Method Article
PGS אלסטומרי פיגומים עם כלי הדם לתאי שריר חלק בתרבית bioreactor זרימה pulsatile עלול להוביל בקוטר קטן בונה מבטיח עורקי עם ייצור ECM יליד בתקופה התרבות קצר יחסית.
מחלות לב וכלי דם הוא אחד הגורם המוביל לתמותה בארה"ב במיוחד, מחלת לב כלילית עולה עם האוכלוסייה המזדקנת והשמנה הגדלת 1. נכון לעכשיו, ניתוח מעקפים באמצעות כלי עצמיים, allografts, ואת שתלי סינתטי ידועים כמו נפוץ תחליפי עורקים 2. עם זאת, שתלי אלה יש יישומים מוגבלים כאשר הקוטר הפנימי של העורקים הוא פחות מ 6 מ"מ בשל זמינות נמוכה, סיבוכים טרומבוטיים, התאמה תאימות היפרפלזיה intimal מאוחר 3,4. כדי להתגבר על המגבלות האלה, הנדסת רקמות יושם בהצלחה כחלופה מבטיח לפתח קטן בקוטר בונה עורקי כי הם nonthrombogenic, חזקים, ותואמת. מחקרים קודמים מספר פיתחו בקוטר קטן בונה עורקי עם מבנה תלת lamellar, תכונות מכניות מעולה הלחץ פרץ להשוות העורקים יליד 5,6. למרות חוזק מתיחה גבוה ולחץ פרץ ידי הגברת ייצור הקולגן מחומר נוקשה או סדין בתא הגרדום, המבנים הללו עדיין ייצור האלסטין ציות נמוך, וזה בעיה רצינית כדי לגרום לכישלון השתל לאחר ההשתלה. לאור בעיות אלו, אנו משערים כי elastometric ביולוגי בשילוב עם מיזוג מכני תספק גמישות והתנהגות אותות מכני יעיל יותר לתאי הדם, אשר להגביר את ייצור תאי מטריקס ותמיכה אוריינטציה הסלולר.
מטרת דו"ח זה היא להציג את טכניקת ייצור של פיגומים צינורי נקבוביים מיזוג מכני דינמי והחלתן על הנדסת רקמות העורקים. השתמשנו אלסטומר מתכלה, פולי (sebacate גליצרול) (PGS) 7 בודה פיגומים צינורי נקבובי מן השיטה היתוך מלח. למבוגרים חלקה העיקרי הבבון שריר תאים (SMCs) היו זורעים על לומן של פיגומים, אשר בתרבית bioreactor תוכנן שלנו לזרום pulsatile למשך 3 שבועות. פיגומים PGS היה עקבי עובי ומופץ באופן אקראי מאקרו ומיקרו הנקבוביות. מיזוג מכונות מ bioreactor תזרים pulsatile נתמך SMC התמצאות משופרת ייצור ECM של פיגומים. התוצאות מראות כי פיגומים אלסטומרי ומיזוג מכני של התרבות bioreactor עשוי להיות שיטה מבטיחה עבור הנדסת רקמות העורקים.
1. Tubular הפיגום ייצור
2. הפיגום הכנה מתזמן Cell
3. תא מתזמן ותרבות
4. רקמות קציר מדגם הכנה לניתוח
5. נציג תוצאות:
פיגומים צינורי PGS היו מפוברקות באמצעות אלסטומר מתכלה בשיטה מלח היתוך (איור 1A). כל תא bioreactor סיפקו פיגומים זורם עם שניהם luminal ו abluminal ויכול להיות מנותקת כיחידה נפרדת לולאה זרימה הראשי (איור 1B). Bioreactor המערכת תוכננה במשך ארבע פיגומים culturing בכל פעם על ידי שליטה ובקרה לזרום כמו גם הלחץ (איור 1C & D).
סכמטי של תרבות bioreactor היה באיור. 2. לאחר זריעת SMCs, כל תא bioreactor היה מסובב ב 37 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות כדי להפיץ תאים אחיד לומן של הפיגום. ואז, זרם pulsatile היה מוחל על פיגומים עד 14 יום עם קצב הזרימה בהדרגה (איור 2 א) לחץ (איור 2 ב). לאחר 14 יום, זרימה בלחץ כל הזמן קבוע עד לסוף התרבות (יום 21).
