Scaling של שתלי כלי דם שהונדס בשיטות מדריכי 3D מודפס ואת שיטת נחת הטבעת
Summary
כלי דם מהונדסים Scalable ישפרו ישימות קליניות. באמצעות מדריכי 3D מודפס ניכרים בקלות, טבעות של שריר חלק בכלי דם נוצרו ומוערמות לצורה צינורי, ויצרו שתל וסקולרית. שתלי יכול להיות בגודל כדי לענות על המגוון של ממדים עורקים אנושיים כלילית פשוט על ידי שינוי גודל המדריך מודפס 3D.
Abstract
מחלת עורקים כלילית נשאר הגורם המוביל למוות, להשפיע על מיליוני אמריקאים. עם חוסר שתלי כלי דם עצמי זמין, שתלים מהונדסים מציעים פוטנציאל גדול עבור טיפול בחולים. עם זאת, שתל כלי דם מהונדס הם בדרך כלל לא ניתן להרחבה בקלות, מחייב וייצור של תבניות מותאמות אישית או צינורות פולימר כדי להתאים לגדלים שונים, המהווים זמן רב ויקר בפועל. עורקי אדם נעו בקוטר לומן מכ 2.0-38 מ"מ עובי קיר מכ 0.5-2.5 מ"מ. יצרנו שיטה, הכינה "שיטת נחת הטבעת", שבו טבעות בגודל משתנות של רקמות של סוג התא הרצוי, מפגינות כאן עם תאי שריר חלק בכלי דם (SMCs), ניתן ליצור באמצעות מדריכים של עמודים מרכזיים לשלוט בקוטר לומן ופצצות חיצוניות להכתיב עובי בדפנות כלי דם. טבעות רקמות אלה נערמים ואז ליצור מבנה צינורי, מחקה את הצורה הטבעית של כלי דם. אורך הכלי יכול בדואר מותאם על ידי פשוט לערום מספר הצלצולים נדרשו מהווה את האורך הדרוש. בעזרת הטכניקה שלנו, רקמות של צורות צינורי, בדומה כלי דם, יכולות להיות מיוצרות בקלות במגוון מידות ואורכות כדי לענות על הצרכים של המרפאה וסבלנית.
Introduction
בטיפול של מחלת לב כלילית (CAD), כלי שייט הדם של החולה עצמו נקצרים כחומר השתל עבור ניתוח מעקפים. עם זאת, לעתים קרובות, חולים אין כלי קיימא לתרום לעצמם, ובמקרים בהם הם עושים, האתר התורם גורם נזק נוסף ניכר ויש לו סיכון רציני לזיהום. 1 שתלי כלי דם מהונדסים יכול למלא את הצורך הזה. מדרגיות היא בעל חשיבות עליונה עבור כלי הנדסה כדי לענות על המגוון הרחב של דרישות גודל כלי חולה. עם זאת, שיטות קיימות עבור כלי הנדסה אינן להרחבה בקלות, ובדרך כלל דורשות תבנה מחדש של תבניות מורכבות או פיגומי פולימר. רוב מהונדסים שתלי או לנצל פיגום צינורי פולימר כי הוא זרע עם פיברובלסטים וסקולרית, שריר חלק, או תאי אנדותל; או מתגלגל סדין בתא סביב mandrel ליצור צינור רקמות. שני שתלי כלי דם מהונדסים בניסויים קליניים מבוססים על decellularizeפלטפורמת הפולימר-ECM ד. 2, 3, 4 שתלי פולימר זמינים לשימוש תיקון כלי הדם כבר ידועים כבעלי בעיות עם patency, אשר יכולים להיווצר כנושא מרכזי עם יישום לטווח ארוך של השתל עם נוכחות פולימר מתמשכת. תבניות Tubular שמשו לפברק כולים הסלולר לחלוטין, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 אשר נהלים ידרשו עיצוב נוסף וייצור כלי לתבניות מותאמות אישית כדי לייצר כלי במגוון גדל .
השיטה המתוארת במסמך מקיף שיטה חדשנית ליצירת כלי דם מהונדסים להרחבה בקלותשתלי באמצעות מוסיף להתאמה אישית מודפס 3D וצלחות התרבות המסורתית. 14 תאים הם זורעים לתוך צלחות עם מוסיף של דואר מרכזי ואת מעטפת חיצונית. הפקדים פוסט לומן בקוטר ומאפשרים בשכבת התא עצמית להרכיב לתוך טבעת של רקמות. העובי שולט מעטפת החיצוני של הטבעת, ובכך עובי דופן של הכלי הסופי. טבעות רקמות הושלמו נערמים מכן לטופס צינורי, שתל וסקולרית. היתרון בשיטה זו, המכונה "שיטת הנחת טבעת," היא כי לכל סוג תא חסיד ניתן זורעים לתוך ההגדרה צלחת וטבעות רקמות או צינורות בכל גודל הדרושים ליישום הרצוי יכול להיווצר רק על ידי הוספת מדריך שינוי. טכניקות השוואתיות בטבעות יצירת הנדסת רקמות של רקמות להישאר קשות בקנה מידה, 15, 16 מחייב תבנה מחדש של תבניות עבור כל בגודל רצוי. בנוסף, שתל כלי דם שנעשה בשיטה זו ניתן לייצרד ב 2-3 שבועות, כמה שבועות מהר לעומת כלי מהונדסים אחרים. 6 עבור המרפאה, התאמה הפעם יכול לעשות הבדל משמעותי בטיפול בחולה המידרדר.
Protocol
Representative Results
Discussion
שיטת נחת טבעת מציג יתרונות רבים על פני שיטות לבנות רקמות מהונדסות וסקולרית נוכחיות. RSM ניתן להתאים ליצור כלי אנושי בכל גודל על ידי פשוט התאמה אישית של פגז הפוסט וחיצוני ממדים. השיטה שלנו מאפשרת התפתחות הכלים מהונדסים ללא פולימר המורכב אך ורק של תאים אנושיים במהירות מ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות לעמיתי במעבדה לאם אחינו עמאר Chishti ו Bijal פאטל לסיוע מסוגם עם מתרבותה היסטולוגיה ותא. המימון ניתן על ידי הקרן הננורפואה אוניברסיטת Wayne State (CBP), סטארט-אפ קרנות לב וכלי דם מכון המחקר זרע גרנט (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).
