מאמר שיטה

השרשה שתלי כלי הדם Electrospun עם אופטימיזציה מבנה במודל חולדה

7.9K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/57340

⸱

27 ביוני 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology, Key Laboratory of Bioactive Materials (Ministry of Education), College of Life Sciences, Nankai University

במאמר זה

סיכום

כאן, אנו מציגים שיטה electrospinning ששונה כדי להמציא PCL שתלי כלי הדם עם נקבוביות גדולות וסיבים עבים, לתאר את פרוטוקול כדי להעריך את הביצועים ויוו במודל של עכברים של החלפת העורק הראשי.

תקציר

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק macroporous PCL שתל וסקולרית. ומתארות פרוטוקול הערכה באמצעות מודל עכברוש של החלפת העורק הראשי. השתלים כלי הדם electrospun לעיתים קרובות בעלי נקבוביות קטנות יחסית, אשר להגביל חדירה לתא השתלים ומעכבים את ההתחדשות ובניה של הניאו-העורקים. במחקר זה, PCL שתלי כלי הדם עם סיבי עבה יותר (5-6 מיקרומטר), נקבוביות גדולות יותר (~ 30 מיקרומטר) היו מפוברק באמצעות טכניקה לעיבוד ששונה. ביצועים לטווח ארוך של השתל הוערך על ידי ההשרשה במודל חולדה. העורק הראשי. אולטראסאונד הראה כי השתלים נותר פטנט ללא מפרצת או היצרות המתרחשים גם לאחר 12 חודשים של השרשה. Macroporous מבנה משופרת של ingrowth תא וקידם ובכך רקמות מחדש בגיל 3 חודשים. חשוב מכך, לא היה סימן של שיפוץ תופעות לוואי, כגון הסתיידות בתוך הקיר שתל לאחר 12 חודשים. לכן, electrospun PCL שתלי כלי דם עם macroporous ששונה עיבוד החזק פוטנציאל להיות תחליף עורק להשתלה לטווח ארוך.

מבוא

שתלי כלי הדם מחומרים פולימרים סינתטיים מנוצלים נרחב במרפאה לטיפול במחלות לב וכלי דם (CVDs). למרבה הצער, במקרה של השתלים דם בקוטר קטן (D < 6 מ מ) יש מוצרים מוצלחים זמינים עקב נמוך patency מופעלות על ידי מהירות זרימת דם מופחתת, אשר מובילה לעיתים קרובות פקקת, היפרפלזיה intimal, ועוד סיבוכים1.

הנדסת רקמות מספק אסטרטגיית חלופיים כדי להבין patency לטווח ארוך, הומאוסטזיס מבוסס על התחדשות נימי הדם מונחה לגרדום שחזור. בפירוט, השתל וסקולרית, כתבנית תלת מימדי, יכול לספק תמיכה מכנית והדרכה מבניים במהלך לרגנרציה של רקמות עילאיים ועל ההשפעה פונקציות הסלולר, כולל תא אדהזיה, הגירה, התפשטות, ו הפרשת מטריצה חוץ-תאית2. עד עכשיו, פולימרים סינתטיים שונים תאימותם ליישומים בהנדסת רקמות עילאיים. בין אלה פולימרים, poly(ε-caprolactone) (PCL) נחקר באינטנסיביות עקב תא טוב תאימות והשפלה איטי שנעו בין כמה חודשים עד שנתיים3. בעכברוש העורקים מודל4,5,6, שתלי כלי הדם PCL שעובדו על-ידי electrospinning הציג המבנית מעולה, patency, עלייה מתמדת כמו גם תא הפלישה, כורוידאלית ב שתל קיר עד 6 חודשים. עם זאת, רקמות לוואי שיפוץ, כולל רגרסיה של תאים, נימים, הסתיידות, גם נצפו ב timepoints יותר, עד ל-18 חודשי.