מורפולוגיה של משטח הפיגום PGS נבדק על ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM). Micrographs אלקטרונים סורק הראתה כי הפיגום היה עקבי עובי הקיר (539 ± 18 מיקרומטר) (איור 3A) ומופץ באופן אקראי מאקרו ומיקרו הנקבוביות על פני השטח luminal (איור 3B). פרמטרים Morphometric של הפיגום נמדדה מן microcomputed טומוגרפיה (מיקרו CT) וניתוח הדמיה. גודל הנקבוביות ממוצע הוא 23.3 ± 3.9 מיקרומטר ו interconnectivity הנקבוביות היא 99.4 ± 0.62%, כלומר כל הנקבוביות מחוברים באופן מלא הפיגום. נקבוביות נמדדת תזוזה אתנול הוא 75.6 ± 2.7%.
מורפולוגיה נייד של לבנות את PGS נבדק על ידי SEM (איור 4). SMCs multilayered מכוסה לחלוטין את פני השטח luminal והם היו אוריינטציה בניצב לכיוון הזרימה. תוצאות אלו מראות כי מיזוג מכני מ bioreactor תזרים pulsatile תומך אוריינטציה SMC בתוך הפיגום.
נוכחות של תאי מטריקס (ECM) ו סיבים אלסטיים נבחנו על ידי H & E מכתים ואלסטין autofluorescence (איור 5). צביעת H & E הראו כי תאים וחלבונים ECM מכוסה לחלוטין את לומן של PGS לבנות. ואלסטין autofluorescence הראה גם סיבים אלסטיים מאורגן circumferentially על פני השטח של luminal לבנות. הפקה של חלבונים ECM ב בונה PGS נמדדו מתוך מבחני ביוכימיים. אלסטין קולגן מסיס ותכנים היו 20.2 ± 9.1 מיקרוגרם / מ"ג של רקמות 6.3 ± 1.9 מיקרוגרם / מ"ג של רקמה, בהתאמה.
1. איור הפיגום ייצור מערכת bioreactor. (א) סכמטי של צינורי פיגום ייצור. (ב) תא bioreactor. פיגומים חוברו צינורות PTFE, להציב לתוך צינור פוליקרבונט, ותוקנו על ידי פקקים גומי סיליקון מסגסוגת צלחות אלומיניום. חדר לכל אחד יש שני נתיבים זרימה: זורם luminal (על ידי צינורות סיליקון) ו abluminal (על ידי מחט מד). (ג) bioreactor מערכת ממוקמים בתוך האינקובטור. הוא כולל מאגר בינוני, מודול המשאבה peristaltic, מחליף גז, מתמרים ללחץ, שתי יריעות (העליון והתחתון), וכן שסתום מחט. (ד) מערכת bioreactor להציב מחוץ לחממה. הוא כולל צג לחץ, שליטה יחידה זרימה, מערכת נתונים הרכישה, ואת המחשב.
איור 2. סכמטי של התרבות bioreactor. (א) פרוטוקול והתרבות. (ב) יישומי פרופילים הלחץ בכל נקודת זמן (יום 1, 4, 7 ו 14).
איור 3. Surface המורפולוגיה של הפיגום PGS. (א) חתך. (ב) Lumen.
איור 4. מורפולוגיה נייד של PGS לבנות. (א) Lumen. (ב) חתך של לחתוך 45 °. חצים דמויות שניהם מייצגים את כיוון הזרימה.
איור 5. היסטולוגיה ואלסטין autofluorescence של PGS לבנות. (א) H & E מכתים. (ב) autofluorescence ואלסטין מקבילים. L: לומן. הגדלה: 40X. בר קנה מידה: 50 מיקרומטר.
טכניקת ייצור באמצעות אלסטומר מתכלה המתוארים כאן יש כמה תכונות. (1) השתמשנו חומצה היאלורונית (HA) כמו לשחרר עובש. מאז HA הוא מסיס במים, הפיגום השתחרר בקלות לאחר שריה אותו לתוך מים עובש הזכוכית. בדו"ח זה, השתמשנו 1.0 wt / כרך% של פתרון HA בגלל ריכוז נמוך (<0.5 wt / כרך%) של הפתרון הוא לא צמיג זורם למטה כל כך מהר כשאנחנו לשפוך אותו על גבי צינורות זכוכית. כדי פתרון HA מעיל אחיד, אנו התהפך צינור הזכוכית כאשר הפתרון הנמיכה את החלק התחתון של הצינור וחזר על שלב זה. זה ציפוי HA הוא קריטי בהליך הייצור שלנו לשחרור פיגומים הסופי. (2) השתמשנו חום כויץ (HS) שרוול עבור שמירה מלחים בצינור הזכוכית. מאז היו מלחים בצפיפות במרחב שבין הקיר הפנימי של צינורות זכוכית השרוול HS, שרוול HS שמר מלחים לאחר הסרת mandrel וטבעת PTFE בחלקו התחתון של הצינור. אנחנו יכולים להסיר שרוול HS בקלות על ידי הצבת את התבנית לתנור על 120 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות, ולאחר מכן לקבל תבניות מלח צינורי. (3) השתמשנו בשיטה היתוך מלח. זה ידוע היטב כי היתוך שיטה מלח יכולה לשפר interconnectivity נקבוביות תכונות מכניות על ידי שינוי זמן היתוך 10. יתר על כן, מאז השתמשנו PGS, מאקרו הנקבוביות יוצרו על ידי חלקיקי מלח בתהליך שטיפת, ואילו המיקרו נקבוביות נוצרו ככל הנראה על ידי אדי גליצרול נוצרו במהלך PGS ריפוי כפי שתואר קודם לכן 11. לכן, בשיטה זו יש פוטנציאל לייצר פיגומים צינורי נקבובי עם מאקרו שונים מיקרו מבנים על ידי שינוי חלקיקי מלח, כמו גם בריפוי מצב PGS.
