Name: implantation of electrospun vascular grafts with optimized structure in a rat model
Uploaded: 2018-06-27T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Implantation of Electrospun Vascular Grafts with Optimized Structure in a Rat Model at JoVE.com

Detta arbete stöddes ekonomiskt av NSFC projekt (81522023, 81530059, 91639113, 81772000, 81371699 och 81401534).

Användningen av försöksdjur godkändes av djur experiment etiska kommittén för Nankai universitet och sker i enlighet med guiden för vård och använda av försöksdjur.
1. tillverkning av Electrospun PCL grafter
Obs: Häri, en electrospinning teknik utnyttjades för att fabricera vaskulär ympkvistar.
<ol><li>Förbereda PCL lösningar av 25 wt % och 10 wt %, genom upplösning PCL i en blandning av metanol och kloroform, respektive (1:5 volym förhållande),...

<ol>
	<li>Coombs, K. E., Leonard, A. T., Rush, M. N., Santistevan, D. A., Hedberg-Dirk, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+effect+of+material+stiffness+on+valvular+interstitial+cell+differentiation.">Isolated effect of material stiffness on valvular interstitial cell differentiation.</a> J Biomed Mater Res A. 105 (1), 51-61 (2017).</li><li>Zhang, 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=A+sandwich+tubular+scaffold+derived+from+chitosan+for+blood+vessel+tissue+engineering.">A sandwich tubular scaffold derived from chitosan for blood vessel tissue engineering.</a> J Biomed Mater Res A. 77 (2), 277-284 (2006).</li><li>Thottappillil, N., Nair, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaffolds+in+vascular+regeneration:+current+status.">Scaffolds in vascular regeneration: current status.</a> Vasc Health Risk Manag. 11, 79-91 (2015).</li><li>Pektok, E., 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=Degradation+and+healing+characteristics+of+small-diameter+poly+(e-caprolactone)+vascular+grafts+in+the+rat+systemic+arterial+circulation.">Degradation and healing characteristics of small-diameter poly (e-caprolactone) vascular grafts in the rat systemic arterial circulation.</a> Circulation. 118 (24), 2563-2570 (2008).</li><li>Innocente, 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=Paclitaxel-eluting+biodegradable+synthetic+vascular+prostheses:+a+step+towards+reduction+of+neointima+formation?.">Paclitaxel-eluting biodegradable synthetic vascular prostheses: a step towards reduction of neointima formation?.</a> Circulation. 120 (11 Suppl), S37-S45 (2009).</li><li>de Valence, S., 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=Advantages+of+bilayered+vascular+grafts+for+surgical+applicability+and+tissue+regeneration.">Advantages of bilayered vascular grafts for surgical applicability and tissue regeneration.</a> Acta Biomater. 8 (11), 3914-3920 (2012).</li><li>Assmann, 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=Acceleration+of+autologous+in+vivo+recellularization+of+decellularized+aortic+conduits+by+fibronectin+surface+coating.">Acceleration of autologous in vivo recellularization of decellularized aortic conduits by fibronectin surface coating.</a> Biomaterials. 34 (25), 6015-6026 (2013).</li><li>Hasan, 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=Electrospun+scaffolds+for+tissue+engineering+of+vascular+grafts.">Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts.</a> Acta Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).</li><li>Baker, B. 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=The+potential+to+improve+cell+infiltration+in+composite+fiber-aligned+electrospun+scaffolds+by+the+selective+removal+of+sacrificial+fibers.">The potential to improve cell infiltration in composite fiber-aligned electrospun scaffolds by the selective removal of sacrificial fibers.