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 ønsker å takke følgende institusjoner for å støtte vår AV sløyfe forskning: Staedtler Stiftung, Dr. Fritz Erler Fonds, Else Kröner Fesenius Stiftung, Baxter Healthcare GmbH, DFG, IZKF / ELAN / EFI / Kontor for kjønn og mangfold, 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 departementet for høyere utdanning og forskning, Irak. Vi vil gjerne takke Stefan Fleischer, Marina Milde, Katrin Köhn og Ilse Arnold-Herberth for deres utmerkede teknisk støtte.

The Animal Care komiteen av Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nürnberg (FAU) og regjeringen i Middle Franconia, Tyskland, godkjent alle forsøkene. For forsøkene hann Lewis-rotter med en kroppsvekt på 300 - 350 g ble anvendt. 1. Arteriovenøs Loop Model i Rat <ol><li> Implantasjon Prosedyre (figur 2) <ol><li> For anestesi bruke en spesiell plast boks som er koblet via røret til isofluran vaporizer og lukket med et lokk. Slå på tilførsel av gass og flyt meter mellom 0,8...

I over et tiår har vi med hell brukt arteriovenøs (AV) sløyfe for tissue engineering formål og studere angiogenese in vivo i den lille dyremodell. Vi kunne vise at dette mikro modellen er svært godt egnet for prosjektering forskjellige vev, og at det også kan brukes for angiogenese eller antiangiogenesis studier. Betydningen av Technique For eksisterende / alternative metoder Konstruert vev eller organer krever en funksjonell blodåre nettverk for å le...

