رصد غير تدميري التنمية القابلة للتحلل القائم على سقالة هندسيا أنسجة الأوعية الدموية باستخدام التصوير المقطعي التماسك البصري
Summary
بروتوكول خطوة بخطوة لغير تدميري وفترة طويلة رصد عملية إعادة عرض الأوعية الدموية وتدهور سقالة في الثقافة في الوقت الحقيقي القابلة للتحلل الحيوي البوليمرية المستندة إلى سقالة الأنسجة المهندسة الأوعية الدموية مع تحفيز نابض باستخدام التصوير المقطعي التماسك الضوئية هو الموصوفة هنا.
Abstract
ومن المتوقع لتلبية الطلب المتزايد على تجاوز الشرياني هندسيا ترقيع الأوعية الدموية مع الخصائص الهيكلية والميكانيكية مشابهة للأوعية الدموية الطبيعية. وصف ديناميات النمو وعملية إعادة تشكيل للبوليمرات القابلة للتحلل القائم على سقالة هندسيا أنسجة الأوعية الدموية (تيبفس) مع تحفيز نابض أمر حاسم لهندسة الأنسجة الوعائية. تقنيات التصوير الضوئي تبرز بوصفها أدوات فعالة لرصد الأوعية الدموية لهندسة الأنسجة مما يتيح التصوير عالي الدقة في الثقافة في الوقت الحقيقي. يوضح هذه الورقة التصوير استراتيجية لرصد النمو غير تدميري وسريعة في الوقت الحقيقي وإعادة عرض من تيبفس في ثقافة طويلة الأجل باستخدام التصوير المقطعي التماسك الضوئية (OCT). يتم تقييم التشكل الهندسي، بما في ذلك عملية إعادة تشكيل الأوعية الدموية، وسمك الجدار، ومقارنة لسمك تيبف في نقاط زمنية مختلفة الثقافة ووجود التحفيز نابض. وأخيراً، توفر الإمكانيات العملية للمراقبة في الوقت الحقيقي من تدهور البوليمر في إعادة بناء الأنسجة تحت التحفيز نابض أكتوبر أو لا وفي كل قطعة من السفينة، بالمقارنة مع تقييم استخدام البوليمر تدهور مسح microscopic(SEM) إلكترون ومجهر مستقطب.
Introduction
إجراء هندسة عكسية أنسجة الأوعية الدموية (تيبفس) من المواد الواعدة كوسيلة مثالية الاختلاس الأوعية الدموية1. بغية وضع الطعوم سريرياً مفيدة مع الخصائص الهيكلية والوظيفية المماثلة كسفن الأصلي، قد صممت تقنيات متعددة للحفاظ على وظيفة الأوعية الدموية2،3. رغم أنه كانت هناك سفن هندسيا مع معدلات مقبولة سالكيه خلال غرس وفي “المرحلة الثالثة من” الدراسة السريرية4، ثقافة طويلة الأجل وعالية التكلفة أيضا إظهار ضرورة رصد تطور تيبفس. فهم عمليات النمو ويعيد البناء، والتكيف matrix(ECM) خارج الخلية في تيبفس في البيئة الميكانيكية والكيماوي المحاكاة البيولوجية يمكن أن توفر معلومات حيوية لتطوير هندسة الأنسجة الوعائية.
ينبغي أن تكون استراتيجية مثالية تتبع تطور سفن المهندسة الصغيرة قطرها5 غير تدميري، عقيمة، والطولي، ثلاثي الأبعاد والكمية. ويمكن تقييم تيبفس تحت ظروف ثقافة مختلفة بهذه الطريقة التصوير، حتى بما في ذلك التغييرات قبل وبعد زرع الأوعية الدموية. هناك حاجة إلى استراتيجيات لوصف السمات لسفن المعيشة إجراء هندسة عكسية. تسمح تقنيات التصوير الضوئي للتصور والتقدير الكمي لترسب الأنسجة والمواد الحيوية. المزايا الأخرى هي إمكانية تمكين تصوير الأنسجة العميقة وخالية من التسمية مع دقة عالية6،7. ومع ذلك، الجزيئات الخاصة بالصورة، والمعدات البصرية أقل سهولة للرصد في الوقت الحقيقي هو عائقا عمليا كبيرا، يحد من التوسع في تطبيق الفحص المجهري الضوئي غير الخطية. التصوير المقطعي التماسك الضوئية (OCT) نهج بصرية بطريقة التصوير داخل الأوعية كأداة سريرية المستخدمة على نطاق واسع لتوجيه العلاج التدخلي القلب8. في الأدب ذكر طريقة أكتوبر كوسيلة لتقييم سمك الجدار تيبفس9،10، مقترنة بطرائق التصوير الإيجابي لبحوث هندسة الأنسجة الوعائية. في حين، هندسة القوى المحركة للأوعية الدموية النمو ويعيد البناء لم يلاحظ.
في هذه المخطوطة، نحن بالتفصيل إعداد القابلة للتحلل الحيوي البوليمرية تيبفس القائم على سقالة للثقافة أربعة أسابيع. توسيع نطاق خلايا العضلات الملساء والأوعية الدموية الشرايين الحبل السري البشري (هواسمكس) والمصنف إلى سقالات حمض (PGA) بوليجليكوليك القابلة للتحلل مسامية في مفاعل حيوي. وتلعب الدور في ركيزة مؤقتة لهندسة الأنسجة البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي بعض تدهور معدل11. بغية ضمان تطابق مناسبة بين تدهور سقالة وتشكيل النسيج الجدد، السقالات إدارة المحتوى في المؤسسة والمنظمة عوامل حاسمة لفعالية إعادة عرض الأوعية الدموية. نظام التروية يحاكي المكروية النشاط الحيوي للسفن الأصلية وتحتفظ تشوه يتمشى تحت ضغط التحفيز.
