Масштабирование Engineered сосудистых трансплантатов С помощью 3D печатных руководств и кольцо Метод Stacking
Summary
Масштабируемые сконструированные кровеносные сосуды позволит улучшить клиническую применимость. Использование легко значительных 3D-печатных руководств, были созданы и уложены в трубчатую форму, образуя сосудистый трансплантат кольца гладких мышц сосудов. Прививки могут быть рассчитаны для удовлетворения широкого круга размеров коронарных артерий человека путем простого изменения 3D печатных размеров руководство.
Abstract
Ишемическая болезнь сердца остается основной причиной смерти, страдают миллионы американцев. При отсутствии аутологичных сосудистых трансплантатов доступных, сконструированные трансплантаты предлагают большой потенциал для лечения пациентов. Тем не менее, сконструированные сосудистых трансплантатов, как правило, не легко масштабируемой, требуя производство нестандартных форм или полимерных труб для того, чтобы настроить на различные размеры, составляющие по времени и больших затрат практики. Человеческие артерии имеют диаметр просвета от примерно 2.0-38 мм и толщиной стенки от примерно 0.5-2.5 мм. Мы создали метод, называемый "Ring Stacking метод", в которой переменные кольца размера ткани нужного типа клеток, продемонстрированную здесь с клеток гладких мышц сосудов (SMCS), могут быть созданы с помощью направляющих постов центра для контроля диаметра просвета сосуда и внешние оболочки диктовать толщину стенки сосуда. Эти кольца тканей затем сложены, чтобы создать трубчатую конструкцию, имитируя естественную форму кровеносного сосуда. Длина судна может бе скроены просто укладывания количество звонков, необходимых для образования необходимой длины. С помощью нашей техники, ткани трубчатых форм, подобных кровеносного сосуда, могут быть легко изготовлены в различных размеров и длины для удовлетворения потребностей клиники и пациента.
Introduction
При лечении ишемической болезни сердца (ИБС), у пациента в собственные кровеносные сосуды собирают в качестве трансплантационного материала для шунтирования. Тем не менее, часто, больные не имеют жизнеспособных судов, чтобы пожертвовать собой, а также в тех случаях, когда они делают, сайт донор вызывает значительный дополнительный вред и имеет серьезный риск для инфекции. 1 Engineered сосудистых трансплантатов может удовлетворить эту потребность. Масштабируемость имеет первостепенное значение для инженерных судов в целях удовлетворения широкого спектра требований к размеру сосуда пациента. Тем не менее, современные методы инженерных судов, не легко масштабируются, и как правило, требуют сложных перерабатывать форм или полимерных каркасов. Большинство инженерии трансплантаты либо используют полимерный трубчатый помост, который засевают с сосудистыми фибробласты, гладкие мышцы, или эндотелиальных клеток; или подвижного сотового листа вокруг оправки для создания трубки ткани. Два сконструированные сосудистых трансплантатов в клинических испытаниях, основаны на decellularized платформы полимер-ECM. 2, 3, 4 полимерные трансплантатов доступны для использования в сосудистой реконструкции уже известно, имеют проблемы с проходимостью, которые могут возникнуть в качестве одной из основных проблем при длительном применении трансплантата с наличием устойчивого полимера. Трубчатые формы были использованы для изготовления полностью вакуолей, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 , какие процедуры требует дополнительных проектирование и изготовление инструмента для пользовательских форм для того , чтобы производить сосуды в различных размерах ,
Описанный здесь способ включает в себя новый метод для создания легко масштабируемой сконструированную сосудистуютрансплантатов с помощью настраиваемых 3D печатных пластин и традиционной культуры пластин. 14 Клетки высевают на пластины со вставками из центрального поста и внешней оболочки. Почтовые управления диаметр просвета сосуда и позволяет Клеточный монослой к самосборке в кольцо ткани. Внешняя оболочка управления толщина кольца, и, таким образом, толщина стенки окончательного судна. Заполненные кольца тканей затем уложены с образованием трубчатого трансплантата, сосудистая. Преимущество этого метода, называют "Кольцо Stacking Method", является то, что любой клейкий тип клеток может быть посеяны в установку пластины и тканевых колец или труб любого размера, необходимого для требуемого применения могут быть получены путем простого изменения направляющих вставок. Сравнительные методы в тканевой инженерии Создание колец ткани по- прежнему трудно масштабе, 15, 16 требует перерабатывать пресс – форм для каждого нужного размера. Кроме того, сосудистые трансплантаты с использованием этого метода можно производитьd через 2-3 недели, через несколько недель быстрее по сравнению с другими спроектированных судов. 6 Для клиники, на этот раз несоответствие может иметь существенное значение при лечении ухудшающейся пациента.
Protocol
Representative Results
Discussion
Кольцо Stacking Метод представляет несколько преимуществ по сравнению с текущими тканевых инженерии методов сосудистой конструкции. РСМ может быть адаптирована для создания человека суда любого размера, просто настраивая Столб и внешняя оболочка размеры. Наш метод позволяет для развити…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить наших коллег сотрудник Лам лаборатории Аммар Чишти и Bijal Пател за любезную помощь с некоторыми из гистологии и клеточной культуре. Финансирование было предоставлено в Wayne State University Nanomedicine Fellowship (CBP), стартовый капитал и научно-исследовательский институт сердечно-сосудистой системы 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).
