Name: the arteriovenous (av) loop in a small animal model to study angiogenesis and vascularized tissue engineering
Uploaded: 2016-11-02T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Arteriovenous AV Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering at JoVE.com

Vi vil gerne takke følgende institutioner til at støtte vores AV loop forskning: Staedtler Stiftung, Dr. Fritz Erler Fonds, Else Kröner Fesenius Stiftung, Baxter Healthcare GmbH, DFG, IZKF / ELAN / EFI / Kontoret for Ligestilling og mangfoldighed, Forschungsstiftung Medizin Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nürnberg (FAU), AO Foundation, Manfred Roth Stiftung, Xue Hong, Hans Georg Geis Foundation, Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD), Tyskland, og ministeriet for højere uddannelse og videnskabelig forskning, Irak. Vi vil gerne takke Stefan Fleischer, Marina Milde, Katrin Köhn og Ilse Arnold-Herberth for deres fremragende tekniske support.

The Animal Care udvalg af Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nürnberg (FAU) og regeringen for Mittelfranken, Tyskland, godkendt alle forsøgene. For forsøgene, Lewis-hanrotter med en kropsvægt på 300 - blev 350 g anvendes. 1. arteriovenøse Loop model i Rat <ol><li> Implantation Procedure (figur 2) <ol><li> Til anæstesi bruge en speciel plastic boks, der er forbundet via rør til isofluran fordamper og lukkes med et låg. Tænd gasforsyningen og flowmåler mellem 0,8 - 1,...

I over et årti, har vi med succes brugt arteriovenøse (AV) loop for vævsteknologiske formål og studere angiogenese in vivo i den lille dyremodel. Vi kunne påvise, at denne mikrokirurgisk model er meget velegnet til engineering forskellige væv, og at det kan også anvendes til angiogenese eller antiangiogenese undersøgelser. Betydningen af Teknik med Respekt for eksisterende / Alternative Metoder Manipuleret væv eller organer kræver en funktionel blod...

