PGS elastomerico Ponteggi in Ingegneria tessuto arterioso
Summary
PGS elastomerico ponteggi con cellule muscolari lisce vascolari in coltura in un bioreattore flusso pulsatile può portare a promettenti costruisce arterie di piccolo diametro con la produzione ECM nativo in un relativamente breve periodo di coltura.
Abstract
Le malattie cardiovascolari sono una delle principali cause di mortalità negli Stati Uniti e soprattutto, malattia coronarica aumenta con l'invecchiamento della popolazione e l'aumento dell'obesità 1. Attualmente, la chirurgia di bypass utilizzando vasi autologhi, trapianti e innesti sintetici sono conosciuto come un comunemente usato per i sostituti arteriosa 2. Tuttavia, questi innesti hanno applicazioni limitate quando un diametro interno delle arterie è inferiore a 6 mm a causa della scarsa disponibilità, complicanze trombotiche, mancata corrispondenza rispetto, e alla fine iperplasia intimale 3,4. Per superare queste limitazioni, l'ingegneria dei tessuti è stata applicata con successo come alternativa promettente per sviluppare costruisce arterie di piccolo diametro che sono nonthrombogenic, robusti e conformi. Diversi studi precedenti hanno sviluppato costruisce arteriosi di piccolo diametro con tri-struttura lamellare, eccellenti proprietà meccaniche e la pressione di scoppio paragonabile ad arterie native 5,6. Mentre elevata resistenza alla trazione e pressione di scoppio, aumentando la produzione di collagene da un materiale rigido o cella foglio patibolo, questi costrutti ancora bassa produzione di elastina e di conformità, che è un grosso problema per causare il fallimento dell'innesto dopo l'impianto. Considerando questi aspetti, abbiamo ipotizzato che un elastomero biomateriale combinato con condizionamento meccanico fornirà elasticità e condurre segnali meccanici in modo più efficiente alle cellule vascolari, che aumentano la produzione della matrice extracellulare e supporto all'orientamento cellulare.
L'obiettivo della presente relazione è quello di introdurre una tecnica di fabbricazione di poroso ponteggi tubolari e un condizionamento meccanico dinamica di applicazione a ingegneria dei tessuti delle arterie. Abbiamo usato un elastomero biodegradabile, poli (sebacato glicerolo) (PGS) 7 per la realizzazione di ponteggi tubolari poroso dal metodo di fusione del sale. Adulto primaria cellule muscolari lisce babbuino (SMC) sono stati seminati sul lume di ponteggi, che colta nel nostro bioreattore progettato flusso pulsatile per 3 settimane. Ponteggi PGS aveva spessore costante e distribuiti in modo casuale macro e micro-pori. Condizionamento meccanico da bioreattore flusso pulsatile supportato SMC orientamento e una maggiore produzione di ECM in ponteggi. Questi risultati suggeriscono che i ponteggi elastomerici e condizionamento meccanico della cultura bioreattore può essere un metodo promettente per l'ingegneria tissutale arteriosa.
Protocol
Discussion
La tecnica di fabbricazione utilizzando un elastomero biodegradabile qui descritto ha caratteristiche diverse. (1) Abbiamo usato acido ialuronico (HA) in un comunicato stampo. Dal momento che HA è solubile in acqua, patibolo era facilmente liberato dallo stampo di vetro dopo aver immerso in acqua. In questo rapporto, abbiamo usato 1,0 peso / volume% di soluzione HA perché a bassa concentrazione (<0,5 peso / volume%) di soluzione non è viscoso e scorre così velocemente quando ci si versa sulla parte superiore del tubo di vetro. Alla soluzione di cappotto HA uniformemente, abbiamo capovolto i tubi di vetro quando la soluzione volò giù nella parte inferiore del tubo e ripetuto questo passaggio. Questo rivestimento HA è una critica alla nostra procedura di fabbricazione per il rilascio ponteggi finale. (2) Abbiamo usato termoretraibile (HS) manica per trattenere i sali nel tubo di vetro. Dal momento che i sali erano densamente nello spazio tra la parete interna del tubo di vetro e la manica HS, HS manica mantenuto sali dopo aver rimosso mandrino e anello in PTFE nella parte inferiore del tubo. Potremmo togliere manica HS facilmente mettendo lo stampo in forno a 120 ° C per 5 minuti, e quindi ottenere il sale modelli tubolari. (3) Abbiamo usato il metodo di fusione del sale. E 'noto che la fusione metodo di sale in grado di migliorare l'interconnessione dei pori e le proprietà meccaniche, variando il tempo di fusione 10. Inoltre, dal momento che abbiamo usato PGS, macro-pori sono stati prodotti dalle particelle di sale durante il processo di lisciviazione, mentre la micro-pori erano probabilmente generato dal vapore glicerolo formano durante PGS curare come abbiamo descritto in precedenza 11. Così, questo metodo ha un potenziale per fabbricare poroso ponteggi tubolari con diverse macro-e micro-strutture variando particelle di sale e PGS curare condizione.
Il condizionamento meccanico dal bioreattore ha fornito perfusione flusso pulsatile (massima media di flusso = 14 ml / min, la massima sollecitazione di taglio = 15.3 dyne / cm 2, frequenza = 0,5-1,7 Hz) e fisiologicamente pressione pertinente con l'impalcatura PGS, che ha portato alla SMC crescita e di orientamento (Fig. 4). Questi risultati sono coerenti con gli studi precedenti rapporti che si estendono ciclico a questa frequenza e lo stress di taglio aumenta la proliferazione SMC 12, e la produzione di proteine ECM 13,14. Oltre alla crescita SMC e di orientamento, PGS costruire sostenuto la produzione di proteine ECM, specialmente circonferenza organizzato fibre elastiche (Fig. 5) entro 3 settimane cultura del bioreattore. Alcuni studi con un elastomero patibolo come un piccolo diametro costruire arteriosa hanno dimostrato resistenza meccanica e la pressione di scoppio paragonabile ad arterie native 15, e una rapida integrazione SMC ponteggi compatibile con ogiva fiasco 16,17, mentre le fibre elastiche non sono stati trovati in questi costrutti. I nostri risultati suggeriscono che la distensione ciclico radiale dal bioreattore migliorato trasduzione del segnale meccanico in modo più efficace di SMC in PGS patibolo, che probabilmente ha contribuito alla sintesi di elastina e di organizzazione.
Dal SMC vascolari sono state le uniche cellule che producevano proteine ECM nel nostro approccio, endotelio quiescente e migliorare la resistenza meccanica sono necessarie per sviluppare una clinica di successo costruisce arteriosi di piccolo diametro. Ci hanno riferito che le cellule endoteliali co-coltura con SMC generato un monostrato confluente e sostenuto l'espressione della proteina fenotipo sotto i nostri condizioni di coltura e di condizionamento meccanico 9. Pertanto, sulla base delle nostre approccio qui descritto, modifiche di co-coltura condizioni di esperimento sarebbe un passo successivo per migliorare le funzioni di costrutti che ne risulta e generare nonthrombogenic, robusto, e compatibile con arteriosa costruire simili alle arterie native.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L'autore ringrazia il Dott. Jin Gao per la sintesi PGS, il Dott. Peter Crapo di discussione penetranti bioreattore per l'installazione, Drs. Mohamed Ezzelarab e Wei Wu per espianto babbuino arterie carotidi. Questo studio è stato supportato da una sovvenzione da parte del National Institutes of Health (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 |
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