</a> Biomaterials. 29 (15), 2348-2358 (2008).</li><li>Wang, K., 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=Creation+of+macropores+in+electrospun+silk+fibroin+scaffolds+using+sacrificial+PEO-microparticles+to+enhance+cellular+infiltration.">Creation of macropores in electrospun silk fibroin scaffolds using sacrificial PEO-microparticles to enhance cellular infiltration.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 101 (12), 3474-3481 (2013).</li><li>Lee, B. L. P., 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=Femtosecond+laser+ablation+enhances+cell+infiltration+into+three-dimensional+electrospun+scaffolds.">Femtosecond laser ablation enhances cell infiltration into three-dimensional electrospun scaffolds.</a> Acta Biomaterialia. 8 (7), 2648-2658 (2012).</li><li>Rnjak-Kovacina, J., Weiss, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+the+pore+size+of+electrospun+scaffolds.">Increasing the pore size of electrospun scaffolds.</a> Tissue Eng Part B Rev. 17 (5), 365-372 (2011).</li><li>Zhong, S., Zhang, Y., Lim, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+large+pores+in+electrospun+nanofibrous+scaffolds+for+cellular+infiltration:+a+review.">Fabrication of large pores in electrospun nanofibrous scaffolds for cellular infiltration: a review.</a> Tissue Eng Part B Rev. 18 (2), 77-87 (2012).</li><li>Pham, Q. P., Sharma, U., Mikos, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+poly(epsilon-caprolactone)+microfiber+and+multilayer+nanofiber/microfiber+scaffolds:+characterization+of+scaffolds+and+measurement+of+cellular+infiltration.">Electrospun poly(epsilon-caprolactone) microfiber and multilayer nanofiber/microfiber scaffolds: characterization of scaffolds and measurement of cellular infiltration.</a> Biomacromolecules. 7 (10), 2796-2805 (2006).</li><li>Rnjak-Kovacina, 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=Tailoring+the+porosity+and+pore+size+of+electrospun+synthetic+human+elastin+scaffolds+for+dermal+tissue+engineering.">Tailoring the porosity and pore size of electrospun synthetic human elastin scaffolds for dermal tissue engineering.</a> Biomaterials. 32 (28), 6729-6736 (2011).</li><li>Wang, Z., 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=The+effect+of+thick+fibers+and+large+pores+of+electrospun+poly(epsilon-caprolactone)+vascular+grafts+on+macrophage+polarization+and+arterial+regeneration.">The effect of thick fibers and large pores of electrospun poly(epsilon-caprolactone) vascular grafts on macrophage polarization and arterial regeneration.</a> Biomaterials. 35 (22), 5700-5710 (2014).</li><li>Hutcheson, J. D., 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=Genesis+and+growth+of+extracellular-vesicle-derived+microcalcification+in+atherosclerotic+plaques.">Genesis and growth of extracellular-vesicle-derived microcalcification in atherosclerotic plaques.</a> Nat Mater. 15 (3), 335-343 (2016).</li><li>Tara, S., 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=Well-organized+neointima+of+large-pore+poly(L-lactic+acid)+vascular+graft+coated+with+poly(L-lactic-co-epsilon-caprolactone)+prevents+calcific+deposition+compared+to+small-pore+electrospun+poly(L-lactic+acid)+graft+in+a+mouse+aortic+implantation+model.">Well-organized neointima of large-pore poly(L-lactic acid) vascular graft coated with poly(L-lactic-co-epsilon-caprolactone) prevents calcific deposition compared to small-pore electrospun poly(L-lactic acid) graft in a mouse aortic implantation model.</a> Atherosclerosis. 237 (2), 684-691 (2014).</li></ol>