De fleste væv og organer i det menneskelige legeme er afhængige af en funktionel blodkar, som forsyner næringsstoffer, udveksler gasser og fjerner affaldsprodukter. Funktionsfejl i systemet forårsaget af lokale eller systemiske vaskulære problemer kan føre til en lang række alvorlige sygdomme. Desuden er der i forskningsområder som vævsmanipulation eller regenerativ medicin, et funktionelt blodkar netværk inden kunstigt genererede væv eller transplanterede organer er uundværlig for en vellykket klinisk anvendelse. I årtier forskere har undersøgt de nøjagtige mekanismer involveret i den voksende kar for at få dybere indsigt i patologiske situationer for at finde nye terapeutiske indgreb og give bedre forebyggelse af vaskulære lidelser. I det første trin, er grundlæggende processer såsom celle-celle interaktioner eller virkningen af molekyler på celler af den vaskulære system sædvanligvis undersøgt ved in vitro 2D eller 3Deksperimenter. Traditionelle 2D modeller er let at udføre, er veletablerede og har i høj grad bidraget til en bedre forståelse af disse processer. For første gang i 1980, Folkman et al. rapporterede in vitro angiogenese podning af endotelceller på gelatineovertrukne pladerne 1. Dette gav straks måde at offentliggørelsen af en lang række yderligere 2D angiogenese eksperimenter på endotelcelle kanaldannelse assay 2, migration assay 3 og den co-dyrkning af forskellige celletyper 4, såvel som andre. Disse analyser er stadig bruges i dag, og accepteret som standard in vitro-metoder. Men denne forsøgsopstilling ikke altid er hensigtsmæssigt for studiet af in vivo-celle adfærd, da de fleste celletyper kræver et 3D-miljø til dannelse relevante fysiologiske vævsstrukturer 5. Det kunne påvises, at arkitekturen i 3D matrix er afgørende for kapillær morphogenesis 6 og at celle-ekstracellulær matrix (ECM) interaktioner og 3D dyrkningsbetingelser regulerer vigtige faktorer involveret i tumor angiogenese 7. 3D Matricen indeholder komplekse mekaniske indgange, kan binde effektor proteiner og etablere væv omfattende opløst stof koncentrationsgradienter. Desuden anses det for nødvendigt for at efterligne in vivo morfogenetiske og remodeling skridt i komplekse væv 5. I disse systemer kan både angiogenese og vaskulogenese undersøges. Mens angiogenese beskriver spiring af kapillærer fra forudeksisterende blodkar 8, vaskulogenese refererer til de novo dannelsen af blodkar gennem endotelceller eller deres stamceller 9,10. Modning af skibe er beskrevet i en proces, der kaldes &quot;arteriogenese&quot; via rekruttering af glatte muskelceller 11. En typisk angiogen in vitro model er den spiring af endotelceller fra eksisterende monolags podet som et monolag på gel overflader, på overfladen af mikrosfærer indlejret i en gel eller ved at bygge endotheliale celle sfæroider 12. I vaskulogene modeller enkelt endotelceller indesluttet i en 3D gel. De interagerer med tilstødende endotelceller til dannelse vaskulære strukturer og netværk de novo, typisk i kombination med støttende celler 12. Men selv komplekse 3D in vitro-modeller kan ikke efterligne in vivo indstillinger helt givet de mange celle-celle og celle-ECM interaktioner 13. Stoffer med høj in vitro aktivitet ikke automatisk viser de samme virkninger in vivo og omvendt 14. For en omfattende analyse af vaskularisering processer der er et presserende behov for at udvikle in vivo modeller, der bedre simulerer situationen i kroppen. Et stort udvalg af in vivo-angiogenese assays er beskrevet i litteraturen, herunderkyllingechorioallantoinmembranen assay (CAM), zebrafisk model, den corneale angiogenese assay den dorsale luftsækken model, den dorsale skinfold kammer, de subkutane tumormodeller 14. Men disse analyser ofte forbundet med begrænsninger, såsom hurtige morfologiske ændringer, problemer med at skelne nye kapillærer fra allerede eksisterende i CAM assay, eller den begrænsede plads i hornhindens angiogenese assay 15. Endvidere ikke-mammale systemer anvendes (f.eks., Zebrafisk model 16), hvilket fører til problemer i xenotransplantation 17. I den subkutane tumor model kan angiogenese udelukkende kommer fra selve tumoren ikke analyseres eftersom det tilstødende væv i høj grad bidrager til vaskularisering processen. Desuden kan det omgivende væv har en afgørende rolle i udformningen af tumor mikromiljø 18. Ikke kun for at studere angiogenese eller vaskulogenese er der en stærk need om et standardiseret og godt karakteriseret in vivo model, men også for at studere forskellige vaskularisering strategier i tissue engineering og regenerativ medicin. Dag, frembringelsen af komplekse kunstige organer eller væv er muligt både in vitro og in vivo. 3D bioprinting giver en on-demand fabrikation teknik til at generere komplekse 3D funktionelle levende væv 19. Endvidere kan bioreaktorer skal bruges til generering væv 20 eller endog egen krop, kan anvendes som bioreaktor 21. Men den væsentligste barriere for vellykket anvendelse af kunstigt genererede væv er manglen på vaskularisering inden de konstruerede konstruktioner. Umiddelbar forbindelse til værten vaskulatur efter transplantation er en væsentlig forudsætning for overlevelse, især i tilfælde af store kunstige væv eller organer. Forskellige in vitro eller in vivo prevascularization strategier var develviklet til at etablere en funktionel mikrovaskulatur i konstruktioner inden implantation 22. Implantation af et stillads med in vitro foruddannede manipulerede kapillærer på den dorsale hud af mus førte til en hurtig anastomose af musene vaskulaturen inden for en dag 23. I modsætning hertil en sfæroid co-kultur bestående af humane mesenchymale stamceller og humane navleveneendotelceller samlet i et tredimensionalt prevascular netværk videreudviklet efter in vivo implantation. Imidlertid anastomose med værten vaskulatur var begrænset 24. Frem for alt i dårligt vaskulariserede defekter, såsom nekrotiske eller bestrålede områder, denne såkaldte ydre vaskularisering - indvækst af skibe fra det omkringliggende område i stilladset - ofte mislykkes. Intrinsic vaskularisering, på den anden side, er baseret på en vaskulær akse som en kilde til nye kapillærer spiring i stilladset 25. Brug af aksiale vaskularisering tilgangKan den konstruerede væv transplanteres med sine vaskulære akse og forbundet med lokale fartøjer på recipientstedet. Umiddelbart efter transplantation, er vævet tilstrækkeligt understøttet af ilt og næringsstoffer, som skaber de rette betingelser for en optimal integration. På grund af den begrænsede tilgængelighed af modeller til at undersøge in vivo angiogenese og i erkendelse af den voksende betydning af at generere aksialt vaskulariseret væv, vi udviklet mikrokirurgisk tilgang Erol og Spira yderligere til at generere en arteriovenøs (AV) loop i dyremodel 26. Anvendelsen af et fuldstændigt lukket implantation kammer gør denne fremgangsmåde meget velegnet til at studere dannelsen af blodkar under &quot;kontrolleret&quot;, velkarakteriseret in vivo betingelser (figur 1). Denne model er ikke kun nyttig til undersøgelse af angiogenese, men er også optimalt egnet til den aksiale vaskularisering af stilladser til væv engineering formål.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="931">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">0.9% sodium chloride</td>
			<td style="width:251px;">Berlin-Chemie AG</td>
			<td style="width:203px;">34592508</td>
			<td style="width:124px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:355px;">11-0 Ethilon / polyamide 6/6</td>
			<td style="width:251px;">Ethicon</td>
			<td>EH7438G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">4-0 Vicryl / polygalactin 910</td>
			<td style="width:251px;">Ethicon</td>
			<td>V392H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">6-0 Prolene / polypropylene</td>
			<td style="width:251px;">Ethicon</td>
			<td>8695H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">aluminium spray</td>
			<td style="width:251px;">Pharma Partner Vertriebs-GmbH</td>
			<td>1020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">antiseptics&#160;</td>
			<td style="width:251px;">BODE Chemie GmbH&#160;</td>
			<td style="width:203px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">Catheter&#160;</td>
			<td style="width:251px;">B Braun Meslungen AG</td>
			<td>4251612-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="18">
			<td height="18" style="height:19px;width:355px;">contrast agent</td>
			<td style="width:251px;">Flowtech</td>
			<td>&#160;MV-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:355px;">embutramide, mebezonium iodide, tetracaine hydrochloride injectable solution&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Intervet International GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">encre de chine intense indian ink</td>
			<td style="width:251px;">Lefranc &#38; Bourgeois&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">Enrofloxacin&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Bayer AG</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">eye ointment&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Bayer AG</td>
			<td style="width:203px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:355px;">Formalin 4 %&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Carl Roth GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td>P087.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:355px;">Heparin</td>
			<td style="width:251px;">Ratiopharm GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:355px;">isoflurane&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Abbott Laboratories</td>
			<td>6055482</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">Lewis rat, male</td>
			<td style="width:251px;">Charles River Laboratories</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">Metamizol-Natrium&#160;</td>
			<td style="width:251px;">Ratiopharm GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:355px;">papaverine / Paveron N</td>
			<td style="width:251px;">Linden Arzneimittel-Vertrieb-GmbH</td>
			<td style="width:203px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:355px;">tramadol / Tramal</td>
			<td style="width:251px;">Gr&#252;nenthal GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the arteriovenous (av) loop in a small animal model to study angiogenesis and vascularized tissue engineering

