A escala do Engineered enxertos vasculares Usando 3D Impresso Guides and the Ring método de empilhamento
Summary
vasos sanguíneos engenharia escaláveis iria melhorar a aplicabilidade clínica. Usando guias impresso-3D facilmente consideráveis, anéis de músculo liso vascular foram criados e empilhados para uma forma tubular, formando um enxerto vascular. Enxertos podem ser dimensionados para atender toda a gama de dimensões das artérias coronárias humanas, simplesmente mudando o tamanho guia impresso-3D.
Abstract
A doença arterial coronariana continua a ser uma das principais causas de morte, que afeta milhões de americanos. Com a falta de enxertos vasculares autólogos disponíveis, os enxertos de engenharia oferecem um grande potencial para o tratamento do paciente. No entanto, os enxertos vasculares de engenharia em geral, não são facilmente escaláveis, exigindo o fabrico de moldes de mercadorias ou tubos de polímero, de modo a personalizar a tamanhos diferentes, constituindo um demorado e dispendioso prática. artérias humanas variam em diâmetro luminal de cerca de 2,0-38 mm e espessura de parede de cerca de 0,5-2,5 mm. Criámos um método, denominado o "Anel método de empilhamento," em que os anéis de tamanhos variáveis de tecido do tipo de célula desejado, aqui demonstrado com células do músculo liso vascular (CML), pode ser criada usando guias de postes centrais para controlar o diâmetro do lúmen e camadas externas de ditar a espessura da parede do vaso. Estes anéis de tecido são então empilhadas para criar uma construção tubular, que imita a forma natural de um vaso sanguíneo. O comprimento do vaso pode be adaptada por empilhamento simplesmente o número de toques necessários para constituir o comprimento necessário. Com a nossa técnica, os tecidos de formas tubular, semelhante a um vaso sanguíneo, pode ser facilmente fabricado numa variedade de dimensões e comprimentos para satisfazer as necessidades do paciente e clínica.
Introduction
No tratamento de doença arterial coronária (CAD), próprios vasos sanguíneos de um paciente são colhidas como material de enxerto para a cirurgia de bypass. No entanto, muitas vezes, pacientes doentes não têm vasos viáveis para doar a si mesmos, e nos casos em que eles fazem, o local doador causa dano adicional considerável e tem um sério risco para a infecção. 1 enxertos vasculares Engineered poderia preencher essa necessidade. A escalabilidade é de extrema importância para as embarcações de engenharia, a fim de satisfazer a vasta gama de requisitos de tamanho vaso do paciente. No entanto, os métodos actuais para os navios de engenharia não são facilmente escaláveis, e tipicamente requer refabrique de moldes complexos ou andaimes de polímero. A maioria engenharia enxertos quer utilizar um andaime tubular polímero que é semeada com fibroblastos, músculo liso vascular, ou células endoteliais; ou enrolamento de uma folha de células em torno de um mandril para criar um tubo de tecido. Dois enxertos vasculares artificiais nos ensaios clínicos são baseadas em um decellularized plataforma de polímero de ECM. 2, 3, 4 enxertos de polímero disponíveis para utilização na reparação vascular já são conhecidos por terem problemas com a permeabilidade, o que poderia surgir como um grande problema com aplicação a longo prazo de um enxerto com uma presença polímero sustentado. Moldes tubulares têm sido usados para fabricar completamente vasos celulares, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, que os procedimentos que exigem adicional de design e fabricação de ferramentas para moldes personalizados, a fim de produzir navios em uma variedade de tamanhos .
O método aqui descrito envolve um nova técnica para criar vascular manipulado facilmente escaláveisenxertos usando inserções impressas em 3D customizáveis e placas de cultura tradicionais. 14 As células são cultivadas em placas com inserções de um posto central e casca exterior. Os controlos pós de diâmetro de lumen e permite que a monocamada de células para auto-montar em um anel de tecido. A casca exterior controlos espessura do anel, e, assim, a espessura da parede do recipiente final. anéis de tecido concluídas são então empilhados para formar um tubular, enxerto vascular. A vantagem do presente método, o denominado "anel método de empilhamento," é que qualquer tipo de célula aderente pode ser semeadas em placa a configuração e anéis de tecido ou tubos, de qualquer tamanho necessário para a aplicação desejada pode ser gerada por simples modificação inserções guia. Técnicas comparativas em tecido anéis de engenharia Criação de tecidos permanecem difíceis de escala, 15, 16 requerendo remanufatura de moldes para cada tamanho desejado. Além disso, os enxertos vasculares feita utilizando este método pode ser produzird em 2-3 semana, várias semanas mais rápido em comparação com outros vasos de engenharia. 6 Para a clínica, este tempo de discrepância pode fazer uma diferença significativa no tratamento de um paciente deterioração.
Protocol
Representative Results
Discussion
The Ring método de empilhamento apresenta várias vantagens sobre engenharia de tecidos técnicas construto vasculares atuais. O RSM pode ser adaptado para criar vasos humanos de qualquer tamanho, simplesmente personalizar o post e casca exterior dimensões. O nosso método permite o desenvolvimento de vasos de engenharia isentos de polímero constituídas unicamente por células humanas e rapidamente degradar material de suporte encontrado em processo de cicatrização da ferida natural do corpo. enxertos de polímero…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostariam de agradecer aos nossos colegas do laboratório do companheiro Lam Ammar Chishti e Bijal Patel por sua gentil assistência com um pouco da cultura histologia e celular. O financiamento foi fornecido pelo Estado Wayne University Nanomedicine Fellowship (CBP), start-up fundos e Instituto de Pesquisa Cardiovascular 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).
