Имплантация Electrospun сосудистых имплантатов с оптимизированной структурой в мышиной модели
Summary
Здесь мы представляем модифицированных electrospinning метод изготовления PCL сосудистых имплантатов с толщиной волокон и большие поры, и описать протокол для оценки производительности в естественных условиях в мышиной модели замены брюшной аорты.
Abstract
Здесь мы представляем протокол изготовления Макропористые PCL сосудистого трансплантата и описать протокол оценки с использованием модели крыс брюшной аорты замены. Electrospun сосудистая графтов часто обладают сравнительно небольшие поры, которые ограничить проникновение в клетки в графтов и помешать регенерации и Ремоделирование нео-артерий. В этом исследовании были сфабрикованы PCL сосудистых имплантатов с толще волокон (5-6 мкм) и большие поры (~ 30 мкм) с помощью метода изменение обработки. Долгосрочной производительности трансплантата была оценена имплантации в модели брюшной аорты крысы. УЗИ анализ показал, что трансплантаты оставался патент без аневризма или стенозом, даже после 12 месяцев имплантации. Макропористые структура улучшить врастание клеток и таким образом способствовали ткани регенерировать на 3 месяца. Что еще более важно нет никаких признаков неблагоприятных ремоделирования, таких как обызвествление в пределах трансплантата стены после 12 месяцев. Таким образом electrospun PCL сосудистых имплантатов с модифицированных Макропористые обработки провести потенциал, чтобы заменить артерии для долгосрочного имплантации.
Introduction
Сосудистых имплантатов из синтетических полимеров широко используются в клинике для лечения сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). К сожалению, в случае малого диаметра сосудов графтов (D < 6 мм) существует без успешных продуктов из-за низкой проходимостью, вызвано снижение скорости кровотока, что часто приводит к тромбоз, гиперплазия интимы и другие 1осложнений.
Тканевая инженерия предоставляет альтернативную стратегию реализовать долгосрочные проходимость и основанный на эшафот руководствуясь сосудистой регенерации и восстановления гомеостаза. В деталях, сосудистого трансплантата, как трехмерные шаблон, может обеспечить механическую поддержку и структурных руководство во время регенерации сосудистых тканей и влияние клеточных функций, включая клеточной адгезии, миграция, распространение, и секрецию внеклеточная матрица2. До настоящего времени были оценены различных синтетических полимеров для приложений в сосудистой тканевой инженерии. Среди этих полимеров благодаря совместимости хорошие клетки и медленной деградации, начиная от нескольких месяцев до двух лет3интенсивно исследована poly(ε-caprolactone) (PCL). В крыса аорты модель4,5,6, PCL сосудистых имплантатов, обрабатываемые electrospinning выставлены отличные структурной целостности и проходимость, а также как непрерывно увеличение клеток вторжения и неоваскуляризации в Трансплантат стены на срок до 6 месяцев. Однако неблагоприятные тканей ремоделирования, включая регрессии клеток и капилляров и кальцификации, были также отмечены на более timepoints, до 18 месяцев.
Cellularization сосудистого трансплантата является ключевым фактором определения регенерации тканей и свергая7. Electrospinning, как универсальный метод, широко использовался для подготовки сосудистых имплантатов с нано волокнистая структура8. К сожалению относительно небольшой поровой структуры часто приводит к недостаточности клеток инфильтрата в electrospun сосудистого трансплантата, который ограничивает последующего регенерацию. Для решения этой проблемы, различные техники пытались увеличить размер поры и общая пористость, включая соли/полимерных выщелачивания9,10, модификация аппарата коллектора, после лечения, лазерного излучения11 , и т.д. В самом деле структура electrospun графтов (включая диаметр волокна, размер поры и пористость) тесно связана с обработки условий12,13. Во electrospinning диаметр волокна легко регулируется путем изменения параметров, как концентрация раствора полимера, скорость потока, напряжения и т.д. 14 , 15, и таким образом, размер пор пористость укрепились и соответственно.
Недавно мы сообщили модифицированных трансплантата electrospun PCL с Макропористые структуры (волокна с диаметром 5-7 мкм и поры 30-40 мкм). В естественных условиях имплантации, заменив крыс брюшной аорты показал высокий уровень проходимости, а также хорошее endothelialization и гладких мышц регенерации в 3 месяца после операции16. Что еще более важно не неблагоприятные тканей ремоделирования, включая кальцификации и клеток регрессии можно наблюдать даже после одного года имплантации.
Protocol
Representative Results
Discussion
Решающее значение для восстановления и реконструкции сосудистого трансплантата в естественных условиях16клеток инфильтрата. Ограниченное клеток инфильтрата часто связаны с относительно небольшой поры трансплантата, которые препятствуют миграции клеток в стену тр?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была финансово поддержана NSFC проектов (81522023, 81530059, 91639113, 81772000, 81371699 и 81401534).