وهدف البروتوكول المقدم وصف استراتيجية بسيطة نسبيا وغير تدميري تيبفس التصوير والرصد طويل الأجل للثقافة. ويمكن استخدام هذا البروتوكول لتصور تغييرات الشكلية وقياسات سمك السفن هندسيا تحت ظروف ثقافة مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء تحليلات لتدهور المواد المستندة إلى البوليمر في الأنسجة الهندسة السقالات لتحديد. عن طريق الجمع بين أساليب المسح الإلكترون microscopic(SEM) والاستقطاب المجهر المستخدمة في هذا البروتوكول والارتباط والتحديد الكمي لتوزيع المصفوفة خارج الخلية وتدهور الشبكة أن أمكن، التي يمكن أن تيسر تقييم سقالة تدهور جنبا إلى جنب مع تصوير OCT.
Protocol
Representative Results
Discussion
لإنشاء تصميم السفن مع الهيكلية والميكانيكية خصائص مماثلة لتلك التي الأصلي الأوعية الدموية يمكن أن يؤدي إلى تقصير وقت الاستخدام السريري وهو الهدف النهائي للهندسة والأوعية الدموية. تقنيات التصوير الضوئي يسمح التصور من الأنسجة المهندسة مكونات محددة الأوعية الدموية، التي لا يمكن رصد ثوابت…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونود أن نعترف بالعلم والتكنولوجيا مشروع التخطيط “مقاطعة قوانغدونغ الصينية” (2016B070701007) لدعم هذا العمل.
Materials
| PGA mesh | Synthecon | ||
| silicone tube | Cole Parmer | ||
| connector | Cole Parmer | ||
| intravascular OCT system | St. Jude Medical, Inc | ILUMIEN™ OPTIS™ SYSTEM | |
| scanning electron microscopic | Philips | FEI Philips XL-30 | |
| polarized microscope | Olympus | Olympus BX51 | |
| sutures | Johnson & Johnson | ||
| pulsatile pump | Guangdong Cardiovascular Institute | ||
| LightLab Imaging software | St. Jude Medical, Inc |
References
- Chan-Park, M. B., et al. Biomimetic control of vascular smooth muscle cell morphology and phenotype for functional tissue-engineered small-diameter blood vessels. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 88, 1104-1121 (2009).
- Ballyns, J. J., Bonassar, L. J. Image-guided tissue engineering. Journal of Cellular & Molecular Medicine. 13, 1428-1436 (2009).
- Smith, L. E., et al. A comparison of imaging methodologies for 3D tissue engineering. Microscopy Research & Technique. 73, 1123-1133 (2010).
- Chang, W. G., Niklason, L. E. A short discourse on vascular tissue engineering. NPJ Regenerative Medicine. 2, (2017).
- Appel, A. A., Anastasio, M. A., Larson, J. C., Brey, E. M. Imaging challenges in biomaterials and tissue engineering. Biomaterials. 34, 6615-6630 (2013).
- Rice, W. L., et al. Non-invasive characterization of structure and morphology of silk fibroin biomaterials using non-linear microscopy. Biomaterials. 29, 2015-2024 (2008).
- Niklason, L. E., et al. Enabling tools for engineering collagenous tissues integrating bioreactors, intravital imaging, and biomechanical modeling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , 3335-3339 (2010).
- Zheng, K., Rupnick, M. A., Liu, B., Brezinski, M. E. Three Dimensional OCT in the Engineering of Tissue Constructs: A Potentially Powerful Tool for Assessing Optimal Scaffold Structure. Open Tissue Engineering & Regenerative Medicine Journal. 2, 8-13 (2009).
- Gurjarpadhye, A. A., et al. Imaging and characterization of bioengineered blood vessels within a bioreactor using free-space and catheter-based OCT. Lasers in Surgery and Medicine. 45, 391-400 (2013).
- Chen, W., et al. In vitro remodeling and structural characterization of degradable polymer scaffold-based tissue-engineered vascular grafts using optical coherence tomography. Cell & Tissue Research. 370, 417-426 (2017).
- Naito, Y., et al. Characterization of the natural history of extracellular matrix production in tissue-engineered vascular grafts during neovessel formation. Cells Tissues Organs. 195, 60-72 (2012).
- Ye, C., et al. The design conception and realization of pulsatile ventricular assist devices-from Spiral-Vortex pump to Luo-Ye pump. Chinese Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 9, 35-40 (2002).
- Chen, W., et al. Application of optical coherence tomography in tissue engineered blood vessel culture based on Luo-Ye pump. Chinese Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 31, 687-690 (2015).
- Pickering, J. G., Boughner, D. R., et al. Quantitative assessment of the age of fibrotic lesions using polarized light microscopy and digital image analysis. American Journal of Pathology. 138, 1225-1231 (1991).
- Martinho, J. A., et al. Dependence of optical attenuation coefficient and mechanical tension of irradiated human cartilage measured by optical coherence tomography. Cell Tissue Bank. 16, 47-53 (2015).
- Poirierquinot, M., et al. High-resolution 1.5-Tesla magnetic resonance imaging for tissue-engineered constructs: a noninvasive tool to assess three-dimensional scaffold architecture and cell seeding. Tissue Engineering Part C Methods. 16, 185-200 (2010).
- Naito, Y., et al. Beyond burst pressure: initial evaluation of the natural history of the biaxial mechanical properties of tissue-engineered vascular grafts in the venous circulation using a murine model. Tissue Engineering Part A. 20, 346-355 (2014).
- Smart, N., Dube, K. N., Riley, P. R. Coronary vessel development and insight towards neovascular therapy. International Journal of Clinical and Experimental Pathology. 90, 262-283 (2009).
