बोने टाइटेनियम के लिए एक विधि रक्त ऑटोलॉगस कोशिकाओं और परीक्षण biocompatibility के साथ biomaterials के संपर्क में वर्णित है. इस विधि में endothelial पूर्वज कोशिकाओं और टाइटेनियम ट्यूबों, सुअर का venae cavae में शल्य आरोपण के मिनट के भीतर वरीयता प्राप्त का उपयोग करता है. इस तकनीक को कई अन्य implantable जैव चिकित्सा उपकरणों के लिए अनुकूल है.
Implantable cardiovascular devices are manufactured from artificial materials (e.g. titanium (Ti), expanded polytetrafluoroethylene), which pose the risk of thromboemboli formation1,2,3. We have developed a method to line the inside surface of Ti tubes with autologous blood-derived human or porcine endothelial progenitor cells (EPCs)4. By implanting Ti tubes containing a confluent layer of porcine EPCs in the inferior vena cava (IVC) of pigs, we tested the improved biocompatibility of the cell-seeded surface in the prothrombotic environment of a large animal model and compared it to unmodified bare metal surfaces5,6,7 (Figure 1). This method can be used to endothelialize devices within minutes of implantation and test their antithrombotic function in vivo.
Peripheral blood was obtained from 50 kg Yorkshire swine and its mononuclear cell fraction cultured to isolate EPCs4,8. Ti tubes (9.4 mm ID) were pre-cut into three 4.5 cm longitudinal sections and reassembled with heat-shrink tubing. A seeding device was built, which allows for slow rotation of the Ti tubes.
We performed a laparotomy on the pigs and externalized the intestine and urinary bladder. Sharp and blunt dissection was used to skeletonize the IVC from its bifurcation distal to the right renal artery proximal. The Ti tubes were then filled with fluorescently-labeled autologous EPC suspension and rotated at 10 RPH x 30 min to achieve uniform cell-coating9. After administration of 100 USP/ kg heparin, both ends of the IVC and a lumbar vein were clamped. A 4 cm veinotomy was performed and the device inserted and filled with phosphate-buffered saline. As the veinotomy was closed with a 4-0 Prolene running suture, one clamp was removed to de-air the IVC. At the end of the procedure, the fascia was approximated with 0-PDS (polydioxanone suture), the subcutaneous space closed with 2-0 Vicryl and the skin stapled closed.
After 3 – 21 days, pigs were euthanized, the device explanted en-block and fixed. The Ti tubes were disassembled and the inner surfaces imaged with a fluorescent microscope.
We found that the bare metal Ti tubes fully occluded whereas the EPC-seeded tubes remained patent. Further, we were able to demonstrate a confluent layer of EPCs on the inside blood-contacting surface.
Concluding, our technology can be used to endothelialize Ti tubes within minutes of implantation with autologous EPCs to prevent thrombosis of the device. Our surgical method allows for testing the improved biocompatibility of such modified devices with minimal blood loss and EPC-seeded surface disruption.
सेल बोने तिवारी ट्यूबों यहाँ प्रस्तुत की विधि चिकित्सकों और वैज्ञानिकों के लिए सक्षम बनाता है जल्दी और समान endothelialize रक्त संपर्क implantable उपकरणों की सतहों. के बाद से हम अलग और परिधीय रक्त के नमूनों से निर्यात संवर्धन परिषदों का विस्तार करने के लिए, कोई बड़ी इनवेसिव प्रक्रिया के लिए इन कोशिकाओं को फसल के लिए आवश्यक है. इसके अलावा, निर्यात संवर्धन परिषदों ऑटोलॉगस हैं, इसलिए प्रत्यारोपण सेल – वरीयता प्राप्त करने के लिए किसी भी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का खतरा समाप्त हो रहा है. अपने प्रोटोकॉल में प्रदर्शन सिद्धांतों को न केवल तिवारी ट्यूबों के लिए, लेकिन कई अन्य biomaterials, जो हृदय चिकित्सा में उपयोग किया जाता है के लिए उपयोग किया जा सकता है.
इस प्रोटोकॉल में गंभीर कदम तिवारी ट्यूबों के सावधानीपूर्वक सफाई कर रहे हैं, के रूप में हमने पाया कि contaminant समझौते सेल पालन के किसी भी पक्षपाती फिल्म. इसके अलावा, एक धीमी गति से घूर्णन गति (inversely ट्यूब व्यास के समानुपाती) बोने की प्रक्रिया के दौरान आवश्यक है, कि इस तरह के निर्यात संवर्धन परिषदों धीरे से व्यवस्थित करने और के सतह का पालन तिवारी ट्यूब के रूप में बढ़ रहा है कर सकते हैं.
