Elastomerik PGS Arter Doku Mühendisliği Yapı iskeleleri
Summary
Pulsatil akış biyoreaktör kültürü damar düz kas hücreleri ile Elastomerik PGS iskeleler, görece kısa bir kültür dönemde, yerli ECM üretim ile gelecek vaat eden küçük çaplı arter yapıları neden olabilir.
Abstract
Kardiyovasküler hastalıklar ABD'de ölüm önde gelen nedenidir ve özellikle koroner arter hastalığı yaşlanan bir nüfus ve artan obezite 1 artar. Şu anda, otolog gemileri, allogreftler ve yaygın 2 arter yerine kullanılan olarak bilinen sentetik greft ile bypass cerrahisi. Ancak, bu greftler arterlerin iç çapı 6 mm daha düşük kullanılabilirlik, trombotik komplikasyonlar, uygunluk uyumsuzluğu, ve geç intimal hiperplazi 3,4 nedeniyle az sınırlı uygulamalar var. Bu sınırlamaları aşmak için, doku mühendisliği nonthrombogenic, sağlam ve uyumlu küçük çaplı arter yapıları geliştirmek için umut verici bir alternatif olarak başarıyla uygulanmaktadır. Birkaç önceki çalışmalarda, üç tabakalı yapı, mükemmel mekanik özellikleri ve ana arterleri 5,6 ile karşılaştırılabilir patlama basıncı ile küçük çaplı arter yapıları geliştirmiştir . Yüksek çekme dayanımı ve sert bir malzeme veya hücre sac iskele kolajen üretimini artırarak patlama basıncı, bu yapıları hala önemli bir sorundur implantasyon sonrası greft yetmezliğine neden düşük elastin üretimini ve uyum vardı. Bu konular göz önüne alındığında, mekanik havalandırma ile birlikte bir elastometrik biyomateryal esnekliğini sağlamak ve ekstraselüler matriks üretimini artırmak ve hücresel yönlendirme desteği damar hücreleri, mekanik sinyalleri yapmak daha verimli olacağı hipotezi.
Bu raporun amacı, gözenekli borulu iskeleler bir imalat tekniği ve onları arteriyel doku mühendisliği uygulamak için dinamik bir mekanik havalandırma tanıtmak. Biz tuz füzyon yöntemi gözenekli tübüler iskeleleri imalatı, poli (gliserol sebacate) (PGS) 7 biyolojik olarak parçalanabilen bir elastomer kullanılır. Yetişkin birincil babun düz kas hücreleri (SMC'lere), iskeleler, 3 hafta için tasarlanmış pulsatil akış biyoreaktör kültüre lümen numaralı seribaşı. PGS iskeleleri tutarlı kalınlık ve rastgele dağıtılan makro ve mikro gözenekleri. Pulsatil akış biyoreaktör Mekanik Klima SMC yönelim ve iskeleler gelişmiş ECM üretim desteklenir. Bu sonuçlar, elastomerik iskeleleri ve biyoreaktör kültürü mekanik havalandırma arter doku mühendisliği için umut verici bir yöntem olabileceğini düşündürmektedir.
