Het schalen van Engineered Vascular Enten Met behulp van 3D-Gedrukt Gidsen en de Ring Stapelen Method
Summary
Schaalbare engineered bloedvaten zou de klinische toepasbaarheid te verbeteren. Gebruik gemakkelijk aanzienlijke 3D gedrukte geleiders, ringen van vasculaire gladde spieren zijn gemaakt en gestapeld in een buisvormige vorm, die een vasculair transplantaat. Enten kan worden aangepast aan de reeks van menselijke kransslagader afmetingen voldoen door eenvoudig de 3D gedrukte handleiding te wijzigen.
Abstract
Coronaire hartziekte blijft een belangrijke oorzaak van de dood, die miljoenen Amerikanen. Met het gebrek aan autologe vasculaire transplantaten beschikbaar, ontwikkeld grafts een groot potentieel voor de behandeling van patiënten. Echter, gemanipuleerde vasculaire grafts algemeen niet gemakkelijk schaalbaar, ter vervaardiging van aangepaste mallen of polymeer buizen om te passen aan de grootte, die een tijdrovende en kostbare praktijk. Menselijke slagaders variëren in lumen diameter van ongeveer 2,0-38 mm en een wanddikte van ongeveer 0,5-2,5 mm. We hebben een methode gecreëerd, aangeduid als de "Ring stapelmethode," waarin variabele grootte ringen van weefsel van het gewenste celtype, toonde hier met vasculaire gladde spiercellen (SMC), kan worden gemaakt met geleidingen centrum posten lumendiameter beheersen en buitenste schelpen wanddikte van het drukvat te dicteren. Deze weefsels ringen worden vervolgens gestapeld tot een buisvormige construct, het nabootsen van de natuurlijke vorm van een bloedvat. De lengte vat kan be afgestemd door simpelweg het aantal ringen die nodig is om de lengte nodig vormen stapelen. Met onze techniek, kan weefsels van buisvormige membranen, vergelijkbaar met een bloedvat, gemakkelijk worden vervaardigd in verschillende afmetingen en lengtes aan de behoeften van de kliniek en patiënt voldoen.
Introduction
Bij de behandeling van coronaire hartziekte (CAD), zijn eigen bloedvaten van de patiënt geoogst als entmateriaal voor bypassoperatie. Echter, vaak, zieke patiënten hebben geen levensvatbare schepen om te doneren aan zichzelf, en wanneer ze dat doen, de donor gebied veroorzaakt aanzienlijke extra schade en heeft een ernstig risico op infectie. 1 Engineered vasculaire implantaten kunnen deze behoefte in te vullen. Schaalbaarheid van het grootste belang voor engineering vaartuigen om de uiteenlopende patiëntafmeting verblijf voldoen. Echter, huidige methoden voor engineering schepen zijn niet gemakkelijk schaalbaar en vergen doorgaans herfabricage van complexe vormen of polymeer steigers. De meeste engineered grafts ofwel gebruik van een polymeer buisvormige scaffold dat is bezaaid met vasculaire fibroblasten, gladde spiercellen of endotheelcellen; of het werpen van een cel vel rond een doorn om een tissue buis te creëren. Twee gemanipuleerde vasculaire implantaten in klinische studies gebaseerd op decellularized polymeer-ECM-platform. 2, 3, 4 Polymeer transplantaten beschikbaar voor gebruik in vasculaire reparatie reeds bekend om problemen met doorgankelijkheid, welke als een groot probleem bij langdurig gebruik van een implantaat met een voortdurende aanwezigheid polymeer kunnen aandienen. Buisvormige mallen werden gebruikt om volledig cellulaire schepen, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 welke procedures zouden extra ontwerp en vervaardiging van werktuigen voor aangepaste matrijzen nodig hebben om schepen te produceren in een verscheidenheid van grootte fabriceren .
De hierin beschreven werkwijze omvat een nieuwe techniek voor het maken eenvoudig schaalbaar ontworpen vasculaireenten met behulp van aanpasbare 3D geprint inserts en traditionele cultuur platen. 14 Cellen worden gezaaid in platen met inzetstukken van een centrale post en buitenste schil. De controles achteraf lumen diameter en laat de cel monolaag om zelf te assembleren in een ring van weefsel. De behuizing controles dikte van de ring, en dus wanddikte van de uiteindelijke vat. Afgesloten weefsel ringen worden vervolgens gestapeld tot een buisvormige vasculaire graft vormen. Het voordeel van deze methode, de zogenaamde "Ring stapelmethode," dat aanhechtend celtype kan worden gezaaid in de plaat opstart en weefsel ringen of buizen van elke omvang die voor de gewenste toepassing kan worden gegenereerd door eenvoudig modificeren gids inserts. Vergelijkende technieken weefselengineering creëren ringen weefsel blijft moeilijk schaal 15, 16 ter verwerk van mallen voor elke gewenste afmeting. Bovendien, vasculaire transplantaten gemaakt met deze methode kan producerend in 2-3 weken, verscheidene weken sneller dan bij andere hoogwaardige schepen. 6 Voor de kliniek, kan deze tijd discrepantie een significant verschil in de behandeling van een verslechterende patiënt.
Protocol
Representative Results
Discussion
De Ring Stacking Method biedt meerdere voordelen ten opzichte van de huidige vasculaire tissue engineered construct technieken. De RSM kan worden aangepast aan menselijke voertuigen van elke grootte door simpelweg aanpassen van de post en buitenschaal afmetingen. Onze methode maakt ontwikkeling van polymeervrije ontworpen vaartuigen uitsluitend uit menselijke cellen en snel afbreekbare dragermateriaal in het lichaam de natuurlijke wondgenezingsproces. Polymer grafts is bekend dat restenose veroorzaken in de kliniek en p…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag onze collega Lam lab collega Ammar Chisti en Bijal Patel bedanken voor hun vriendelijke hulp met een aantal van de histologie en celkweek. De financiering werd verstrekt door de Wayne State University Nanogeneeskunde Fellowship (CBP), Start-Up Fondsen en Cardiovascular Research Institute Seed Grant (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 |
Referências
- 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).