Cell infiltration är kritisk för upprustning och ombyggnad av vaskulär transplantat i vivo16. Begränsade cell infiltration är ofta relaterade till relativt små porerna i transplantatet som hindrar migration av celler i transplantatet väggen. För att lösa denna svårighet, utvecklat vi en modifierad metod för att förbereda electrospun PCL vaskulär grafter med stor-pore struktur. I detalj, porstorlek ökade med ökningen av fiber tjocklek som lätt kunde styras av processparamet...

Vaskulär ympkvistar tillverkad av syntetiska polymerer utnyttjas ofta i klinik för behandling av hjärt-kärlsjukdomar (hjärtklaffarna). Tyvärr för liten diameter vaskulär transplantat (D < 6 mm) finns det inga framgångsrika produkter tillgängliga på grund av den låga patency utlöses av minskad blod flödeshastighet, vilket ofta leder till Trombos, intimans hyperplasi och andra komplikationer1.
Vävnadsteknik erbjuder en alternativ strategi för att förverkliga långsiktiga patency och homeostas baserat på en byggnadsställning-guidad vaskulär förnyelse och återuppbyggnad. I detalj, vaskulär transplantat, som en tredimensionell mall, kunde ge mekaniskt stöd och strukturella vägledning under regenerering av kärlvävnad och inflytande cellulära funktioner, inklusive celladhesion, migration, spridning, och utsöndringen av extracellulärmatrix2. Hittills har har olika syntetiska polymerer utvärderats för applikationer i kärlvävnad engineering. Bland dessa polymerer, har poly(ε-caprolactone) (PCL) undersökts intensivt på grund av bra cell kompatibilitet och långsam nedbrytning alltifrån flera månader till två år3. I en råtta aorta modell4,5,6, PCL vaskulär ympkvistar behandlas av electrospinning uppvisade utmärkt strukturell integritet och patency, samt som kontinuerligt ökad cell invasion och kärlnybildning i den transplantat vägg för upp till 6 månader. Dock negativa vävnad remodeling, inklusive regression av celler och kapillärer och förkalkning, observerades också vid längre tidpunkter, upp till 18 månader.
Cellularization av vaskulär transplantat är en nyckelfaktor att bestämma vävnadsregenerering och remolding7. Electrospinning, har som en mångsidig teknik, allmänt använts för beredning av vaskulär grafter med nano-fibrös struktur8. Tyvärr, relativt liten por struktur leder ofta till otillräcklig cell infiltration i electrospun vaskulär transplantat, vilket begränsar den efterföljande vävnadsregeneration. Lös problemet genom har olika tekniker varit försökt att öka porstorlek och övergripande porositet, inklusive salt/polymeren urlakning9,10, modifiering av samlare, efter behandling av laserstrålning11 , etc. Strukturera av electrospun transplantat (inklusive fiber diameter, porstorlek och porositet) är i själva verket nära besläktade bearbetning villkor12,13. Under electrospinning, kan fiber diameter lätt styras genom att ändra parametrarna, till exempel koncentrationen av en polymer lösning flöde, spänning, etc. 14 , 15, och därför de porstorlek och porositet har förbättrats med detta.
Vi rapporterade nyligen en modifierad PCL electrospun transplantat med avdunsta struktur (fibrer med diameter 5-7 µm och porerna i 30-40 µm). In vivo implantation genom att ersätta råtta bukaorta visade hög frekvens av patency, samt bra endothelialization och smidig muskel förnyelse vid 3 månader efter operationen16. Viktigare, kunde inga negativa vävnad remodeling bland annat förkalkning och cell regression observeras även efter ett år av implantationen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Poly(&#949;-caprolactone) (PCL) pellets (Mn=80,000)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>704067</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Tianjin Chemical Reagent Company</td>
			<td>1060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol</td>
			<td>Tianjin Chemical Reagent Company</td>
			<td>1083</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Tianjin Chemical Reagent Company</td>
			<td>A1007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Tianjin Fengchuan Company</td>
			<td>2296</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A16046</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague Dawley rats</td>
			<td>Laboratory Animal Center of the Academy of Military Medical Sciences</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal saline</td>
			<td>Hebei Tiancheng Pharmaceutical company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloral hydrate</td>
			<td>Tianjin Ruijinte chemical company</td>
			<td>2223</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin sodium Injection</td>
			<td>Tianjin Biochem Pharmaceutical company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamycin Sulfate Injection</td>
			<td>Jiangsu Lianshui Pharmaceutical company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-&#945;-SMA primary antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab7817</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-smooth MYH primary antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab683</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit polyclonal anti-rat elastin antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab23748</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-von Willebrand factor primary antibody</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab6994</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-mouse IgG (Alexa Fluor 488)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>ab150117</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit IgG (Alexa Fluor 488)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>ab150077</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5% normal goat serum</td>
			<td>Zhongshan Golden bridge</td>
			<td>ZLI9022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hematoxylin and eosin (H&#38;E)</td>
			<td>Beijing leagene biotech</td>
			<td>DH0006</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masson&#39;s trichrome</td>
			<td>Beijing leagene biotech</td>
			<td>DC0032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Verhoeff-van Gieson (VVG)</td>
			<td>Beijing leagene biotech</td>
			<td>DC0059</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Von Kossa</td>
			<td>Beijing leagene biotech</td>
			<td>DS0003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical sutures needles with thread,3-0 silk</td>
			<td>Shanghai Jinhuan medical supplies company</td>
			<td>G3002b</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical sutures needles with thread,9-0 silk</td>
			<td>Shanghai Jinhuan medical supplies company</td>
			<td>H901</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

implantation of electrospun vascular grafts with optimized structure in a rat model

Här presenterar vi ett protokoll för att fabricera avdunsta PCL vaskulär transplantat och beskriva en utvärdering-protokollet med hjälp av en råtta modell av bukaorta ersättare. Electrospun vaskulär grafterna äger ofta relativt små porer, som begränsa cell infiltration i grafterna och hindra regenerering och ombyggnad av neo-artärerna. I denna studie, var PCL vaskulär grafter med tjockare fibrer (5-6 µm) och större porer (~ 30 µm) fabricerade med hjälp av en modifierad bearbetningsteknik. Den långsiktiga resultat av graften utvärderades av implantation i en råtta bukaorta modell. Ultraljud undersökning visade att grafterna förblev patent utan aneurysm eller stenos uppstår även efter 12 månader efter implantation. Avdunsta struktur förbättras den cell inväxt och således främjas vävnad återskapas på 3 månader. Viktigare, fanns det inga tecken på negativa remodeling, såsom förkalkning inom kneg väggen efter 12 månader. Därför har electrospun PCL vaskulär grafter med modifierade avdunsta bearbetning potential att vara en artär substitut för långsiktig implantation.