आरोपण से पहले तुरंत बोने की हमारी विधि अव्यावहारिक पूर्व vivo संस्कृति बार से बचा जाता है, व्यक्तिगत कोशिकाओं का पालन करना और बाद vivo में मिला हुआ पत्रक के रूप में, एक पत्र के रूप में तुरंत प्रवाह की पुनः स्थापना के बाद embolization की संभावना से बचने. हमारे पहले के अध्ययनों से पता चलता है कि एक बार निर्यात संवर्धन परिषदों मिला हुआ परत करने के लिए हो गए हैं, वे एक अतिरिक्त सेलुलर मैट्रिक्स है जो वे दृढ़ता से पालन करते हैं, अतिरिक्त कम से कम एक endothelial पत्रक के किसी भी संभव sloughing. हालांकि embolic टुकड़ी की संभावना पूरी तरह से बाहर नहीं शासन कर सकते हैं, यह पूरे डिवाइस सतह के घनास्त्रता से मुख़्तलिफ़ कम जोखिम है, समस्या यह है कि इस थेरेपी को रोकने के लिए डिज़ाइन किया गया है लगता है.
कम कतरनी में हमारी आरोपण के दृष्टिकोण, अवर रग Cava prothrombotic पर्यावरण रक्त संगतता और 5,6 उपकरणों के घनास्त्रता शोध के लिए सबसे भरोसेमंद बड़े पशु मॉडल में से एक का इस्तेमाल. ध्यान दें कि सभी जानवरों की देखभाल और प्रयोग के राष्ट्रीय संस्थान स्वास्थ्य प्रयोगशाला पशु की देखभाल और उपयोग के लिए दिशानिर्देश के साथ और केवल ड्यूक विश्वविद्यालय संस्थागत पशु की देखभाल और उपयोग समिति के अनुमोदन के बाद अनुसार आयोजित किया गया.
आदेश में सफलतापूर्वक इस आरोपण विधि का उपयोग करने के लिए biomaterials और उपकरणों का परीक्षण, यह महत्वपूर्ण है धैर्य IVC खंड पांडुलेख करना और तैयारी में डिवाइस प्रविष्टि के लिए सभी शिरापरक शाखा वाहिकाओं, ऐसी है कि डिवाइस के आसपास कोई खून बह रहा एक 'झूठी लुमेन' में originates ligate. एक अन्य महत्वपूर्ण कदम डिवाइस ऐसी है कि अंदर ट्यूब की सतह पर कोशिकाओं veinotomy के बंद के दौरान नम रहते हैं और पहले reperfusion शुरू की है लुमेन में DPBS के अलावा है. यदि डिवाइस स्थान है जहाँ इसे प्रत्यारोपित किया गया था में पाया नहीं जा सकता, यह IVC में 'अपस्ट्रीम' माइग्रेट हो सकता है. पीवीसी टयूबिंग 3 मिमी अनुभाग इतना है कि ट्यूब मजबूती से अपने वर्तमान स्थान में लंगर डाले है – यह नस दीवार के माध्यम से और एक 2 के माध्यम से एक सिवनी (4 हे Prolene) रखकर रोका जा सकता है. शोधकर्ता fluorescently पूर्व लेबल एक अन्यथा पेटेंट ट्यूब में explantation होने के बाद 8 चित्रा में दिखाया गया है कोशिकाओं को खोजने में कठिनाई है, यह संभावना है कि कोशिकाओं से एक सुसंगत पत्रक के रूप में खुली है. यह आसपास के और 3 तिवारी ट्यूब वर्गों के नस जिले विधानसभा की बहुत कोमल विच्छेदन के द्वारा रोका जा सकता है ट्यूब के साथ एक साथ नस फिक्सिंग के बाद.
हमारी प्रौद्योगिकी ईपीसी – बोने के माध्यम से हृदय युक्ति घनास्त्रता रोकने के लिए सबूत की अवधारणा के प्रदान करता है. यह तकनीक 'biogenic' मरीजों के अपने endothelial पूर्वज कोशिकाओं के साथ पंक्तिवाला प्रत्यारोपण के विकास में इस्तेमाल किया जा सकता है. हमारे सुअर पशु मॉडल में व्यवहार्यता अध्ययन इस 'व्यक्तिगत दवा' के नैदानिक व्यवहार में अनुवाद की ओर पहला कदम के लिए प्रदान करता है.
The authors have nothing to disclose.
