PGS السقالات المرنة في هندسة الأنسجة الشرياني
Summary
قد PGS السقالات المرنة مع خلايا العضلات الملساء الوعائية المستزرعة في مفاعل حيوي يؤدي إلى تدفق نابض بنيات صغيرة قطرها الشرياني واعدة مع انتاج ECM الأم في فترة قصيرة نسبيا الثقافة.
Abstract
أمراض القلب والأوعية الدموية هي واحدة من الأسباب الرئيسية للوفيات في الولايات المتحدة وخصوصا أمراض الشرايين التاجية يزداد مع شيخوخة السكان وزيادة السمنة 1. حاليا ، سيخضع لعملية جراحية باستخدام السفن ذاتي ، allografts ، وزرع الانسجة الصناعية والمعروفة باسم استخداما ألف لبدائل الشرياني 2. ومع ذلك ، فإن هذه الطعوم لها تطبيقات محدودة عندما القطر الداخلي للشرايين هو أقل من 6 مم بسبب توافر منخفضة ، ومضاعفات الجلطات ، عدم تطابق الامتثال ، وفرط التنسج باطنة أواخر 3،4. للتغلب على هذه القيود ، وقد تم تطبيقها بنجاح هندسة الأنسجة باعتباره بديلا واعدا لتطوير بنيات صغيرة قطرها الشرايين التي nonthrombogenic وقوية ومتوافقة. وقد وضعت العديد من الدراسات السابقة ذات القطر الصغير يبني الشرياني مع ثلاثي صفاحي هيكل وخصائص ميكانيكية ممتازة وضغوط مماثلة لانفجار الشرايين الأصلية 5،6. في حين أن عالية الشد والضغط انفجر عن طريق زيادة إنتاج الكولاجين من مادة جامدة أو خلية سقالة ورقة ، وهذه التركيبات لا تزال منخفضة وكان إنتاج الإيلاستين والامتثال ، والتي تعتبر مشكلة رئيسية في قضية الكسب غير المشروع فشل بعد الزرع. النظر في هذه القضايا ، وافترضنا أن مادة بيولوجية elastometric جنبا إلى جنب مع تكييف الميكانيكية من شأنه أن يوفر المرونة وسلوك الإشارات الميكانيكية أكثر كفاءة للخلايا الأوعية الدموية ، والتي تزيد من إنتاج مصفوفة خارج الخلية ، ودعم التوجه الخلوية.
الهدف من هذا التقرير هو لإدخال تقنية تصنيع السقالات الأنبوبية التي يسهل اختراقها وتكييف دينامية ميكانيكية لتطبيقها في هندسة الأنسجة في الشرايين. استخدمنا الاستومر القابلة للتحلل ، وبولي (sebacate الجلسرين) (PGS) (7) لافتعال السقالات الأنبوبية التي يسهل اختراقها من الملح طريقة الانصهار. وكانت المصنفة الكبار الخلايا الأولية البابون العضلات الملساء (SMCs) على لمعة من السقالات ، والتي صممت لدينا مثقف في مفاعل حيوي تدفق نابض لمدة 3 أسابيع. والسقالات PGS سمك ثابت وتوزيعها عشوائيا الكلي والجزئي المسام. تكييف الميكانيكية من مفاعل حيوي تدفق نابض دعم وتعزيز التوجه SMC ECM الإنتاج في السقالات. هذه النتائج تشير إلى أن السقالات المرنة الميكانيكية وتكييف الثقافة مفاعل حيوي قد يكون وسيلة واعدة لهندسة الأنسجة في الشرايين.