Cellularization של כלי הדם השתל היא גורם מפתח בקביעת התחדשות רקמות, ותתמוך7. Electrospinning, כמו טכניקה רב-תכליתי, כבר נרחב מועסקים עבור הכנת שתלי כלי הדם עם מבנה סיבי ננו8. למרבה הצער, המבנה הנקבובית קטן יחסית מובילה לעיתים קרובות לא מספיקות תא בחדירת השתל electrospun כלי דם, אשר מגביל את התחדשות רקמות עוקבות. כדי לפתור בעיה זו, טכניקות שונות נוסו כדי להגדיל את גודל הנקבוביות נקבוביות הכוללת, לרבות המלח/הפולימר שטיפת9,10, שינוי של אספן המנגנון, שלאחר הטיפול על ידי קרינת לייזר11 , ועוד. למעשה, המבנה של שתלי electrospun (כולל סיבים בקוטר גודל הנקבוביות, נקבוביות) קשורה קשר הדוק עיבוד התנאים12,13. במהלך electrospinning, קוטר סיבים ניתן לשלוט בקלות על-ידי שינוי הפרמטרים, כגון הריכוז של פולימר פתרון, קצב הזרימה, מתח, וכו '. 14 , 15, ו. לכן, גודל הנקבוביות ואת נקבוביות שופרו בהתאם.

לאחרונה דיווחנו PCL ששונה electrospun שתל למבנה macroporous (סיבי עם קוטר של 5-7 מיקרומטר, הנקבוביות של 30-40 µm). In vivo השרשה על-ידי החלפת עכברוש. העורק הראו שיעור גבוה של patency, כמו גם התחדשות endothelialization, שריר חלק טוב בגיל 3 חודשים לאחר הניתוח16. וחשוב מכך, אין תופעות לוואי רקמות כולל רגרסיה הסתיידות והתא יכול להיות שנצפו גם לאחר שנה אחת של השרשה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

השימוש של חיות ניסוי שאושרו על-ידי חיה ניסויים אתית הוועדה של שינקאנסן האוניברסיטה, ביצעו תואם המדריך לקבלת טיפול, שימוש של חיות מעבדה.

1. ייצור שתלי Electrospun PCL

הערה: בזאת, טכניקת electrospinning היה מנוצל כדי לבדות שתלי כלי הדם.

  1. להכין PCL פתרונות של 25 wt % ו 10 wt %, על ידי המסת PCL בתערובת של מתנול, כלורופורם, בהתאמה, (יחס נפח של 1:5), בטמפרטורת החדר (RT) במשך 12 שעות.
  2. לטעון את הפתרון PCL לתוך מזרק זכוכית 10-mL.
  3. מקם את המזרק עם מחט 21-G.
  4. מניחים את מוט פלדה אל חלד (2 מ מ בקוטר 25 ס מ אורך) על המכשיר אוסף.
  5. עבור שתלים סיבי עבה יותר, השתמש PCL הפתרון של 25 wt %, ומרחק עבודה של 17 ס מ מחט לאספן, קצב הזרימה של 8 mL/h, מתח של 11 kV כפרמטרים electrospinning. לשימוש שתלי רזה-סיבים, הפתרון PCL של 10 wt %, ומרחק עבודה של 20 ס מ מחט לאספן, קצב זרימה של 2 מ ל/h, מתח של 18 kV כפרמטרים electrospinning.
  6. ודא כי השתלים שהושג מוצבים בתוך ואקום למשך הלילה כדי להסיר שאריות הממס. לעקר את כל הכלים לפני ההליך ולשמור על הטכניקה aseptic ברחבי.
  7. לפני ההשתלה, לחטא את השתלים על ידי אנו ממליצים להם 10 מ"ל של 75% אתנול למשך 30 דקות ואז לחשוף אותם לאור אולטרא סגול לילה.
  8. מדידות גודל סיבים, נקבוביות: לחשב את הקוטר הממוצע סיבים באמצעות תוכנת ImageJ מבוסס על סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM).
  9. בדיקות מכניות של פיגומים:
    1. חותכים פיגומים צינורי למקטעים 3 מ מ אורך בעזרת סכין גילוח. למדוד את העובי של פיגומים באמצעות מיקרומטר.
    2. למקם פיגומים הכרישים על מכונת בדיקות מתיחה עם עומס קיבולת של 100 ש
    3. מלחציים פיגומים עם 1 מ"מ הבין-קלאמפ מרחק, למשוך longitudinally בקצב של 10 מ מ/דקה עד קרע. למדוד את חוזק ואת האולטימטיבי התארכות בהפסקה. לחשב את האלסטיות של האזור הליניארי הראשונית (עד 5% זן) של העקומה מתח-זן.