Protocol
Discussion
Burada tanımlanan biyolojik olarak parçalanabilen elastomer kullanarak üretim tekniği, çeşitli özelliklere sahiptir. (1) bir kalıp ayırıcı olarak kullanılan hyaluronik asit (HA). HA suda çözünür olduğundan, iskele kolaylıkla suya iliklerine sonra cam kalıp serbest bırakıldı. Bu raporda, 1,0 wt / vol% HA çözüm çözüm konsantrasyonu düşük (<0,5% ağırlık / hacim) viskoz değildir ve biz cam boru üstüne dökme işlemi sırasında aşağı çok hızlı akar çünkü kullandı. Çözüm, alt boru aşağı uçtu ve bu adımı tekrarlayan kat HA çözüm için eşit, cam tüp devrildiğinde. Bu HA kaplama, son iskeleleri serbest bırakılması için bizim imalat prosedürü kritik bir. (2) ısı shrinkable (HS) kol cam tüp tuzları elde etmek için kullanılır. Tuzları yoğun cam tüp ve HS kol iç duvar arasındaki boşluk dolu olduğundan, HS, kol, boru alt mandrel ve PTFE halka çıkardıktan sonra tuzları korudu. Biz HS kol kalıp 120 ° C 'de 5 dakika süreyle bir fırına koyarak kolayca kaldırmak ve daha sonra tübüler tuz şablonları olsun. (3) tuz füzyon yöntemi kullanılır. Çok iyi tuz füzyon yöntemi füzyon zaman 10 değişik gözenek birleştiricisi ve mekanik özelliklerini geliştirmek olduğu bilinmektedir. PGS kullanılan mikro gözenekler büyük olasılıkla gliserol buharı tarafından oluşturulan, biz daha önce 11 açıklandığı gibi kür PGS sırasında oluşan iken Ayrıca, makro gözenekler, liç işlemi sırasında tuz parçacıklar tarafından üretildi. Böylece, bu yöntem, değişen durum kür PGS tuz partikülleri yanı sıra, farklı makro ve mikro yapıları ile gözenekli tübüler iskeleleri imal etmek için bir potansiyele sahiptir.
Biyoreaktör mekanik klima pulsatil akım perfüzyon (maksimum akım ortalama = 14 ml / dak, maksimum kayma gerilmesi = 15.3 dyn / cm 2, frekans = 0,5 – 1,7 Hz) ve fizyolojik yol açan PGS iskele ile ilgili basınç SMC büyüme ve oryantasyon (Şekil 4). Bu sonuçlar, önceki çalışmalarda, bu frekans o döngüsel streç raporlama ve kayma gerilmesi SMC proliferasyonunu 12, ve ECM protein üretimini 13,14 artırır ile tutarlıdır. PGS SMC büyüme ve yönlendirmeye ek olarak, özellikle dairesel biyoreaktör, 3 hafta kültürü içinde elastik liflerin (Şekil 5) düzenlenen, ECM protein üretimini desteklenen inşa . Elastik liflerin bu yapıları ise küçük çaplı arter yapı olarak bir elastomerik iskele kullanan bazı çalışmalar, mekanik dayanım ve ana arterlerde 15 ve bükme balon 16,17 uyumlu iskeleleri kullanarak hızlı SMC entegrasyon ile karşılaştırılabilir patlama basıncı göstermiştir. Bizim sonuçlarımız biyoreaktör o döngüsel radyal distansiyon PGS iskele, muhtemelen elastin sentezi ve organizasyon katkıda SMC'lere daha etkin bir şekilde geliştirilmiş mekanik sinyal iletimi öneririz.
Vasküler SMC'lere, bizim yaklaşımımız, sükunet endotel ECM proteinleri üretilen ve klinik başarılı küçük çaplı arter yapıları geliştirmek için gerekli olan mekanik gücünü artırmak sadece hücreleri olduğundan. Endotel hücreleri, kültür koşulları ve mekanik havalandırma 9 altında bir konfluent tek tabaka ve desteklenen fenotip protein ekspresyonu üretilen SMC'lere ile birlikte kültürlü bildirdin . Bu nedenle, bizim yaklaşımımız dayalı ko-kültür deney koşullarının değiştirilmesi çıkan yapıları fonksiyonlarını geliştirmek ve nonthrombogenic, sağlam oluşturmak için bir sonraki adım olacaktır, burada açıklanan ve uyumlu arter ana arterlere benzer bir yapı.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazar Dr. Jin PGS sentezi, biyoreaktör kurulum Dr anlayışlı tartışma için Dr. Peter Crapo Gao teşekkürler. Muhammed Ezzelarab ve babun karotis arterler explanting Wu Wei. Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01 HL089658) bir hibe ile desteklenmiştir.
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).
