التحجيم من المهندسة الطعوم الأوعية الدموية عن طريق 3D مطبوعة أدلة والطوق زرع الطريقة
Summary
سوف قابلة الأوعية الدموية المهندسة تحسين تطبيق السريرية. باستخدام أدلة كبيرة بسهولة مطبوعة 3D، تم إنشاء حلقات من العضلات الملساء الوعائية ومكدسة في شكل أنبوبي، وتشكيل الكسب غير المشروع الأوعية الدموية. يمكن أن يكون الحجم ترقيع لتلبية مجموعة من الأبعاد الشريان التاجي الإنسان ببساطة عن طريق تغيير حجم دليل مطبوعة 3D.
Abstract
لا يزال مرض الشريان التاجي السبب الرئيسي للوفاة، مما يؤثر على الملايين من الأميركيين. مع عدم وجود ترقيع الأوعية الدموية ذاتي المتاحة، وتوفر الطعوم المهندسة إمكانات كبيرة لعلاج المرضى. ومع ذلك، ترقيع الأوعية الدموية المهندسة هي عموما ليست قابلة بسهولة، الأمر الذي يتطلب تصنيع قوالب مخصصة أو أنابيب البوليمر من أجل تخصيص لأحجام مختلفة، مما يشكل ممارسة تستغرق وقتا طويلا ومكلفة. وتتراوح الشرايين الإنسان في قطر التجويف من حوالي 2،0 حتي 38 مم وسمك الجدار من حوالي 0،5-2،5 مم. لقد أنشأنا طريقة، يسمى "حزام زرع الطريقة"، والذي حلقات حجم مختلفة من الأنسجة من نوع الخلية المطلوبة، تظاهر هنا مع خلايا العضلات الملساء الوعائية (SMCS)، ويمكن إنشاؤها باستخدام أدلة من المشاركات مركز للسيطرة قطر التجويف والأغلفة الخارجية لإملاء سفينة سمك الجدار. ثم يتم تجميع هذه الحلقات الأنسجة لإنشاء بناء أنبوبي، ومحاكاة شكل طبيعي في أحد الاوعية الدموية. ويبلغ طول السفينة يمكن بالبريد مصممة ببساطة عن طريق تكديس عدد من حلقات المطلوبة لتشكل طول المطلوبة. مع تقنية لدينا، الأنسجة من أشكال أنبوبية، على غرار أحد الأوعية الدموية، ويمكن تصنيعها بسهولة في مجموعة متنوعة من أبعاد وأطوال لتلبية احتياجات العيادة والمريض.
Introduction
في علاج أمراض الشريان التاجي (CAD)، ويتم حصاد الأوعية الدموية من المريض نفسه كمادة الكسب غير المشروع لعملية جراحية. ومع ذلك، في كثير من الأحيان، والمرضى المصابين بأمراض لا تملك السفن قابلة للحياة للتبرع لأنفسهم، وفي الحالات التي لم يفعلوا، وموقع المانحة يسبب ضرر إضافي كبير ولديه خطر جدي للعدوى. 1 ترقيع الأوعية الدموية المهندسة يمكن أن تسد هذه الحاجة. التدرجية هو من أهمية قصوى بالنسبة للسفن الهندسة من أجل تلبية مجموعة واسعة من متطلبات المريض حجم السفينة. ومع ذلك، الأساليب الحالية للسفن الهندسة ليست بسهولة قابلة لل، وعادة ما تتطلب إعادة تصنيعها من قوالب معقدة أو السقالات البوليمر. الأكثر المهندسة الطعوم إما الاستفادة سقالة البوليمر أنبوبي الذي المصنف مع الخلايا الليفية الوعائية، العضلات الملساء، أو الخلايا البطانية. أو المتداول ورقة خلية حول مغزل لإنشاء أنبوب الأنسجة. تستند اثنين ترقيع الأوعية الدموية المهندسة في التجارب السريرية على decellularizeد منصة البوليمر ECM. 2، 3، 4 ترقيع بوليمر المتاحة للاستخدام في إصلاح الأوعية الدموية معروفة لديك مشاكل مع المباح، والتي يمكن أن تنشأ باعتبارها قضية رئيسية مع تطبيق على المدى الطويل من الكسب غير المشروع مع وجود البوليمر المستدام. وقد استخدمت قوالب أنبوبية لتصنيع أوعية تماما الخلوية، 5، 6، 7، 8، 9، 10، 11، 12، 13 التي الإجراءات يتطلب تصميم إضافي وتصنيع أداة لقوالب مخصصة لإنتاج السفن في مجموعة متنوعة من الأحجام .
الطريقة الموصوفة هنا يشمل تقنية جديدة لخلق الأوعية الدموية المهندسة تحجيم بسهولةترقيع باستخدام تخصيص 3D إدراج المطبوعة ولوحات الثقافة التقليدية. هي المصنفة 14 خلايا في لوحات مع تدرج من وظيفة المركزية والغلاف الخارجي. الضوابط آخر التجويف قطر، وتتيح للأحادي الطبقة خلية في تقرير المصير، التجمع في حلقة من الأنسجة. والخارجي ضوابط قذيفة سماكة من الحلبة، وبالتالي سماكة جدار السفينة النهائية. ثم يتم تجميع حلقات النسيج الانتهاء من تشكيل أنبوبي والكسب غير المشروع الأوعية الدموية. ميزة لهذه الطريقة، ويطلق عليه "حلقة زرع الطريقة،" هو أن أي نوع من الخلايا الملتصقة يمكن المصنف في الإعداد لوحة وحلقات الأنسجة أو أنابيب من أي حجم الحاجة للتطبيق المطلوب يمكن توليدها عن طريق ببساطة تعديل إدراج دليل. لا تزال تقنيات نسبية في الأنسجة حلقات الهندسة خلق من الأنسجة يصعب على نطاق وو 15 و 16 التي تتطلب إعادة تصنيعها من قوالب لكل الحجم المطلوب. بالإضافة إلى ذلك، قدمت ترقيع الأوعية الدموية باستخدام هذه الطريقة يمكن إنتاجد في 2-3 أسابيع، عدة أسابيع أسرع مقارنة مع السفن المهندسة أخرى. 6 بالنسبة للعيادة، ويمكن هذه المرة التناقض فارقا كبيرا في علاج المريض المتدهور.
Protocol
Representative Results
Discussion
يعرض حلقة زرع الطريقة مزايا متعددة على الأنسجة المهندسة وتقنيات بناء الأوعية الدموية الحالية. ويمكن تكييف RSM لإنشاء السفن البشرية من أي حجم ببساطة عن طريق تخصيص منصب والغلاف الخارجي الأبعاد. يسمح لدينا وسيلة لتطوير السفن خالية من البوليمر المهندسة تتكون فقط من خلاي?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر لدينا زميل لام الزملاء مختبر عمار شيشتي وBijal باتيل للحصول على المساعدة الكريمة مع بعض من ثقافة الأنسجة والخلايا. تم توفير التمويل من جامعة واين ستايت النانوي زمالة (CBP)، للبدء في إنشاء صناديق ومعهد بحوث القلب والأوعية الدموية غرانت البذور (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 |
References
- 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).