2. עכברוש. העורק השרשה מודל

הערה: כל חומרים, כלים המשמשים בניתוח הם סטרילי. במהלך הניתוח, ודא כי המפעיל לובש מסכה גזה וכפפות סטרילי למניעת זיהומים. ודא שטמפרטורת החדר נשמרת ב- 27-30 ° C כדי לשמור על טמפרטורת הגוף בבעלי חיים. פעל לפי ההנחיות IACUC המקומית בנוגע שיכוך כאבים.

  1. השתמש חולדות ספראג Dawley זכר שוקל 240-270 גרם מקבלים שתל של כלי הדם. ודא שהחולדה יש התענה 24 שעות לפני הניתוח. המטרה של חולדות צום של 24 שעות היא ריקה הצואה של המעיים מספיק, ובכך להרחיב האופק של המפעיל.
  2. לתפוס הצוואר האחורי של החולדה, הראש כלפי מטה, את המחט springe לתוך חלל הבטן הבטן התחתונה. זירוז של עכברוש בשביל הרדמה עם קלוראל-הידרייט (330 מ ג/ק ג) על ידי זריקה בקרום הבטן.
  3. לאשר ההרדמה נאותה על ידי הבטחת העכברוש הגמיש השרירים ונשימה יציבה. מקם את החולדה תחת המיקרוסקופ ההפעלה במצב פרקדן.
  4. החל וזלין הוטרינר אופטלמולוגיות משחה על העיניים למניעת יובש תחת הרדמה. לנהל בדיקות דם (UI 100/kg) עם תמיסת מלח פיזיולוגית heparinized פתרון (UI 50/mL) בזריקה וריד הזנב לפני הניתוח.
  5. לגלח את הפרווה בקיר הבטן הקדמי באמצעות סכין גילוח, לנקות את העור באמצעות יודיפלור תמיסה תמיסת כוהל רפואי.
  6. לבצע חתך laparotomy קו האמצע עם מספריים כירורגיים להבטיח החתך כ 4-5 ס"מ ו ואז לחשוף את חלל הבטן.
  7. . משכי, עוטפים את המעיים עם גזה לחלח עם תמיסת מעדיפים.
  8. לנתח את העורק הראשי בקפידה.
  9. לזהות, מאתרים ומפסיקים את כל הענפים קטן בעזרת תפרים ניילון monofilament 9-0.
  10. תהדק את המקטע מבודד (עד 1 ס מ אורך) של אבי העורקים באמצעות שני תופסנים כלי הדם. אבי העורקים יכולים להישאר בחוזקה למשך 20-30 דקות.
  11. Transect העורק הראשי בין שני תופסנים באמצעות מיקרו-מספריים כדי ליצור את האתרים anastomotic.
  12. לרוקן את שני הקצוות של אבי העורקים באמצעות פתרון heparinized מלוחים (UI 50/mL) כדי להסיר את שאריות הדם.
  13. לקלף את adventitia באמצעות מיקרו-מספריים.
  14. Anastomose השתל ועם הקוטר הפנימי של 2 מ מ 1 ס"מ אורך על העורק הראשי של החולדה עם דפוס התפר של-שמונה בעזרת תפרים ניילון monofilament 9-0.
  15. ראשית, לבנות ארבע. חיבור בהתאם לרצף של 9, 3, 12, ו 6 o ' שעון עמדות על הצד צינתור, ואז anastomose את הקצוות לחתוך 4 תפרים בין שני תפרים. לאחר שסיים את התפר צינתור, תפר הצד דיסטלי באותה שיטה.
    הערה: כל תפר נדרש כדי להבטיח שהצד יליד מעט שמוטבע השתל.
  16. להסיר את המלחציים דיסטלי כדי לאפשר את הדם לזרום לתוך השתל ולאחר מכן להסיר את המלחציים הפרוקסימלית.
  17. הקש את הקצוות התפר כדי לעצור את הדימום באמצעות כדור צמר גפן סטרילי או ספוג גזה קטנים. הקש על 3 דק ', עד hemostasis.
  18. להחזיר את המעיים לתוך חלל הבטן.
  19. לשטוף את חלל הבטן בעזרת תמיסת מלח פיזיולוגית חמימים פתרון גנטמיצין (320 U/mL).
  20. לתפור לקיר הבטן באמצעות ניילון 3-0 בתפר לשכבת השריר והעור, בהתאמה.
  21. למקם את החולדה לתוך כלוב נקי ויבש, לשים כרית החימום תחת הכלוב כדי לשמור על טמפרטורת הגוף החי; ואז לחכות החולדה להתאושש מן ההרדמה. לטפל החיה עד זה שהכרתו מספיק כדי לשמור על recumbency בחזה ובצלעות.
  22. אחרי זה יחזור להכרה, לשים את החולדה לכלוב יחיד עם מים ואוכל. החל יוד על הפצע כדי למנוע זיהום לאחר הניתוח. להחזיר את החולדה מחברתם של חיות אחרות עד זה יחלים במלואו.
  23. המתת חסד חולדות בהתאם להנחיות מוסדיים בנקודות זמן מוגדרים מראש.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

