Skalowanie zaprojektowanych przeszczepów naczyniowych przy użyciu prowadnic drukowanych w 3D i metody układania pierścieni

Summary

Skalowalne naczynia krwionośne poprawiłyby możliwości zastosowania klinicznego. Korzystając z łatwo zwymiarowanych prowadnic drukowanych w 3D, stworzono pierścienie mięśni gładkich naczyń krwionośnych i ułożono je w formę rurkową, tworząc przeszczep naczyniowy. Przeszczepy można dobrać tak, aby spełniały zakres wymiarów ludzkich tętnic wieńcowych, po prostu zmieniając rozmiar prowadnicy wydrukowanej w 3D.

Abstract

Choroba wieńcowa pozostaje główną przyczyną zgonów, dotykając miliony Amerykanów. Ze względu na brak dostępnych autologicznych przeszczepów naczyniowych, przeszczepy inżynieryjne oferują ogromny potencjał w leczeniu pacjentów. Jednak zmodyfikowane przeszczepy naczyniowe na ogół nie są łatwe do skalowania, co wymaga produkcji niestandardowych form lub rurek polimerowych w celu dostosowania do różnych rozmiarów, co stanowi czasochłonną i kosztowną praktykę. Średnica światła tętnic ludzkich wynosi około 2,0-38 mm, a grubość ścian około 0,5-2,5 mm. Stworzyliśmy metodę, zwaną "Metodą Układania Pierścieni", w której pierścienie tkanki o pożądanym typie komórek, zademonstrowane tutaj z komórkami mięśni gładkich naczyń krwionośnych (SMC), mogą być tworzone za pomocą prowadnic środkowych słupków do kontrolowania średnicy światła i zewnętrznych powłok do dyktowania grubości ścianki naczynia. Te pierścienie tkankowe są następnie układane w stosy, aby utworzyć rurową konstrukcję, naśladującą naturalną formę naczynia krwionośnego. Długość naczynia można dostosować, po prostu układając w stos liczbę pierścieni wymaganych do uzyskania potrzebnej długości. Dzięki naszej technice tkanki o kształtach rurkowych, podobnych do naczynia krwionośnego, mogą być łatwo wytwarzane w różnych wymiarach i długościach, aby zaspokoić potrzeby kliniki i pacjenta.

Introduction

W leczeniu choroby wieńcowej (CAD), naczynia krwionośne pacjenta są pobierane jako materiał do operacji wszczepienia bypassów. Często jednak chorzy pacjenci nie mają zdolnych do życia naczyń, które mogliby sobie oddać, a w przypadkach, gdy mają, miejsce dawcze powoduje znaczne dodatkowe szkody i stwarza poważne ryzyko infekcji. ¹ Zmodyfikowane przeszczepy naczyniowe mogłyby zaspokoić tę potrzebę. Skalowalność ma ogromne znaczenie dla statków inżynieryjnych, aby sprostać szerokiemu zakresowi wymagań dotyczących wielkości naczyń pacjenta. Jednak obecne metody dla statków inżynieryjnych nie są łatwe do skalowania i zazwyczaj wymagają regeneracji z....

Protocol

1. Przygotowanie hodowli komórkowej

1. Wykorzystaj ludzkie komórki mięśni gładkich aorty zakupione komercyjnie.
2. Utrzymuj komórki w pożywce do wzrostu komórek mięśni gładkich składającej się z 88,6% 231 pożywki, po 0,1% rekombinowanej insuliny ludzkiej (rH-insuliny), rekombinowanego ludzkiego czynnika wzrostu fibroblastów (rH-FGF), rekombinowanego ludzkiego naskórkowego czynnika wzrostu (rH-FGF) i kwasu askorbinowego; oraz po 5% płodowej surowicy bydlęcej (FBS) i L-glutaminy; oraz 1% antybiotyku/antybiotyku przeciwgrzybiczego.
   UWAGA: Każdy czynnik wzrostu, FBS i L-glutamina są kupowane jako zestaw do wzrostu pożywki naczyniowej.
3. Zmie....

Results

Tutaj pokazano produkcję 3 różnych rozmiarów przeszczepów naczyniowych (Rysunek 1), co pokazuje, że metoda Ring Stacking (RSM) jest skalowalna. Aby udowodnić stosowalność, wybrane 3 różne rozmiary naczyń odpowiadają rzeczywistemu rozmiarowi ludzkiego naczynia dla lewej przedniej tętnicy zstępującej przedniej (mała; średnica światła = 4 mm)¹⁷, aorty zstępującej (pośredniej; średnicy światła = 10 mm) i aorty wstępującej (dużej; średnicy światła = 20 .......

Discussion

Metoda układania pierścieni ma wiele zalet w porównaniu z obecnymi technikami konstruowania tkanek naczyniowych. RSM można dostosować do tworzenia ludzkich naczyń o dowolnej wielkości, po prostu dostosowując wymiary słupka i zewnętrznej powłoki. Nasza metoda pozwala na opracowanie bezpolimerowych naczyń inżynieryjnych składających się wyłącznie z komórek ludzkich i szybko degradującego się materiału podporowego znajdującego się w naturalnym procesie gojenia się ran w organizmie. Wiadomo, że przeszczepy polimerowe powoduj.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ludzkie komórki mięśni gładkich aorty	ATCC	PCS-100-012	komórki mięśni gładkich naczyń krwionośnych
Medium 231	Gibco (Life Technologies	M-231-500	podłoże specyficzne dla komórek mięśni gładkich naczyń krwionośnych
Zestaw do wzrostu komórek mięśni gładkich ludzkiej aorty	Czynniki wzrostu ATCC	PSC-100-042	do utrzymania żywotności komórek mięśni gładkich naczyń krwionośnych
Replicator Mini drukarka 3D	MakerBot	Drukarka 3D	N/A
Atrament 3D z poli(kwasu mlekowego) (PLA)	MakerBot	Nie dotyczy	filamentu do drukarki 3D
Poli(dimetylosiloksan) (PDMS)	Ellworth Adhesives	3097358-1004	polimer do klejenia części płyt
Fibrinogen	Hyclone Labratories, Inc.	SH30256.01	składnik żelu fibrynowego
Trombina	Sigma Life Sciences	F3879-5G	składnik żelu fibrynowego
Tranformingowy czynnik wzrostu-Beta 1	Czynnik wzrostu PeproTech	100-21	do stymulacji produkcji kolagenu
Hemocytometr	Hausser Scientific Co.	3200	do zliczania komórek
Rurki poliwęglanowe	Tworzywa sztuczne w USA	PCTUB1.750X1.625	materiał do wyrobu wysokich, pierścieniowych płyt do układania w stosy
Płyta poliwęglanowa	Home Depot	409497	materiał do produkcji wysokich, pierścieniowych płyt do układania w stosy
Klej polimerowy rozpuszczalnik	SCIGRIP	10799	materiał do wykonywania wysokich, pierścieniowych płyt do układania w stosy
Instron 5940	Instron	N/A	maszyna do prób rozciągania
U-Stretch	Cell Scale	N/A	Maszyna do prób rozciągania
Aktyna mięśni gładkich	MA5-11547	Przeciwciało Thermo Fisher
Tropomiozyna	MA5-11783	Przeciwciało Thermo Fisher