A functional blood vessel network is a prerequisite for the survival and growth of almost all tissues and organs in the human body. Moreover, in pathological situations such as cancer, vascularization plays a leading role in disease progression. Consequently, there is a strong need for a standardized and well-characterized in vivo model in order to elucidate the mechanisms of neovascularization and develop different vascularization approaches for tissue engineering and regenerative medicine.
We describe a microsurgical approach for a small animal model for induction of a vascular axis consisting of a vein and artery that are anastomosed to an arteriovenous (AV) loop. The AV loop is transferred to an enclosed implantation chamber to create an isolated microenvironment in vivo, which is connected to the living organism only by means of the vascular axis. Using 3D imaging (MRI, micro-CT) and immunohistology, the growing vasculature can be visualized over time. By implanting different cells, growth factors and matrices, their function in blood vessel network formation can be analyzed without any disturbing influences from the surroundings in a well controllable environment. 
In addition to angiogenesis and antiangiogenesis studies, the AV loop model is also perfectly suited for engineering vascularized tissues. After a certain prevascularization time, the generated tissues can be transplanted into the defect site and microsurgically connected to the local vessels, thereby ensuring immediate blood supply and integration of the engineered tissue. By varying the matrices, cells, growth factors and chamber architecture, it is possible to generate various tissues, which can then be tailored to the individual patient's needs.

