Name: scaling of engineered vascular grafts using 3d printed guides and the ring stacking method
Uploaded: 2017-03-27T11:30:00
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著者らは、組織学、細胞培養液の一部との親切な援助のために私たちの仲間のラムラボの同僚アマルChishtiとBijalパテルに感謝したいと思います。資金はスタートアップ資金と心臓血管研究所のシード・グラント（MTL）、ウェイン州立大学ナノメディシンフェローシップ（CBP）によって提供されました。

1.細胞培養の準備<ol><li>商業的に購入したヒト大動脈平滑筋細胞を利用します。 </li><li> 88.6％とからなる平滑筋細胞増殖培地中で細胞を維持する231培地、0.1％の組換えヒトインスリン（RH-インスリン）、組換えヒト線維芽細胞増殖因子（RH-FGF）、組換えヒト上皮細胞増殖因子（RH-FGF）の各々アスコルビン酸; 5％ウシ胎児血清（FBS）およびL-グルタミンの各;そして、1％抗生物質/抗真菌剤。 <br...

<ol>
	<li>Luciani, G. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operative+risk+and+outcome+of+surgery+in+adults+with+congenital+valve+disease.">Operative risk and outcome of surgery in adults with congenital valve disease.</a> ASAIO J. 54 (5), 458-462 (2008).</li><li>Lawson, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioengineered+human+acellular+vessels+for+dialysis+access+in+patients+with+end-stage+renal+disease:+two+phase+2+single-arm+trials.">Bioengineered human acellular vessels for dialysis access in patients with end-stage renal disease: two phase 2 single-arm trials.</a> Lancet. 14 (387), 2026-2034 (2016).</li><li>McAllister, T. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effectiveness+of+haemodialysis+access+with+an+autologous+tissue-engineered+vascular+graft:+a+multicentre+cohort+study.">Effectiveness of haemodialysis access with an autologous tissue-engineered vascular graft: a multicentre cohort study.</a> Lancet. 373 (9673), 1440-1446 (2009).</li><li>Wystrychowski, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+human+use+of+an+allogeneic+tissue-engineered+vascular+graft+for+hemodialysis+access.">First human use of an allogeneic tissue-engineered vascular graft for hemodialysis access.</a> J Vasc Surg. 60 (5), 1353-1357 (2014).</li><li>Konig, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+completely+autologous+human+tissue+engineered+blood+vessels+compared+to+human+saphenous+vein+and+mammary+artery.">Mechanical properties of completely autologous human tissue engineered blood vessels compared to human saphenous vein and mammary artery.</a> Biomaterials. 30 (8), 1542-1550 (2009).</li><li>Gui, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+tissue-engineered+small-diameter+vascular+grafts+in+fibrin+scaffolds+in+30+days.">Construction of tissue-engineered small-diameter vascular grafts in fibrin scaffolds in 30 days.</a> Tissue Eng Part A. 20 (9-10), 1499-1507 (2014).</li><li>Sundaram, S., Echter, A., Sivarapatna, A., Qiu, C., Niklason, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-diameter+vascular+graft+engineered+using+human+embryonic+stem+cell-derived+mesenchymal+cells.">Small-diameter vascular graft engineered using human embryonic stem cell-derived mesenchymal cells.</a> Tissue Eng Part A. 20 (3-4), 740-750 (2014).</li><li>Quint, C., Arief, M., Muto, A., Dardik, A., Niklason, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Allogeneic+human+tissue-engineered+blood+vessel.">Allogeneic human tissue-engineered blood vessel.</a> J Vasc Surg. 55 (3), 790-798 (2012).</li><li>Quint, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decellularized+tissue-engineered+blood+vessel+as+an+arterial+conduit.">Decellularized tissue-engineered blood vessel as an arterial conduit.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 31 (108), 9214-9219 (2011).</li><li>Dahl, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Readily+available+tissue-engineered+vascular+grafts.">Readily available tissue-engineered vascular grafts.</a> Sci Transl Med. 2 (68), (2011).</li><li>Syedain, Z. H., Meier, L. A., Lahti, M. T., Johnson, S. L., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantation+of+completely+biological+engineered+grafts+following+decellularization+into+the+sheep+femoral+artery.">Implantation of completely biological engineered grafts following decellularization into the sheep femoral artery.</a> Tissue Eng Part A. 20 (11-12), 1726-1734 (2014).</li><li>Syedain, Z. H., Meier, L. A., Bjork, J. W., Lee, A., Tranquillo, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implantable+arterial+grafts+from+human+fibroblasts+and+fibrin+using+a+multi-graft+pulsed+flow-stretch+bioreactor+with+noninvasive+strength+monitoring.">Implantable arterial grafts from human fibroblasts and fibrin using a multi-graft pulsed flow-stretch bioreactor with noninvasive strength monitoring.</a> Biomaterials. 32 (3), 714-722 (2011).</li><li>Meier, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+outgrowth+endothelial+cells+alter+remodeling+of+completely+biological+engineered+grafts+implanted+into+the+sheep+femoral+artery.">Blood outgrowth endothelial cells alter remodeling of completely biological engineered grafts implanted into the sheep femoral artery.</a> J Cardiovasc Transl Res. 7 (2), 242-249 (2014).</li><li>Pinnock, C. B., Meier, E. M., Joshi, N. N., Wu, B., Lam, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Customizable+engineered+blood+vessels+using+3D+printed+inserts.">Customizable engineered blood vessels using 3D printed inserts.</a> Methods. S1046-2023 (15), 30184-30185 (2015).</li><li>Blakely, A. M., Manning, K. L., Tripathi, A., Morgan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-Pick,+Place,and+Perfuse:+A+New+Instrument+for+Three-Dimensional+Tissue+Engineering.">Bio-Pick, Place,and Perfuse: A New Instrument for Three-Dimensional Tissue Engineering.</a> Tissue Eng Part C Methods. 21 (7), 737-746 (2015).</li><li>Gwyther, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+vascular+tissue+fabricated+from+aggregated+smooth+muscle+cells.">Engineered vascular tissue fabricated from aggregated smooth muscle cells.</a> Cells Tissues Organs. 194 (1), 13-24 (2011).</li><li>Fearon, W. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+coronary+arterial+dimensions+early+after+cardiac+transplantation.">Changes in coronary arterial dimensions early after cardiac transplantation.</a> Transplantation. 27 (6), 700-705 (2007).</li><li>Erbel, R., Eggebrecht, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aortic+dimensions+and+the+risk+of+dissection.">Aortic dimensions and the risk of dissection.</a> Heart. 92 (1), 137-142 (2006).</li><li>Ha, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transforming+growth+factor-beta+1+produced+by+vascular+smooth+muscle+cells+predicts+fibrosis+in+the+gastrocnemius+of+patients+with+peripheral+artery+disease.">Transforming growth factor-beta 1 produced by vascular smooth muscle cells predicts fibrosis in the gastrocnemius of patients with peripheral artery disease.</a> J Transl Med. 14, 39 (2016).</li><li>Skalli, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alpha-smooth+muscle+actin,+a+differentiation+marker+of+smooth+muscle+cells,+is+present+in+microfilamentous+bundles+of+pericytes.">Alpha-smooth muscle actin, a differentiation marker of smooth muscle cells, is present in microfilamentous bundles of pericytes.</a> J Histochem Cytochem. 37 (3), 315-321 (1989).</li><li>von der Ecken, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+the+F-actin-tropomyosin+complex.">Structure of the F-actin-tropomyosin complex.</a> Nature. 519 (7541), 114-117 (2015).</li></ol>