Protocol
Discussion
تقنية التصنيع باستخدام الاستومر القابلة للتحلل وصفها هنا العديد من الميزات. (1) استخدمنا حمض الهيالورونيك (ها) في بيان العفن. منذ ها هو ذوبان في الماء ، أفرج عن سقالة بسهولة من العفن الزجاج بعد أن تمرغ في المياه. في هذا التقرير ، كنا 1.0 بالوزن / المجلد ٪ من حل HA بسبب تركيز منخفض (<0.5 بالوزن / المجلد ٪) من الحل وليس لزج يتدفق بسرعة عندما صب على رأس أنابيب زجاجية. إلى حل موحد HA معطف ، انقلبت لدينا أكثر من أنابيب الزجاج عندما حل طار أسفل الجزء السفلي من الأنابيب وكرر هذه الخطوة. هذا الطلاء ها هو إجراء حاسم لدينا تصنيع السقالات للإفراج النهائي. (2) استخدمنا الحرارة تقلص (HS) الأكمام للاحتفاظ الأملاح في أنابيب زجاجية. منذ الأملاح والمزدحمة بالسكان في المساحة الواقعة بين الجدار الداخلي للأنابيب الزجاج والأكمام HS ، احتفظ HS الأكمام بعد إزالة الأملاح مغزل وخاتم PTFE في الجزء السفلي من الأنابيب. يمكن أن نلغي HS الأكمام بسهولة عن طريق وضع القالب في الفرن على 120 درجة مئوية لمدة 5 دقائق ، ومن ثم الحصول على قوالب الملح أنبوبي. (3) وقد استخدمنا أسلوب الانصهار الملح. ومن المعروف جيدا أن الملح يمكن أن تحسن أسلوب الانصهار الترابط المسام والخواص الميكانيكية طريق تنويع وقت الانصهار 10. علاوة على ذلك ، منذ كنا PGS ، فقد تم إنتاج الكلي المسام من جزيئات الملح خلال عملية الترشيح ، في حين يحتمل أن تكون المسام الصغيرة التي تشكلت خلال بخار الجلسرين PGS المعالجة كما وصفناها سابقا 11. وبالتالي ، فإن هذا الأسلوب لديه القدرة على افتعال السقالات الأنبوبية التي يسهل اختراقها مع الاقتصاد الكلي والجزئي مختلف هياكل متفاوتة بواسطة جزيئات الملح ، وكذلك علاج PGS الشرط.
قدمت تكييف الميكانيكية من مفاعل حيوي نابض نضح تدفق (الحد الأقصى يعني تدفق = 14 مل / دقيقة ، إجهاد القص أقصى = 15،3 داين / سم 2 ، والتردد = 0،5-1،7 هرتز) والضغط من الناحية الفسيولوجية ذات الصلة مع سقالة PGS ، مما أدى إلى SMC النمو والتوجه (الشكل 4). هذه النتائج متسقة مع الدراسات السابقة التي تمتد التقارير الدورية في هذا التردد وإجهاد القص يزيد انتشار SMC 12 و 13،14 ECM إنتاج البروتين. بالإضافة إلى النمو SMC والتوجيه ، وبناء الدعم PGS ECM إنتاج البروتين ، وخصوصا تنظيم circumferentially الألياف المرنة (الشكل رقم 5) في غضون 3 أسابيع الثقافة في مفاعل حيوي. وقد أظهرت بعض الدراسات باستخدام سقالة بناء المرنة باعتبارها ذات القطر الصغير الشرايين وضغط القوة الميكانيكية انفجار مماثل في الشرايين الأصلية 15 ، والاندماج السريع في السقالات SMC متوافقة باستخدام الدوار قارورة 16،17 ، في حين لم يتم العثور على الألياف المرنة في هذه البنى. نتائجنا تشير الى ان انتفاخ دوري شعاعي من مفاعل حيوي تحسين ميكانيكية نقل الإشارة بصورة أكثر فعالية لSMCs في سقالة PGS ، والتي ساهمت على الأرجح إلى الإيلاستين التوليف والتنظيم.
منذ SMCs خلايا الأوعية الدموية هي الوحيدة المنتجة للبروتينات ECM في بطانة لدينا ، والنهج هادئة وتحسين القوة الميكانيكية اللازمة لتطوير ناجحة سريريا ذات القطر الصغير يبني الشرياني. وذكرت لنا أن الخلايا البطانية التعاون مع مثقف SMCs إنشاء المونولاير متكدسة وأيد بروتين تعبير النمط الظاهري في ظل ظروف ثقافتنا وتكييف الميكانيكية 9. لذا ، على أساس نهجنا وصفها هنا ، وتعديل شروط المشاركة في التجربة الثقافة ستكون الخطوة التالية لتحسين وظائف وتوليد التركيبات الناتجة nonthrombogenic ، قوية ، ومتوافقة مع الشرايين مماثلة لبناء الشرايين الأصلية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلف يشكر الدكتور جين قاو لتخليق PGS ، والدكتور بيتر Crapo للمناقشة متعمقة لإعداد مفاعل حيوي ، الدكاترة. محمد Ezzelarab ووو وى لقرد البابون explanting الشرايين السباتية. وأيد هذه الدراسة عن طريق منحة من المعاهد القومية للصحة (R01 HL089658).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number |
|---|---|---|
| Hyaluronic acid sodium salt | Sigma-Aldrich | H7630 |
| Tetrahydrofuran | Sigma-Aldrich | 401757 |
| MCDB 131 | Mediatech | 15-100-CV |
| Fetal bovine serum | Lonza | BW14-502F |
| L-glutamine | Mediatech | 25-005-CV |
| Ascorbic acid | Fisher Scientific | A62-500 |
| Antibiotic-antimycotic solution | Mediatech | 30-004-CI |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Mediatech | 21-031-CV |
| Tissue-Tek optimal cutting temperature compound, 4583 | Sakura Finetek | 25608-930 |
References
- The American Heart Association Statistics Committee Stroke Statistics Subcommittee. American Heart Association: Heart disease and stroke statistics-2009 update. Circulation. 119, 480-486 (2009).