Materials
| Poly(ε-caprolactone) (PCL) pellets (Mn=80,000) | Sigma | 704067 | |
| Methanol | Tianjin Chemical Reagent Company | 1060 | |
| Alcohol | Tianjin Chemical Reagent Company | 1083 | |
| Chloroform | Tianjin Chemical Reagent Company | A1007 | |
| Sucrose | Tianjin Fengchuan Company | 2296 | |
| Triton X-100 | Alfa Aesar | A16046 | |
| Sprague Dawley rats | Laboratory Animal Center of the Academy of Military Medical Sciences | ||
| Normal saline | Hebei Tiancheng Pharmaceutical company | ||
| Chloral hydrate | Tianjin Ruijinte chemical company | 2223 | |
| Heparin sodium Injection | Tianjin Biochem Pharmaceutical company | ||
| Gentamycin Sulfate Injection | Jiangsu Lianshui Pharmaceutical company | ||
| Mouse anti-α-SMA primary antibody | Abcam | ab7817 | |
| Mouse anti-smooth MYH primary antibody | Abcam | ab683 | |
| Rabbit polyclonal anti-rat elastin antibody | Abcam | ab23748 | |
| Rabbit anti-von Willebrand factor primary antibody | Abcam | ab6994 | |
| Goat anti-mouse IgG (Alexa Fluor 488) | Invitrogen | ab150117 | |
| Goat anti-rabbit IgG (Alexa Fluor 488) | Invitrogen | ab150077 | |
| 5% normal goat serum | Zhongshan Golden bridge | ZLI9022 | |
| Hematoxylin and eosin (H&E) | Beijing leagene biotech | DH0006 | |
| Masson's trichrome | Beijing leagene biotech | DC0032 | |
| Verhoeff-van Gieson (VVG) | Beijing leagene biotech | DC0059 | |
| Von Kossa | Beijing leagene biotech | DS0003 | |
| Surgical sutures needles with thread,3-0 silk | Shanghai Jinhuan medical supplies company | G3002b | |
| Surgical sutures needles with thread,9-0 silk | Shanghai Jinhuan medical supplies company | H901 |
Referências
- Coombs, K. E., Leonard, A. T., Rush, M. N., Santistevan, D. A., Hedberg-Dirk, E. L. Isolated effect of material stiffness on valvular interstitial cell differentiation. J Biomed Mater Res A. 105 (1), 51-61 (2017).
- Zhang, L., et al. A sandwich tubular scaffold derived from chitosan for blood vessel tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 77 (2), 277-284 (2006).
- Thottappillil, N., Nair, P. D. Scaffolds in vascular regeneration: current status. Vasc Health Risk Manag. 11, 79-91 (2015).
- Pektok, E., et al. Degradation and healing characteristics of small-diameter poly (e-caprolactone) vascular grafts in the rat systemic arterial circulation. Circulation. 118 (24), 2563-2570 (2008).
- Innocente, F., et al. Paclitaxel-eluting biodegradable synthetic vascular prostheses: a step towards reduction of neointima formation?. Circulation. 120 (11 Suppl), S37-S45 (2009).
- de Valence, S., et al. Advantages of bilayered vascular grafts for surgical applicability and tissue regeneration. Acta Biomater. 8 (11), 3914-3920 (2012).
- Assmann, A., et al. Acceleration of autologous in vivo recellularization of decellularized aortic conduits by fibronectin surface coating. Biomaterials. 34 (25), 6015-6026 (2013).
- Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).
- Baker, B. M., et al. The potential to improve cell infiltration in composite fiber-aligned electrospun scaffolds by the selective removal of sacrificial fibers. Biomaterials. 29 (15), 2348-2358 (2008).
- Wang, K., et al. Creation of macropores in electrospun silk fibroin scaffolds using sacrificial PEO-microparticles to enhance cellular infiltration. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 101 (12), 3474-3481 (2013).
- Lee, B. L. P., et al. Femtosecond laser ablation enhances cell infiltration into three-dimensional electrospun scaffolds. Acta Biomaterialia. 8 (7), 2648-2658 (2012).
- Rnjak-Kovacina, J., Weiss, A. S. Increasing the pore size of electrospun scaffolds. Tissue Eng Part B Rev. 17 (5), 365-372 (2011).
- Zhong, S., Zhang, Y., Lim, C. T. Fabrication of large pores in electrospun nanofibrous scaffolds for cellular infiltration: a review. Tissue Eng Part B Rev. 18 (2), 77-87 (2012).
- Pham, Q. P., Sharma, U., Mikos, A. G. Electrospun poly(epsilon-caprolactone) microfiber and multilayer nanofiber/microfiber scaffolds: characterization of scaffolds and measurement of cellular infiltration. Biomacromolecules. 7 (10), 2796-2805 (2006).
- Rnjak-Kovacina, J., et al. Tailoring the porosity and pore size of electrospun synthetic human elastin scaffolds for dermal tissue engineering. Biomaterials. 32 (28), 6729-6736 (2011).
- Wang, Z., et al. The effect of thick fibers and large pores of electrospun poly(epsilon-caprolactone) vascular grafts on macrophage polarization and arterial regeneration. Biomaterials. 35 (22), 5700-5710 (2014).
- Hutcheson, J. D., et al. Genesis and growth of extracellular-vesicle-derived microcalcification in atherosclerotic plaques. Nat Mater. 15 (3), 335-343 (2016).
- Tara, S., et al. Well-organized neointima of large-pore poly(L-lactic acid) vascular graft coated with poly(L-lactic-co-epsilon-caprolactone) prevents calcific deposition compared to small-pore electrospun poly(L-lactic acid) graft in a mouse aortic implantation model. Atherosclerosis. 237 (2), 684-691 (2014).