リングスタッキングメソッド現在の血管組織工学構築物の技術上の複数の利点を提供します。 RSMは、単にポストと外殻寸法をカスタマイズすることによって、任意の大きさの人間の血管を生成するように適合され得ます。私たちの方法は、ヒトの細胞でのみ構成されるポリマーフリー工学血管の開発を可能にし、迅速に身体の自然な創傷治癒過程で見つかった支持体材料を劣化させます。ポ...

冠動脈疾患（CAD）の処置において、患者自身の血管バイパス手術用移植材料として回収します。しかし、多くの場合、病気の患者は、自分自身に寄付する実行可能な船を持っていない、と彼らが行う場合には、ドナー部位は、かなりの追加的な害を引き起こし、感染の重大なリスクがあります。 1操作された血管移植片は、この必要性を満たすことができます。スケーラビリティは、患者の血管のサイズ要件の広い範囲を満たすために、エンジニアリング船の最も重要です。しかし、エンジニアリング船舶のための本方法は、容易に拡張されず、一般的に複雑な金型またはポリマー足場の再製造を必要とします。ほとんどの操作された移植片血管線維芽細胞、平滑筋、または内皮細胞を播種されたポリマー管状足場を利用してのいずれか。または組織管を作成するために、マンドレルの周りに細胞シートをロール。臨床試験における二工学血管移植片は、脱細胞化に基づいていますDポリマー-ECMプラットフォーム。血管の修復に使用できる2、3、4ポリマー移植片は、既に持続ポリマーの存在とグラフトの長期適用の主な課題として生じる可能性が開存性の問題を有することが知られています。管状の型は様々なサイズで血管を生成するためにカスタムモールドのための追加の設計及びツールの製造を必要とする手順、完全に細胞容器を製造するために使用される5、6、7、8、9、10、11、12、13れています。 本明細書に記載される方法は、容易に拡張操作血管を作成するための新規な技術を包含しますカスタマイズ可能な3Dプリント挿入と伝統的な培養プレートを使用して移植片。 14細胞は、中央ポストと外殻のインサートを有するプレートに播種します。ポストコントロールは直径ルーメンと自己集合組織のリングにに細胞単層を可能にします。リングの外殻を制御する厚さ、および最終的な容器のこのように壁の厚さ。完成した組織のリングは、その後、管状血管移植片を形成するように積層されています。この方法の利点は、「リングスタッキング法」と呼ばれる任意の接着細胞タイプは、単に修正ガイドを挿入することによって生成することができるプレートの設定および組織環または所望の用途に必要な任意のサイズの管に播種することができることです。組織のリングを作成する組織工学における比較技術は、15、スケールに難しいまま各所望の大きさのために金型の再製造を必要とする16。さらに、この方法を用いて作製血管グラフトを生産することができ2-3週間でdは、数週間では速く、他の操作された容器に比べて。 図6は、診療所では、この時間のずれが悪化している患者の治療に有意な差を作ることができます。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Human Aortic Smooth Muscle Cells&#160;</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>PCS-100-012</td>
			<td>vascular smooth muscle cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medium 231</td>
			<td>Gibco (Life Technologies&#160;</td>
			<td>M-231-500</td>
			<td>media specific to vascular smooth muscle cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Aortic Smooth Muscle Cell Growth Kit&#160;</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>PSC-100-042</td>
			<td>growth factors for maintaining vascular smooth muscle cell viability</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Replicator Mini 3D printer&#160;</td>
			<td>MakerBot&#160;</td>
			<td>N/A</td>
			<td>3D printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(lactic acid) 3D ink (PLA)</td>
			<td>MakerBot&#160;</td>
			<td>N/A</td>
			<td>3D printer filament</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(dimethlysiloxane) (PDMS)</td>
			<td>Ellworth Adhesives&#160;</td>
			<td>3097358-1004</td>
			<td>polymer for gluing plate parts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibrinogen</td>
			<td>Hyclone Labratories, Inc.</td>
			<td>SH30256.01</td>
			<td>fibrin gel component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thrombin&#160;</td>
			<td>Sigma Life Sciences</td>
			<td>F3879-5G</td>
			<td>fibrin gel component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tranforming Growth Factor-Beta 1&#160;</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>100-21</td>