De fleste vev og organer i menneskekroppen er avhengig av en funksjonell blodkar som forsyner næringsstoffer, utveksler gasser og fjerner avfallsprodukter. Funksjonsfeil av dette system som følge av lokale eller systemiske vaskulære problemer kan føre til en rekke alvorlige sykdommer. Videre, i forskningsområder som tissue engineering eller regenerativ medisin, er en funksjonell blodåre nettverk innen kunstig generert vev eller transplanterte organer uunnværlig for vellykket klinisk anvendelse. I flere tiår har forskere undersøkt de eksakte mekanismene som er involvert i den voksende blodkar til å få dypere innsikt i patologiske situasjoner for å finne nye terapeutiske intervensjoner og gi bedre forebygging av vaskulære lidelser. I det første trinnet, blir grunnleggende prosesser som celle-celle interaksjoner eller effekten av molekyler på celler i den vaskulære system vanligvis undersøkt ved in vitro 2D eller 3Deksperimenter. Tradisjonelle 2D modellene er enkle å utføre, er godt etablert og har i stor grad bidratt til en bedre forståelse av disse prosessene. For første gang i 1980, Folkman et al. rapporteres in vitro angiogenese såing av kapillære endoteliale celler på gelatin-belagte plater 1. Dette ga umiddelbart måte til utgivelse av et mangfold av ytterligere 2D angiogenese eksperimenter på endotelcelle rør formasjon assay 2, migrasjon analysen 3 og ko-dyrking av ulike celletyper 4, så vel som andre. Disse analysene er fortsatt brukes i dag og akseptert som standard in vitro metoder. Dette er imidlertid eksperimentelle oppsettet ikke alltid egnet for studier av in vivo-celle oppførsel siden de fleste celletyper krever en 3D-miljø for dannelse av aktuelle fysiologiske tissuestrukturer 5. Det kan vises at arkitekturen i 3D matrix er avgjørende for kapillær morphogenesis 6 og at celle-ekstracellulær matriks (ECM) interaksjoner og 3D dyrkningsforhold regulere viktige faktorer involvert i tumor angiogenese 7. 3D-matrise gir kompliserte mekaniske innganger, kan binde effektor proteiner og etablere vev stilt oppløst stoff konsentrasjons gradienter. Videre er det anses nødvendig for å etterligne in vivo morfogenetiske og ombygging trinn i komplekse vev 5. I disse systemene kan både angiogenese og vaskulogenese skal studeres. Mens angiogenese beskriver spirende av kapillærer fra på forhånd eksisterende blodkar 8, refererer til vaskulogenese de novo dannelsen av blodkar gjennom endotelceller eller deres forløpere 9,10. Modning av skip er beskrevet i en prosess som kalles &#39;arteriogenesis &quot;via rekruttering av glatte muskelceller 11. En typisk angiogen in vitro-modell er det spirende av endotelceller fra eksisterende monolags sådd ut som et monolag på gel-overflater, på overflaten av mikrokulene innleiret i en gel eller ved å bygge endotelcelle sfæroider 12. I vaskulær modeller enkelt endotelceller blir innfanget i en 3D-gel. De kommuniserer med tilstøtende endotelceller til å danne vaskulære strukturer og nettverkene de novo, typisk i kombinasjon med støttelegemer 12. Men selv komplekse 3D in vitro-modeller kan ikke etterligne in vivo innstillingene helt gitt mangfoldet av celle-celle og celle-ECM interaksjoner 13. Stoffer med høy aktivitet in vitro ikke automatisk viser de samme effektene in vivo og vice versa 14. For en omfattende analyse av vaskularisering behandler det er et presserende behov for å utvikle in vivo modeller som bedre simulerer situasjonen i kroppen. Et stort utvalg av in vivo angiogenese-analyser er beskrevet i litteraturen, inklusivedama chorioallantoic membran assay (CAM), sebrafisk modellen, korneal angiogenese analysen, dorsal luftsekken modell, dorsal skinfold kammeret, de subkutane tumormodeller 14. Imidlertid er disse analysene ofte forbundet med begrensninger, for eksempel raske morfologiske endringer, problemer i sært nye kapillærer fra allerede eksisterende i CAM-testen, eller den begrensede plassen i hornhinnen angiogenese analysen 15. Videre er ikke-pattedyrsystemer anvendt (f.eks., Sebrafisk modell 16), som fører til problemer i xenotransplantasjon 17. I det subkutane tumormodell, kan angiogenese stammer bare fra selve tumoren ikke bli analysert ettersom det tilstøtende vev i stor grad bidrar til vaskularisering prosessen. Dessuten kan det omkringliggende vevet har en avgjørende rolle i utformingen av svulsten mikromiljøet 18. Ikke bare for å studere angiogenese eller vaskulogenese er det en sterk need for en standardisert og godt karakterisert in vivo modell, men også for å studere ulike vaskularisering strategier i tissue engineering og regenerativ medisin. I dag er det generering av komplekse kunstige organer eller vev mulig både in vitro og in vivo. 3D bioprinting gir en on-demand fabrikasjon teknikk for generering av komplekse 3D-funksjonell levende vev 19. Videre kan bioreaktorer bli brukt for å generere vev 20 eller til og med eget legeme kan benyttes som bioreaktor 21. Men det viktigste barrieren for vellykket anvendelse av kunstig generert vev er mangelen på vaskularisering i løpet av de modifiserte konstruksjoner. Umiddelbar tilknytning til vertens blodkar etter transplantasjon er en viktig forutsetning for å overleve, særlig i tilfelle av store kunstige vev eller organer. Ulike in vitro eller in vivo prevascularization strategier var utvikviklet for å etablere en funksjonell mikrovaskulaturen i konstrukter før implantering 22. Implantasjon av et stillas med in vitro på forhånd dannede konstruerte kapillærer på rygghuden av mus førte til hurtig anastomose av blodkar mus i løpet av en dag 23. I motsetning til dette, en sfæroide ko-kultur bestående av humane mesenchymale stamceller og humane umbilikalvene endotelceller sammen til et tredimensjonalt nettverk prevascular utvikles videre etter implantering in vivo. Imidlertid anastomose med verten vaskulaturen var begrenset 24. Fremfor alt, i dårlig vaskularisert defekter, slik som nekrotiske eller bestrålte områder, denne såkalte ytre vaskularisering - innvekst av fartøyer fra området til skafottet - mislykkes ofte. Intrinsic vaskularisering, på den annen side, er basert på en vaskulær akse som en kilde av nye kapillærer sprouting inn i stillaset 25. Ved hjelp av den aksiale vaskularisering tilnærmingDen utviklet vev kan transplanteres med sine vaskulære aksen og koblet til lokale fartøyer på mottakeren nettstedet. Umiddelbart etter transplantasjon, er vevet tilstrekkelig støttet av oksygen og næringsstoffer, som skaper de rette forholdene for optimal integrasjon. På grunn av den begrensede tilgjengeligheten av modeller for å undersøke in vivo angiogenese og i erkjennelse av den økende betydningen av å generere aksialt vaskularisert vev, utviklet vi mikrokirurgisk tilnærming av Erol og Spira videre å generere en arteriovenøs (AV) loop i dyremodell 26. Bruken av en helt lukket implantering kammer som gjør denne fremgangsmåten meget godt egnet for å studere blodkardannelse under &quot;styrt&quot;, vel karakterisert v in vivo betingelser (figur 1). Denne modellen er ikke bare nyttig for undersøkelse av angiogenese, men er også optimalt egnet for den aksiale vaskularisering av stillas for vev 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 benvev tekniske formål, ble en rekke forskjellige skjeletterstatninger implantert i små dyr rotte AV sløyfe modell 27,28,33,34. Vaskularisering kan perfekt påvises ved 3D mikro-computertomografi (micro-CT) (figur 3A). Vaskularisering av en bearbeidet storfe cancellous bein (PBCB) matrise var signifikant høyere i loop gruppen sammenlignet med gruppen uten vaskularisering. En stadig voksende og foreldrekontroll...

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 metode for generering av en arteriovenøs (AV) sløyfe som en modell for å analysere vaskularisering in vivo i et isolert og godt karakterisert miljø. Denne modellen er ikke bare nyttig for etterforskningen av angiogenese, men er også optimalt egnet for ingeniør aksialt vaskularisert og trans vev.

Den Arteriovenøs (AV) Loop i et lite dyr modell for å studere Angiogenese og vaskularisert 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 av tarmen i en murine modell

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 av en Biaxial Mekanisk belastning 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 av en menneskelig 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 av Tumor stromal mikromiljøet med Søknad til Cancer Cell Invasion

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

Generering av en Tredimensjonal Full Tykkelse hudekvivalent og Automated såret

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

Ingeniør 3D Cellularized Kollagen Geleer til Vaskulær 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 microenvironments å utnytte Cell / Material 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

Bruk av en rotte modell å studere ventrale Abdominal brokk reparasjon

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 ved Intrinsic vaskularisering i en<em&gt; I 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 ...