) tarafından sağlandı, Start-Up Fonlar ve Kardiyovasküler Araştırma Enstitüsü Tohum Hibe (MTL).
Materials
| Human Aortic Smooth Muscle Cells | ATCC | PCS-100-012 | vascular smooth muscle cells |
| Medium 231 | Gibco (Life Technologies | M-231-500 | media specific to vascular smooth muscle cells |
| Human Aortic Smooth Muscle Cell Growth Kit | ATCC | PSC-100-042 | growth factors for maintaining vascular smooth muscle cell viability |
| Replicator Mini 3D printer | MakerBot | N/A | 3D printer |
| Poly(lactic acid) 3D ink (PLA) | MakerBot | N/A | 3D printer filament |
| Poly(dimethlysiloxane) (PDMS) | Ellworth Adhesives | 3097358-1004 | polymer for gluing plate parts |
| Fibrinogen | Hyclone Labratories, Inc. | SH30256.01 | fibrin gel component |
| Thrombin | Sigma Life Sciences | F3879-5G | fibrin gel component |
| Tranforming Growth Factor-Beta 1 | PeproTech | 100-21 | growth factor for stimulating collagen production |
| Hemocytometer | Hausser Scientific Co. | 3200 | for cell counting |
| Polycarbonate tubing | US Plastics | PCTUB1.750X1.625 | material for making tall, ring stacking plates |
| Polycarbonate sheet | Home Depot | 409497 | material for making tall, ring stacking plates |
| Adhesive polymer solvent | SCIGRIP | 10799 | material for making tall, ring stacking plates |
| Instron 5940 | Instron | N/A | tensile testing machine |
| U-Stretch | Cell Scale | N/A | tensile testing machine |
| Smooth Muscle Actin | MA5-11547 | Thermo Fisher | antibody |
| Tropomyosin | MA5-11783 | Thermo Fisher | antibody |
References
- Luciani, G. B., et al. Operative risk and outcome of surgery in adults with congenital valve disease. ASAIO J. 54 (5), 458-462 (2008).
- Lawson, J. H., et al. Bioengineered human acellular vessels for dialysis access in patients with end-stage renal disease: two phase 2 single-arm trials. Lancet. 14 (387), 2026-2034 (2016).
- McAllister, T. N., et al. Effectiveness of haemodialysis access with an autologous tissue-engineered vascular graft: a multicentre cohort study. Lancet. 373 (9673), 1440-1446 (2009).
- Wystrychowski, W., et al. First human use of an allogeneic tissue-engineered vascular graft for hemodialysis access. J Vasc Surg. 60 (5), 1353-1357 (2014).
- Konig, G., et al. Mechanical properties of completely autologous human tissue engineered blood vessels compared to human saphenous vein and mammary artery. Biomaterials. 30 (8), 1542-1550 (2009).
- Gui, L., et al. Construction of tissue-engineered small-diameter vascular grafts in fibrin scaffolds in 30 days. Tissue Eng Part A. 20 (9-10), 1499-1507 (2014).
- Sundaram, S., Echter, A., Sivarapatna, A., Qiu, C., Niklason, L. Small-diameter vascular graft engineered using human embryonic stem cell-derived mesenchymal cells. Tissue Eng Part A. 20 (3-4), 740-750 (2014).
- Quint, C., Arief, M., Muto, A., Dardik, A., Niklason, L. E. Allogeneic human tissue-engineered blood vessel. J Vasc Surg. 55 (3), 790-798 (2012).
- Quint, C., et al. Decellularized tissue-engineered blood vessel as an arterial conduit. Proc Natl Acad Sci U S A. 31 (108), 9214-9219 (2011).
- Dahl, S. L., et al. Readily available tissue-engineered vascular grafts. Sci Transl Med. 2 (68), (2011).
- Syedain, Z. H., Meier, L. A., Lahti, M. T., Johnson, S. L., Tranquillo, R. T. Implantation of completely biological engineered grafts following decellularization into the sheep femoral artery. Tissue Eng Part A. 20 (11-12), 1726-1734 (2014).
- Syedain, Z. H., Meier, L. A., Bjork, J. W., Lee, A., Tranquillo, R. T. Implantable arterial grafts from human fibroblasts and fibrin using a multi-graft pulsed flow-stretch bioreactor with noninvasive strength monitoring. Biomaterials. 32 (3), 714-722 (2011).
- Meier, L. A., et al. Blood outgrowth endothelial cells alter remodeling of completely biological engineered grafts implanted into the sheep femoral artery. J Cardiovasc Transl Res. 7 (2), 242-249 (2014).
- Pinnock, C. B., Meier, E. M., Joshi, N. N., Wu, B., Lam, M. T. Customizable engineered blood vessels using 3D printed inserts. Methods. S1046-2023 (15), 30184-30185 (2015).
- Blakely, A. M., Manning, K. L., Tripathi, A., Morgan, J. R. Bio-Pick, Place,and Perfuse: A New Instrument for Three-Dimensional Tissue Engineering. Tissue Eng Part C Methods. 21 (7), 737-746 (2015).
- Gwyther, T. A., et al. Engineered vascular tissue fabricated from aggregated smooth muscle cells. Cells Tissues Organs. 194 (1), 13-24 (2011).
- Fearon, W. F., et al. Changes in coronary arterial dimensions early after cardiac transplantation. Transplantation. 27 (6), 700-705 (2007).
- Erbel, R., Eggebrecht, H. Aortic dimensions and the risk of dissection. Heart. 92 (1), 137-142 (2006).
- Ha, D. M., et al. Transforming growth factor-beta 1 produced by vascular smooth muscle cells predicts fibrosis in the gastrocnemius of patients with peripheral artery disease. J Transl Med. 14, 39 (2016).
- Skalli, O., et al. Alpha-smooth muscle actin, a differentiation marker of smooth muscle cells, is present in microfilamentous bundles of pericytes. J Histochem Cytochem. 37 (3), 315-321 (1989).
- von der Ecken, J., et al. Structure of the F-actin-tropomyosin complex. Nature. 519 (7541), 114-117 (2015).