השתלים PCL היו explanted ב 3 חודשים ל- 12 חודשים וכאב לאחר הניתוח, נותחו על ידי טכניקות היסטולוגית סטנדרטי עבור hematoxylin ואאוזין (H & E), מאסון trichrome, Verhoeff-ואן Gieson (VVG), פון Kossa ו- immunofluorescence מכתים עבור α-SMA, MYH, vWF ואלסטין. היסטולוגית התמונות צולמו באמצעות מיקרוסקופ זקוף, immunofluorescence התמונות צולמו באמצעות מיקרוסקופ fluorescence.

כל הנתונים שבאו לידי ביטוי אומר ± SD. דו-זנבית של סטודנט t...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

חדירה לתא הוא קריטי עבור ההתחדשות, שיפוץ של שתל וסקולרית ויוו16. חדירה לתא מוגבל קשורה לעיתים קרובות הנקבוביות קטן יחסית של השתל המעכבים את ההעברה של תאים לתוך הקיר שתל. כדי לטפל הקושי הזה, פיתחנו שיטה שונה להכין electrospun PCL שתלי כלי הדם עם מבנה גדול שם. בפירוט, גודל הנקבוביות גדל עם הגידול של עובי סיבים זה יכול להיות נשלט בקלות על ידי הפרמטרים עיבוד. התוצאות הראו כי התאים מארח יכול בקלות לחדור לתוך הקיר של שתל macroporous הזה לאחר ההשתלה ויוו , cellularity נשאר ברמה יחסית גב...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים יש אינטרסים כלכליים לא סותרים.

תודות

עבודה זו נתמכה כלכלית על ידי פרויקטים NSFC (81522023, 81530059, 91639113, 81772000, 81371699 ו- 81401534).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
כדורי פולי (ε-caprolactone) (PCL) (Mn=80,000)Sigma704067
MethanolTianjin Chemical Reagent Company1060
AlcoholTianjin Chemical Reagent Company1083
ChloroformTianjin Chemical Reagent CompanyA1007
SucroseTianjin Fengchuan חברה2296
Triton X-100Alfa AesarA16046
Sprague Dawley חולדותמרכז חיות מעבדה של האקדמיה למדעי
הצבאית מי מלח רגיליםHebei Tiancheng חברת
כלורל הידרטטיאנג'ין Ruijinte חברת כימיקלים2223
הזרקת נתרן הפריןטיאנג'ין ביוכימיה חברת
Gentamycin סולפט הזרקתג'יאנגסו Lianshui חברת
עכבר אנטי-&אלפא;-SMA נוגדן ראשוניAbcamab7817
עכבר אנטי חלק MYH נוגדן ראשוניAbcamab683
ארנב פוליקלונלי אנטי אלסטין עכברוש נוגדןAbcamab23748
ארנב אנטי-פון ווילברנד גורם נוגדן ראשוניAbcamab6994
עז נגד עכבר IgG (Alexa Fluor 488)Invitrogenab150117
עיזים נגד ארנב IgG (Alexa Fluor 488)Invitrogenab150077
5% סרום עיזים רגילZhongshan גשר הזהבZLI9022
המטוקסילין ואאוזין (H& E)בייג'ינג leagene biotechDH0006
הטריכרום של מאסוןבייג'ינג leagene biotechDC0032
Verhoeff-van Gieson (VVG)בייג'ינג leagene biotechDC0059
Von Kossaבייג'ינג leagene biotechDS0003
מחטי תפרים כירורגיים עם חוט, 3-0 משישנחאי Jinhuan חברת ציוד רפואיG3002b
מחטי תפרים כירורגיים עם חוט, 9-0 משישנחאי Jinhuan ציוד רפואי חברתH901
הרפואהתרופותתרופותתרופות

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

PCL

מאמרים קשורים