- Isenberg, B. C., Williams, C., Tranquillo, R. T. Small-diameter artificial arteries engineered in vitro. Circ Res. 98, 25-35 (2006).
- Conte, M. S. The ideal small arterial substitute: a search for the Holy Grail. FASEB J. 12, 43-45 (1998).
- Wang, X., Lin, P., Yao, Q., Chen, C. Development of small-diameter vascular grafts. World J Surg. 31, 682-689 (2007).
- L’Heureux, N., Paquet, S., Labbe, R., Germain, L., Auger, F. A. A completely biological tissue-engineered human blood vessel. FASEB J. 12, 47-56 (1998).
- Niklason, L. E., Gao, J., Abbott, W. M., Hirschi, K. K., Houser, S., Marini, R., Langer, R. Functional arteries grown in vitro. Science. 284, 489-493 (1999).
- Wang, Y., Ameer, G. A., Sheppard, B. J., Langer, R. A tough biodegradable elastomer. Nat Biotechnol. 20, 602-606 (2002).
- Crapo, P. M., Gao, J., Wang, Y. Seamless tubular poly(glycerol sebacate) scaffolds: high-yield fabrication and potential applications. J Biomed Mater Res A. 86, 354-363 (2008).
- Gao, J., Ensley, A. E., Nerem, R. M., Wang, Y. Poly(glycerol sebacate) supports the proliferation and phenotypic protein expression of primary baboon vascular cells. J Biomed Mater Res A. 83, 1070-1075 (2007).
- Murphy, W. L., Dennis, R. G., Kileny, J. L., Mooney, D. J. Salt fusion: an approach to improve pore interconnectivity within tissue engineering scaffolds. Tissue Eng. 8, 43-52 (2002).
- Gao, J., Crapo, P. M., Wang, Y. Macroporous elastomeric scaffolds with extensive micropores for soft tissue engineering. Tissue Eng. 12, 917-925 (2006).
- Wilson, E., Mai, Q., Sudhir, K., Weiss, R. H., Ives, H. E. Mechanical strain induces growth of vascular smooth muscle cells via autocrine action of PDGF. J Cell Biol. 123, 741-747 (1993).
- Leung, D. Y., Glagov, S., Mathews, M. B. Cyclic stretching stimulates synthesis of matrix components by arterial smooth muscle cells in vitro. Science. 191, 475-477 (1976).
- Kim, B. S., Nikolovski, J., Bonadio, J., Mooney, D. J. Cyclic mechanical strain regulates the development of engineered smooth muscle tissue. Nat Biotechnol. 17, 979-983 (1999).
- Yang, J., Motlagh, D., Webb, A. R., Ameer, G. A. Novel biphasic elastomeric scaffold for small-diameter blood vessel tissue engineering. Tissue Eng. 11, 1876-1886 (2005).
- Stankus, J. J., Soletti, L., Fujimoto, K., Hong, Y., Vorp, D. A., Wagner, W. R. Fabrication of cell microintegrated blood vessel constructs through electrohydrodynamic atomization. Biomaterials. 28, 2738-2746 (2007).
- Nieponice, A., Soletti, L., Guan, J., Deasy, B. M., Huard, J., Wagner, W. R., Vorp, D. A. Development of a tissue-engineered vascular graft combining a biodegradable scaffold, muscle-derived stem cells and a rotational vacuum seeding technique. Biomaterials. 29, 825-833 (2008).