מיזוג מכני מ bioreactor סיפקה זלוף תזרים pulsatile (מקסימום אומרת זרימה = 14 מ"ל / דקה, הלחץ גזירה מרבי = 15.3 Dyne / 2 ס"מ, תדירות = 0.5-1.7 הרץ) ו - פיזיולוגית הלחץ רלוונטי עם הפיגום PGS, אשר הובילה SMC צמיחה אוריינטציה (איור 4). תוצאות אלו עולות בקנה אחד עם מחקרים קודמים דיווח כי למתוח מחזורית בתדר זה הלחץ גזירה מגבירה SMC התפשטות 12, ECM ייצור החלבון 13,14. בנוסף לצמיחה SMC והכיוון, PGS לבנות נתמך ECM ייצור חלבון, במיוחד מאורגן circumferentially סיבים אלסטיים (איור 5) בתוך התרבות 3-שבוע bioreactor. כמה מחקרים באמצעות אלסטומרי פיגום כמבנה קטן בקוטר העורקים הראו חוזק מכני והלחץ פרץ להשוות העורקים יליד 15, ושילוב SMC המהירה פיגומים תואם באמצעות בקבוק טווה 16,17, בעוד סיבים אלסטיים לא נמצאו מבנים אלה. התוצאות שלנו מראים כי distension רדיאלי מחזורית מן bioreactor השתפר הולכת אותות מכני יעיל יותר SMCs ב PGS הפיגום, אשר ככל הנראה תרמו ואלסטין סינתזה הארגון.
מאז SMCs כלי הדם היו רק תאים שייצרו חלבונים ECM של האנדותל שלנו, הגישה שקט ולשפר את חוזק מכני יש צורך לפתח מוצלח קלינית בקוטר קטן בונה העורקים. יש לנו דיווח כי לתאי אנדותל שיתוף תרבותי עם SMCs שנוצר monolayer ומחוברות ותמך חלבון ביטוי פנוטיפ בתנאים התרבות שלנו ומיזוג מכני 9. לכן, בהתבסס על הגישה שלנו המתואר כאן, שינוי של שיתוף התרבות תנאי הניסוי יהיה הצעד הבא כדי לשפר את הפונקציות של המבנים כתוצאה וליצור nonthrombogenic, החזקה, ואת עורקי תואם לבנות דומה העורקים הילידים.
המחבר מודה ד"ר ג'ין גאו לסינתזה PGS, ד"ר פיטר Crapo לדיון תובנה bioreactor עבור ההתקנה, בני הזוג. מוחמד Ezzelarab ו ווי וו עבור explanting הבבון עורקי הראש. מחקר זה מומן על ידי מענק מטעם מכון הבריאות הלאומי (R01 HL089658).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם מגיב | חברה | מספר קטלוגי | |
---|---|---|---|
חומצה היאלורונית מלח נתרן | סיגמא אולדריץ | H7630 | |
Tetrahydrofuran | סיגמא אולדריץ | 401757 | |
MCDB 131 | Mediatech | 15-100-CV | |
בסרום שור עוברית | Lonza | BW14-502F | |
L-גלוטמין | Mediatech | 25-005-CV | |
חומצה אסקורבית | פישר סיינטיפיק | A62-500 | |
לאנטיביוטיקה antimycotic פתרון | Mediatech | 30-004-CI | |
בופר פוספט (PBS) | Mediatech | 21-031-CV | |
רקמות-Tek מתחם טמפרטורה אופטימלית חיתוך, 4583 | סאקורה Finetek | 25608-930 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved