$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
W ostatnich dziesięcioleciach inżynieria tkankowa otworzyła nową opcję terapeutyczną polegającą na zastąpieniu defektów tkanek własnymi komórkami organizmu1. Aby wspomóc fizjologiczny proces regeneracji tkanek, rusztowania są projektowane jako struktura biodegradowalna, która zapewnia scenariusz, w którym komórki z łożyska rany mogą rosnąć i przywracać ubytek2,3.
Niedostateczne unaczynienie jest uważane za główną przeszkodę, która powstrzymuje kliniczny przełom w tworzeniu rusztowań biosztucznych4. Wraz z wrastaniem komórek wzrasta zapotrzebowanie na składniki odżywcze i tlen, a unaczynienie materiału staje się niezbędne. Niewystarczające lub opóźnione unaczynienie może zatem prowadzić do centralnej martwicy produktów inżynierii tkankowej5. Ponadto naczynia krwionośne dostarczają kompetentne komórki odpornościowe i usuwają pozostałości metaboliczne w obszarze regeneracji. Wysokie wskaźniki zakażeń i niska regeneracja to tylko niektóre z konsekwencji niedostatecznej perfuzji krwi obserwowanej w inżynierii tkankowej, której celem jest zapobieżenie poprzez zwiększenie unaczynienia rusztowań6,7.
Kilka strategii, które mają na celu poprawę unaczynienia, skupia się na kluczowej roli samego biomateriału i mikrostrukturze rusztowania. Prowadzone są intensywne prace badawcze mające na celu opracowanie nowych podejść do przenoszenia procesu gojenia z naprawy na regenerację, a tym samym (re)generacji tkanki o właściwościach fizjologicznych najbardziej zbliżonych do tej, która ma zostać odtworzona8,9. Biomateriały, które badano i oceniano pod kątem ich potencjału regeneracyjnego, obejmowały kolagen, fibrynę, chitozan i alginian10,11. Te biomateriały mogą być wykorzystywane i łączone jako szkielet do budowy nowych rusztowań przy użyciu różnych strategii, takich jak decelularyzacja tkanek, samoorganizacja, szybkie prototypowanie i elektroprzędzenie12. W celu zwiększenia własnych zdolności regeneracyjnych organizmu, rusztowania mogą być bioaktywowane. Wykazano, że włączenie rekombinowanych angiogennych czynników wzrostu13 lub wektorów genowych kodujących takie czynniki14 poprawia unaczynienie rusztowania. Powszechnie wykazano, że stosowanie komórek macierzystych jest obiecującą strategią poprawy unaczynienia, w której najwięcej uwagi poświęcono mezenchymalnym komórkom zrębu i komórkom progenitorowym śródbłonka15,16. Inne podejścia polegają na budowie konstrukcji, które zawierają prefabrykowane sieci naczyń krwionośnych przed przeszczepem17. Pomimo intensywnych wysiłków w zakresie projektowania rusztowań i ich bioaktywacji, żadna strategia nie poprawiła unaczynienia na klinicznie istotnym poziomie i, z wyjątkiem wymiany skóry w przypadku masywnych oparzeń, przełożenie materiałów bioinżynieryjnych na rutynę kliniczną odbywa się tylko zwahaniem18.
Jednym z powodów, dla których unaczynienie sztucznych konstrukcji tkankowych jest nadal nierozwiązanym problemem, jest trudność w ocenie sukcesu nowych technologii w podejściu in vivo. Chociaż eksperymenty in vitro mogą dostarczyć ważnych informacji na temat potencjału unaczynienia rusztowań, potrzebne są odpowiednie modele zwierzęce do zbadania kluczowych parametrów, takich jak biokompatybilność materiału, bezpieczeństwo i skuteczność leczenia oraz, co szczególnie ważne, unaczynienie konstruktu tkankowego. Dlatego niezbędne są niezawodne narzędzia do wizualizacji i ilościowego określania sieci naczyń krwionośnych in vivo.
W tym badaniu prezentujemy prostą i niezawodną metodę, która pozwala na wizualizację i kwantyfikację sieci naczyniowej wewnątrz eksplantowanych rusztowań. Metoda ta opiera się na transiluminacji tkankowej i segmentacji cyfrowej. Ponieważ metoda ta jest nieinwazyjna, pozwala na dalsze analizy molekularne i histologiczne materiału docelowego.