			<td>growth factor for stimulating collagen production</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer&#160;</td>
			<td>Hausser Scientific Co.</td>
			<td>3200</td>
			<td>for cell counting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate tubing&#160;</td>
			<td>US Plastics&#160;</td>
			<td>PCTUB1.750X1.625</td>
			<td>material for making tall, ring stacking plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate sheet&#160;</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>409497</td>
			<td>material for making tall, ring stacking plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesive polymer solvent&#160;</td>
			<td>SCIGRIP</td>
			<td>10799</td>
			<td>material for making tall, ring stacking plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instron&#160; 5940</td>
			<td>Instron</td>
			<td>N/A</td>
			<td>tensile testing machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>U-Stretch</td>
			<td>Cell Scale</td>
			<td>N/A</td>
			<td>tensile testing machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smooth Muscle Actin&#160;</td>
			<td>MA5-11547</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tropomyosin</td>
			<td>MA5-11783</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>antibody</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scaling of engineered vascular grafts using 3d printed guides and the ring stacking method

冠動脈疾患は、数百万人のアメリカ人に影響を与え、死の主要な原因です。利用可能な自家血管移植片の不足により、人工移植片は、患者の治療のための大きな可能性を提供します。しかし、操作された血管移植片は、一般に容易に拡張されない時間がかかり、高価な練習を構成する、異なるサイズをカスタマイズするためにカスタムモールドまたはポリマーチューブの製造を必要とします。人間の動脈は、約2.0〜38ミリメートルから約0.5〜2.5ミリメートルから壁の厚さで内腔直径の範囲です。我々は、血管平滑筋細胞（SMC）とここに実証所望の細胞型の組織の可変サイズのリングは、内腔の直径を制御するために、中央ポストのガイドを使用して作成することができる」は、環スタッキング法」と呼ばれるメソッドを作成しましたそして、外殻は、血管壁の厚さを決定します。これらの組織のリングは、その後、血管の自然な形状を模倣、管状構造物を作成するために積層されています。容器の長さがbのことができますeは、単に必要な長さを構成するのに必要な環の数を積層して合わせ。私達の技術を用いて、血管に類似した管状の形態の組織は、容易に診療所および患者のニーズを満たすために寸法および長さの多様で製造することができます。

ここで実証されたリングスタッキング法（RSM）がスケーラブルであることを示し、3つの異なる工学血管移植片の大きさ（ 図1）の製造です。適用性を証明するために、3つの異なる容器のサイズは、動脈左前のため、実際の人間の血管サイズに相関を選択した（小;直径ルーメン= 4ミリメートル）17、（中間;直径ルーメン= 10ミリメートル?...

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Scaling of Engineered Vascular Grafts Using 3D Printed Guides and the Ring Stacking Method

スケーラブルな設計された血管は、臨床適用性を改善するであろう。簡単にかなりの3Dプリントガイドを使用して、血管平滑筋のリングは、血管移植片を形成し、筒状に作成して積層しました。移植片は、単純に、3Dプリントガイドサイズを変更することによってヒト冠状動脈寸法の範囲を満たすような大きさにすることができます。

3Dプリントガイドとリングスタッキング法を用いたエンジニア血管移植片のスケーリング

Coronary artery disease remains a leading cause of death, affecting millions of Americans. With the lack of autologous vascular grafts available, ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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液体射出成形用の3Dプリント金型を用いた医療機器を迅速かつ低コストプロトタイピング

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

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組織工学血管移植片とその後の移植のために手術手技<em&gt;インビボ</em&gt;モニタリング

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