PCL grafterna var explanterad på 3 månader och 12 månader postoperativt och analyseras av histologiska standardtekniker för hematoxylin och eosin (H & E), Masson trikrom, Verhoeff-van Gieson (VVG), Von Kossa och immunofluorescens färgning för α-SMA, MYH, vWF och elastin. De histologiska bilderna togs genom en upprätt Mikroskop, och immunofluorescens bilderna togs med ﬂuorescence Mikroskop.
Alla data uttrycktes som mena...

Watch this Scientific Journal Video about Implantation of Electrospun Vascular Grafts with Optimized Structure in a Rat Model at JoVE.com

Implantation of Electrospun Vascular Grafts with Optimized Structure in a Rat Model

Implantation av Electrospun vaskulär grafter med optimerad struktur i en råtta modell

Här presenterar vi en modifierad electrospinning metod för att fabricera PCL vaskulär grafter med tjocka fibrer och stora porer och beskriva ett protokoll för att utvärdera i vivo i en råtta modell av bukaorta ersättare.

Here, we present a protocol to fabricate macroporous PCL vascular graft and describe an evaluation protocol by using a rat model of abdominal aorta ...

Research

JoVE Journal

Biology

The Structure of Skilled Forelimb Reaching in the Rat: A Movement Rating Scale

Struktur av utbildad Forelimb Nå i Rat: förflyttning Rating Scale

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and ...

Implantation of Engineered Tissue in the Rat Heart

Implantation av vävnadstekniska i Rat hjärta

Rodent surgery is often an important component in assessing the utility of engineered tissues. A wide variety of surgical procedures can be performed in ...

Whole-mount Immunohistochemical Analysis for Embryonic Limb Skin Vasculature: a Model System to Study Vascular Branching Morphogenesis in Embryo

Hela montering Immunhistokemisk Analys för Embryonala Limb Skin kärlsystemet: ett modellsystem för studier Vascular Avgrening morfogenes i Embryo

Whole-mount immunohistochemical analysis for imaging the entire vasculature is pivotal for understanding the cellular mechanisms of branching ...

Optimized PCR-based Detection of Mycoplasma

Optimerad PCR-baserad detektion av Mycoplasma

The maintenance of contamination-free cell lines is essential to cell-based research. Among the biggest contaminant concerns are mycoplasma contamination. ...

Rat Mesentery Exteriorization: A Model for Investigating the Cellular Dynamics Involved in Angiogenesis

Rat krös exteriorisering: En modell för utredning av de cellulära Dynamics inblandade i angiogenes

Microvacular network growth and remodeling are critical aspects of wound healing, inflammation, diabetic retinopathy, tumor growth and other disease ...

Functional Reconstitution and Channel Activity Measurements of Purified Wildtype and Mutant CFTR Protein

Funktionell beredning och Kanalaktivitets Mätningar av renat Vildtyps och Mutant CFTR Protein

The Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) is a unique channel-forming member of the ATP Binding Cassette (ABC) superfamily of ...

Evaluating Vascular Hyperpermeability-inducing Agents in the Skin with the Miles Assay

Utvärderande vaskulär Hyperpermeability-inducerande medel i huden med Miles-analys

The primary function of the vascular endothelium in vertebrate organisms is to serve as a barrier between the blood and each tissue of the body, whereby ...

Optimized Scratch Assay for In Vitro Testing of Cell Migration with an Automated Optical Camera

Optimized Scratch Assay for In Vitro Testing of Cell Migration with an Automated Optical Camera

Optimerad Scratch test för In Vitro tester av cellmigration med en automatiserad optisk kamera

Cell migration is an important process that influences many aspects of health, such as wound healing and cancer, and it is, therefore, crucial for ...

Mass Spectrometry Analysis to Identify Ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A (EYFP-CENP-A)

Mass Spectrometry Analysis to Identify Ubiquitylation of EYFP-tagged CENP-A EYFP-CENP-A

Masspektrometri analys för att identifiera Ubiquitylation av EYFP-märkt CENP-A (EYFP-CENP-A)

Studying the structure and the dynamics of kinetochores and centromeres is important in understanding chromosomal instability (CIN) and cancer ...

Single Cell Collection of Trophoblast Cells in Peri-implantation Stage Human Embryos

Single Cell Insamling av Trophoblast celler i Peri-implantation Stage mänskliga embryon

Human implantation, the apposition and adhesion to the uterine surface epithelia and subsequent invasion of the blastocyst into the maternal decidua, is a ...