लेखकों इमेजिंग टाइटेनियम वर्गों और मिथुन जैव – उत्पाद पर उनके बहुमूल्य सलाह के लिए सुअर का इस अध्ययन में इस्तेमाल किया सीरम उपलब्ध कराने के लिए Leica माइक्रोसिस्टम्स धन्यवाद करना चाहते हैं. हम भी अनुदान के माध्यम से उनके समर्थन के लिए NIH "ऑटोलॉगस ईपीसी अस्तर के संचार के biocompatibility में सुधार उपकरणों की सहायता", RC1HL099863-01 धन्यवाद पसंद है. इसके अलावा, हम एलेक्जेंड्रा Jantzen के राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन ग्रेजुएट रिसर्च फैलोशिप समर्थन के लिए आभारी हैं. हम भी शल्य चिकित्सा की प्रक्रिया के कई पहलुओं के साथ सहायता और हमारे अनुसंधान जानवरों की हैंडलिंग के लिए जॉर्ज त्वरित, माइक लोव और Ianthia पार्कर का शुक्रिया अदा करना है. स्टीवन ओवेन मशीनिंग हमारे बोने डिवाइस के कई भागों में अमूल्य किया गया है और टाइटेनियम ट्यूबों काटने.
Reagent | Company Name | Catalogue Number | Comments |
Acepromazine | Boehringer-Ingelheim | BIC670025 | NAC# 10280002 |
Alconox Powered Precision Cleaner | Alconox | 1104 | |
Balfour Surgical Retractor | Adler | N/A | |
Baytril | Bayer | APVMA 46028/0705 | |
Butterfly Needle (19G) | Terumo | SV19CLK | |
Chlorhexidine | 3M | 9200 | |
Clamps (45-degree) | Aesculap | FC339T | |
DPBS (-/-) | Gibco | 14190-144 | |
DPBS (+/+) | Gibco | 14040-133 | |
DuraPrep | 3M | 8635 | |
EBM-2 Medium | Lonza | CC-3156 | Base for both serum free and full growth medium |
EGM-2 SingleQuots | Lonza | CC-3162 | Used with EBM-2 for both serum free and full growth medium |
Electrocautery Tool | Valleylab | SurgII-20 | |
Emery Cloth | 3M | 60-0700-0425-8 | 240 grit |
Euthasol Euthanasia Solution | Virback Animal Health | ANADA #: 200-071 | |
Fentanyl Patch | Actavis | NDC # 67767-120-18 | |
Flunixin | Schering-Plough | NAC #: 10470183 | |
Foley Catheter (16F) | Bard | 730116 | |
HBSS | Sigma | H8264-500ML | |
Heat Gun | Milwaukee | 8988-20 | |
Heparin | NDC #: 25021 | ||
Histopaque-1077 | Sigma | H8889-500ML | |
Intubation Tube | Mallinckrodt | 86113 | |
Isoflurane | MWI, Meridian | NDC #13985-030 | |
IV Catheter (18G) | Becton-Dickinson | 381547 | |
Ketamine | Fort Dodge | NDC #0856-2013 | |
Level | Swanson | LLA001 | |
Luer-Lock tip cap | CML Supply | 909-001 | |
Marcaine | Hospira | NDC #: 0409-1560-10 | |
Metzenbaum Scissors | Adler | N/A | |
Micro-introducer (5F) | Galt | KIT 002-01 | |
Mosquito Forceps | Adler | N/A | |
Motor | Herbach and Rademan | H1-08 | |
Oxymorphone | Endo Labs | NDC: 63481-624-10 | |
PKH26 Dye Kit | Sigma | PKH26GL-1KT | |
Porcine Serum | Gemini Bio-Products | 100-115 | 2% concentration in full growth medium |
Potts Scissors | Adler | N/A | |
Precise Vista Skin Stapler | 3M | 3998 | |
PVC Tubing | McMaster-Carr/Insultab | 7132K117 | expanded ID 15.88 mm, recovered ID 7.95 mm |
Right Angle Medium Size | Adler | N/A | |
Scalpel Blade (#10-15) | Bard | 373910 | |
Silicone Tubing | McMaster-Carr | 51735K26 | 16.64 mm OD, 9.52 mm ID |
Syringe (5 cc) | Becton-Dickinson (BD) | 309603 | |
Tegaderm | 3M | 90001 | |
Three-way Stopcock | Kendall | 170060 | |
Ti Tube | Tico Titanium | N/A | Specified as ½” OD, .065″ wall, .370″ ID, .1737 lbs/ft |
Trypsin | Lonza | CC-5012 | |
Trypsin Neutralizing Solution (TNS) | Lonza | CC-5002 | 0.03% |
Vetropolycin | Pharmaderm Animal Health | NAC #: 12920110 | |
Vicryl Suture (3-0) | Ethicon | J808T | |
Water Bath Sonicator | Branson | B200 |