tissue Engineering For bone tissue engineering formål, blev en række forskellige knoglesubstitutter implanteret i små dyr rotte AV loop model 27,28,33,34. Vaskularisering udmærket kan påvises ved 3D mikro-computertomografi (mikro-CT) (figur 3A). Vaskularisering af et forarbejdet bovin spongiøs knogle (PBCB) matrix var signifikant højere i sløjfen gruppen sammenlignet med gruppen uden vaskularisering. En konstant voksende og matu...

Watch this Scientific Journal Video about The Arteriovenous AV Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering at JoVE.com

The Arteriovenous AV Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering

Vi beskriver et mikrokirurgisk fremgangsmåde til frembringelse af en arteriovenøs (AV) loop som en model for analyse af vaskularisering in vivo i en isoleret og velkarakteriseret miljø. Denne model er ikke kun nyttig til undersøgelse af angiogenese, men er også optimalt egnet til ingeniør aksialt vaskulariseret og transplanterbare væv.

Den arteriovenøse (AV) Loop i en lille Animal Model at studere angiogenese og vaskulariseret Tissue Engineering

A functional blood vessel network is a prerequisite for the survival and growth of almost all tissues and organs in the human body. Moreover, in ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

The Arteriovenous (AV) Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Tissue Engineering of the Intestine in a Murine Model

Tissue Engineering af tarmen i en murin model

Tissue-engineered small intestine (TESI) has successfully been used to rescue Lewis rats after massive small bowel resection, resulting in return to ...

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

Design af en Biaksial Mekanisk Loading bioreaktor for Tissue Engineering

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Tissue Engineering of a Human 3D in vitro Tumor Test System

Tissue Engineering of a Human 3D in vitro Tumor Test System

Tissue Engineering af et menneske 3D<em&gt; In vitro</em&gt; Tumor Test System

Cancer is one of the leading causes of death worldwide.  Current therapeutic strategies are predominantly developed in 2D culture  systems, which ...

Tissue Engineering of Tumor Stromal Microenvironment with Application to Cancer Cell Invasion

Tissue Engineering af Tumor Stromal mikromiljø med Application til cancercelleinvasion

3D organotypic cultures of epithelial cells on a matrix embedded with mesenchymal cells are widely used to study epithelial cell differentiation and ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

Generation af en tre-dimensionel fuld tykkelse Skin Equivalent og Automated Anskydning

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Engineering 3D Cellularized kollagengeler for Vascular Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

Sandwich-like Microenvironments to Harness Cell/Material Interactions

Sandwich-lignende mikromiljøer at udnytte Cell / Materiale Interactions

Cell culture has been traditionally carried out on bi-dimensional (2D) substrates where cells adhere using ventral receptors to the biomaterial surface. ...

Use of a Rat Model to Study Ventral Abdominal Hernia Repair

Brug af en rotte Model til at studere ventrale Abdominal Brok Reparation

Ventral abdominal hernia is a relatively common clinical condition that sometimes requires herniorraphy (surgical repair). The repair of ventral abdominal ...

Tissue Engineering by Intrinsic Vascularization in an In Vivo Tissue Engineering Chamber

Tissue Engineering by Intrinsic Vascularization in an In Vivo Tissue Engineering Chamber

Tissue Engineering af Intrinsic Vaskularisering i en<em&gt; In vivo</em&gt; Tissue Engineering Chamber

In reconstructive surgery, there is a clinical need for an alternative to the current methods of autologous reconstruction which are complex, costly and ...