ניטור לא הורסות של פיתוח מתכלה מבוססי לגרדום רקמות מהונדסים כלי דם באמצעות טומוגרפיה אופטית קוהרנטית
Summary
פרוטוקול צעד אחר צעד גמישה, תקופה ארוכה ניטור התהליך של שיפוץ כלי הדם והשפלה לגרדום בתרבות בזמן אמת של מתכלה פולימריים מבוססי לגרדום רקמות מהונדסים כלי דם עם גירוי פועמת באמצעות טומוגרפיה אופטית קוהרנטית מתואר כאן.
Abstract
שתלי כלי הדם מהונדסים בעלת מאפיינים מבניים מכניים דומים לכלי הדם טבעי צפויים לפגוש את הדרישה הגוברת מעקף עורקים. אפיון של הדינמיקות צמיחה ואת תהליך שיפוץ של פולימר מתכלה מבוססי לגרדום רקמות מהונדסים כלי דם (TEBVs) עם גירוי פועמת חיונית הנדסת רקמות עילאיים. טכניקות דימות אופטי להתבלט בתור כלים רבי-עוצמה עבור ניטור אמוניה רקמות מהונדסים מאפשר דימות ברזולוציה בתרבות בזמן אמת. מאמר זה מדגים גמישה, מהר בזמן אמת הדמיה אסטרטגיה כדי לפקח על הגידול ובניה של TEBVs בתרבות לטווח ארוך באמצעות טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר). מורפולוגיה גיאומטריות מחושבת, כולל תהליך שיפוץ כלי הדם, עובי הקיר של השוואה של עובי TEBV נקודות זמן תרבות אחרת, נוכחות של גירוי פועמת. לבסוף, OCT מספק אפשרויות מעשיות להשגחה בזמן אמת השפלה של פולימר ברקמות בשחזור תחת גירוי פועמת או לא, כל קטע כלי השיט, על ידי לעומת הערכת השימוש השפלה פולימרי סריקה microscopic(SEM) אלקטרון, מיקרוסקופ מקוטב.
Introduction
רקמות מהונדסים כלי הדם (TEBVs) הוא חומר המבטיחים ביותר שתל וסקולרית אידיאלי1. כדי לפתח שתלי להיות שימושי קלינית עם מאפיינים מבניים ופונקציונליים דומים ככלים מקורית, לטכניקות שונות עוצבו כדי לשמור על תפקוד כלי הדם2,3. אמנם היו כלי הנדסה במחירים patency קביל במהלך ההשתלה, מחקר קליני שלב III4, עלות גבוהה ותרבות ארוכת טווח להציג גם את הצורך בפיקוח על התפתחות TEBVs. הבנה matrix(ECM) חוץ-תאית צמיחה שיפוץ, עיבוד תהליכי TEBVs בסביבת כימותרפיה-מכניים ביונים יכול לספק מידע חיוני להתפתחות של הנדסת רקמות עילאיים.
האסטרטגיה אידיאלי כדי לעקוב אחר התפתחות כלי הנדסה בקוטר קטן5 צריכה להיות גמישה, סטרילי, האורך, תלת מימדי, כמותית. TEBVs בתנאים תרבות אחרת יכול להיות מוערך על ידי מודאליות הדמיה זו, כולל שינויים לפני ואחרי השתלת כלי הדם. אסטרטגיות כדי לתאר תכונות של חיים מהונדסים כלי נחוצים. טכניקות דימות אופטי אפשר ויזואליזציה של כימות של רקמות התצהיר, biomaterials. יתרונות נוספים הם האפשרות לאפשר לדימות רקמות עמוק, ללא תווית עם רזולוציה גבוהה6,7. אולם מולקולות ספציפיות התמונה וציוד אופטי פחות נגיש עבור ניטור בזמן אמת הוא מכשול משמעותי מעשיים, אשר הגביל יישום נרחב של מיקרוסקופ אופטי לא-ליניאריות. טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר) היא גישה אופטי עם קרישה תוך-כלית מודאליות הדמיה ככלי בשימוש נרחב קליניים כדי להנחות טיפול התערבותית לב8. בספרות דווח השיטה של OCT כדי להעריך את עובי הקיר של TEBVs9,10, בשילוב עם שיטות הדמיה חיובית לחקר הנדסת רקמות עילאיים. ואילו, הדינמיקה של הנדסה לאחור כלי הדם צמיחה ובניה נצפתה לא.
כתב יד זה, אנחנו מפרטים את הכנת TEBVs מבוססי לגרדום פולימריים מתכלים לתרבות ארבעה שבועות. תאי השריר החלק בכלי הדם האנושי עורקי הטבור (HUASMCs) מורחבת, נזרע לתוך פיגומים חומצה (PGA) נקבובי polyglycolic מתכלה ב ביוריאקטור. פולימרים מתכלים לשחק את התפקיד של מצע זמני עבור הנדסת רקמות, יש מסוים השפלה שיעור11. על מנת להבטיח התאמה המתאימה בין השפלה לגרדום ויצירת ניאו-רקמות, פיגומים ECM ו- PGA הם גורמים קריטיים עבור שיפוץ כלי דם יעיל. מערכת זלוף מדמה את microenvironment ביו-מכני של כלי יליד ושומר על עיוות עקבי תחת לחץ גירוי.
המטרה של פרוטוקול הציג היא לתאר את אסטרטגיה פשוטה יחסית, גמישה TEBVs הדמיה וניטור לטווח ארוך של תרבות. פרוטוקול זה יכול להיות מנוצל עבור ויזואליזציה של שינויים מורפולוגיים ומדידות עובי של כלי מהונדסים בתנאים תרבות אחרת. בנוסף, ניתן לבצע הבדיקות של השפלה מבוסס פולימר חומרים ברקמת הנדסה פיגומים לצורך הזיהוי. על ידי שילוב של שיטות של סריקת אלקטרונים microscopic(SEM) ו מקוטב מיקרוסקופ בשימוש פרוטוקול זה, המתאם, כימות של מטריצה חוץ-תאית הפצה והשפלה PGA יכול להתבצע, אשר יכול להקל להערכת לגרדום השפלה בשילוב הדמיה OCT.
Protocol
Representative Results
Discussion
כדי ליצור מהונדסים כלי עם מבנה, תכונות מכניות דומים לאלה של כלי הדם יליד יכול להוביל לקצר את הזמן לשימוש קליני הוא המטרה הסופית של הנדסת כלי הדם. טכניקות דימות אופטי היתר הפריט החזותי של רקמות מהונדסים וסקולרית רכיבים ספציפיים, אשר לא יכול לפקח על מבנים בודדים ברחבי תרבות וחשיפה בשתלי סביב…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנחנו רוצים להכיר את המדע ואת הטכנולוגיה תכנון הפרוייקט של בפרובינצית גואנג-דונג של סין (2016B070701007) לתמיכה עבודה זו.
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).
