Skalering av Engineered vaskulære implantater Bruke 3D Trykt Guides og Ring Stacking Method
Summary
Skalerbare konstruert blodkar ville forbedre klinisk anvendelse. Ved hjelp av lett sizable 3D-trykt guider, ble ringer av vaskulær glatt muskulatur laget og stablet inn i en rørformet form, danner en vaskulær pode. Grafts kan være dimensjonert for å møte spekter av menneskelige koronar dimensjoner ved å endre 3D-trykt guide størrelse.
Abstract
Koronarsykdom er fortsatt en ledende dødsårsak, påvirker millioner av amerikanere. Med mangel på autologe vaskulære implantater tilgjengelige, utviklet grafts har stort potensial for pasientbehandling. Imidlertid utviklet vaskulære implantater er vanligvis ikke lett skalerbar, noe som krever fremstilling av tilpassede former eller polymer-rør for å tilpasse til forskjellige størrelser, som utgjør en tidkrevende og kostbar praksis. Menneske arterier varierer i lumen diameter fra ca 2,0 til 38 mm og veggtykkelse fra ca 0,5-2,5 mm. Vi har laget en metode, kalt "Ring Stabling Method", hvor variable størrelse ringer av vev av den ønskede celletype, demonstrert her med vaskulære glatte muskelceller (SMC), kan lages ved hjelp av guider av senter innlegg å kontrollere lumen diameter og ytre skall for å diktere fartøyet veggtykkelse. Disse vev ringene blir deretter stablet for å skape en rørformet konstruksjon, etterligne den naturlige formen av et blodkar. Fartøyet lengde kan be skreddersydd ved ganske enkelt å stable den nødvendige antallet ring å utgjøre lengden nødvendig. Med vår teknikk, kan vev av rørformede former, tilsvarende til et blodkar, kan lett fremstilles i en rekke dimensjoner og lengder for å tilfredsstille behovene til klinikken og pasienten.
Introduction
I behandling av koronarsykdom (CAD), er en pasientens egne blodårer høstet som pode materiale for bypass operasjon. Men ofte, syke pasienter trenger ikke levedyktige fartøy å donere til seg selv, og i tilfeller der de gjør, fører donor området betydelig ytterligere skade og har en alvorlig risiko for infeksjon. 1 Engineered vaskulære implantater kunne fylle dette behovet. Skalerbarhet er av største betydning for tekniske fartøy for å møte det store omfanget av pasient fartøy størrelse krav. Men dagens metoder for tekniske fartøy ikke er lett skalerbar, og vanligvis krever ombygging av komplekse former eller polymer stillaser. Mest konstruert grafts enten anvende en polymer rørformet stillas som er podet med vaskulære fibroblaster, glatte muskler, eller endotelceller; eller rulle en cellefolien rundt en dor for å skape en vev rør. To konstruert vaskulære implantater i kliniske studier er basert på en decellularized polymer-ECM-plattform. 2, 3, 4 Polymer transplantater som er tilgjengelige for bruk i vaskulær reparasjon er allerede kjent for å ha problemer med åpenhet, som kan oppstå som et stort problem med langvarig anvendelse av en podet med en vedvarende tilstedeværelse polymer. Rørformede formene har blitt brukt til å fremstille helt cellulære fartøy, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, som prosedyrene ville kreve ytterligere utforming og verktøy produksjon for tilpassede støpeformer for å fremstille fartøyer i en rekke størrelser .
Metoden beskrevet her omfatter en ny teknikk for å lage enkelt skalerbar konstruert vaskulærgrafts hjelp passelig 3D trykte innstikk og tradisjonelle kulturskåler. 14 Cellene blir sådd ut plater med inserts av en sentral post og ytre skall. Innlegget kontroller lumen diameter og lar cellen monolayer å selv montere inn en ring av vev. Det ytre skall styrer tykkelsen av ringen, og dermed veggtykkelsen av den endelige beholderen. Utførte vev ringene blir deretter stablet for å danne en rørformet, vaskulær transplantasjon. Fordelen med denne metoden, betegnet "ringen stables Method", er at en eventuell vedhengende celletype kan bli sådd ut på platen oppsett og vev ringer eller rør av enhver størrelse som er nødvendig for den ønskede anvendelse kan dannes ved ganske enkelt å modifisere ledeinnsatser. Sammenlignings teknikker i tissue engineering oppretting ringer av vev forblir vanskelig å skalere, 15, 16 som krever ombygging av muggsopp for hver ønsket størrelse. I tillegg, vaskulære implantater laget ved hjelp av denne fremgangsmåten kan fremd i 2-3 uker, flere uker raskere sammenlignet med andre konstruerte fartøyer. 6 For klinikken, kan denne tidsavvik gjøre en betydelig forskjell i behandlingen av en pasient forverret.
Protocol
Representative Results
Discussion
The Ring Stacking Method presenterer flere fordeler i forhold til dagens vaskulære vev konstruert konstruere teknikker. RSM kan tilpasses for å skape menneskelige skip av alle størrelser ved ganske enkelt å tilpasse legg og ytre skall dimensjoner. Vår metode gjør det mulig for utvikling av polymer-fri konstruerte fartøyer sammensatt utelukkende av humane celler og hurtig nedbrytning av bærermateriale som finnes i kroppens naturlige sårheling prosess. Polymer grafts er kjent for å forårsake restenose i klinikk…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å takke våre stipendiat Lam lab kolleger Ammar Chishti og Bijal Patel for deres type assistanse med noen av histologi og cellekultur. Finansieringen ble gitt av Wayne State University Nanofellowship (CBP), oppstart midler og 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).
