Полный кожи Дефект Модель для оценки васкуляризации биоматериалов<em> В Vivo</em
Summary
Васкуляризация является ключом к подходам в успешной тканевой инженерии. Поэтому, надежные технологии обязаны оценить развитие сосудистых сетей в ткани-конструкций. Здесь мы представляем простой и экономичный способ для визуализации и количественной оценки васкуляризации в естественных условиях.
Abstract
Недостаточная васкуляризация считается одним из основных факторов, ограничивающих клинический успех тканевой инженерии конструкций. Для того чтобы оценить новые стратегии, направленные на улучшение васкуляризации, надежные методы необходимы, чтобы сделать в-рост новых кровеносных сосудов в био-искусственный лесов видимых и количественного определения результатов. За последние пару лет, наша группа представила дефектов модель полный кожи, которая позволяет прямой визуализации кровеносных сосудов просвет и обеспечивает возможность количественного через цифровой сегментации. В этой модели, один хирургическим создает полные дефекты кожи в спине мышей и заменяет их тестируемого материала. Молекулы или клетки интерес также могут быть включены в таких материалах, чтобы изучить их потенциальное влияние. После времени наблюдения по собственному выбору, материалы эксплантированных для оценки. Двусторонние раны предоставить возможность сделать внутренние сравнения йв минимизации артефактов между людьми, а также уменьшение количества животных, необходимых для исследования. По сравнению с другими подходами, наш метод предлагает простой, надежный и экономически эффективный анализ. Мы внедрили эту модель в качестве обычного инструмента для выполнения высокого разрешения скрининг при тестировании васкуляризации различных биоматериалов и подходов био-активации.
Introduction
В последние десятилетия, тканевая инженерия открыла новый терапевтический вариант для замены дефектов тканей с собственных клеток организма 1. Для того чтобы поддержать физиологическое процесс регенерации тканей, каркасы предназначены в качестве биоразлагаемого структуры, которая обеспечивает ситуацию, когда клетки из раны кровати могут расти и восстановление дефекта 2,3.
Недостаточная васкуляризация считается главным препятствием, которое сдерживает клиническую прорыв bioartificial лесов 4. С врастание клеток, спрос на питательных веществ и кислорода увеличивается и васкуляризации материала становится необходимым. Поэтому вашем или с задержкой васкуляризации может привести к центральной некроза тканевой инженерии продуктов 5. Кроме того, кровеносные сосуды обеспечивают иммунные компетентных клеток и удаления метаболические остатки в области регенерации. Высокие показатели инфицирования и низкий регенерации являются тольконекоторые из последствий недостаточного кровоснабжения крови, наблюдаемых в тканевой инженерии, которые направлены на быть предотвращены путем увеличения васкуляризации подмостей 6,7.
Существует несколько стратегий, которые направлены на улучшение васкуляризации акцент на ключевой роли самого биоматериала и микроструктуры на эшафот. Есть интенсивные исследованиях по разработке новых подходов в переходе процесс заживления от ремонта к регенерации, тем самым (повторно) генерации ткани с ближайшими физиологических свойств в одном, чтобы быть восстановлены 8,9. Биоматериалов, которые были изучены и оценены в отношении их регенеративного потенциала включены коллаген, фибрин, хитозан и альгинат 10,11. Эти биоматериалы могут быть использованы и в сочетании, как позвоночника для строительства новых каркасов с использованием различных стратегий, таких как ткани decellularization, самосборки, быстрого прототипирования и электропрядения 12. Для того, чтобы EnhAnce собственной регенеративной способности организма, леса могут быть биоактивированного. Введение рекомбинантной факторов роста кровеносных сосудов 13 или генные векторы, кодирующие такие факторы 14 показал, чтобы улучшить сосудистой системы строительных лесов. Использование стволовых клеток широко показано, что многообещающей стратегией для улучшения васкуляризации, где мезенхимальных стромальных клеток и эндотелиальных клеток-предшественников завоевали наибольшее внимание 15,16. Другие подходы пытаться построить конструкции, которые содержат сборные сетей сосуду до трансплантации 17. Несмотря на интенсивные усилия в области дизайна лесов и их биологического активации, никакой стратегии не улучшилось кровоснабжение в клинически значимом уровне и, за исключением замены кожных в массивных ожогов, перевод биоинженерных материалов в клинической практике только происходит нерешительно 18 .
Одна из причин, почему васкуляризацияконструктов искусственных тканей по-прежнему нерешенной проблемой, является трудность оценить успех новых технологий в подходах в естественных условиях. Хотя эксперименты в пробирке может предоставить важную информацию на васкуляризации потенциала лесов, соответствующие модели на животных обязаны изучать ключевые параметры, такие как биосовместимость материала, безопасности и эффективности лечения и, что особенно важно, васкуляризации ткани построить. Поэтому надежные инструменты для визуализации и количественной сетей кровеносных сосудов в естественных условиях необходимы.
В этом исследовании мы представляем простой и надежный метод, позволяющий визуализировать и количественно сосудистой сети внутри эксплантированных лесов. Этот метод основан на ткани просвечивании и цифровой сегментации. Поскольку этот метод является неинвазивным, это позволяет еще больше молекулярных и гистологических анализов материала мишени.
Protocol
Representative Results
Discussion
Существует потребность в создании успешных подходов в улучшении перфузии крови в ткани инженерии конструкций, что требует разработки новых надежных методов для изучения процессов васкуляризации в биоматериалов. Распространенные способы получения эшафот васкуляризации исключая ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Интегра шаблон регенерации кожной был любезно предоставлен Интегра Lifesciences корпорации. Источники фондов, поддерживающих работу: Работа частично финансируется CIRM-BMBF раннего Переводной II премии и FONDAP Центра геномной регуляции, как к JTE (Nr 15090007.).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Ethilon P-3 13 mm 3/8 circle 5-0 | Ethicon, Norderstedt, Germany | 698G | Ethilon polyamid-6 precision point-reverse cutting suture |
| Biopsy punches (10 mm) | Xiomedics, Acuderm inc., Fort Lauderdale, FL, USA | P1050 | |
| Biopsy punches (12 mm) | Xiomedics, Acuderm inc., Fort Lauderdale, FL, USA | P1250 | |
| Digital camera | Ricoh, Hannover, Germany | Cx1 | |
| Gazin Mullkompresse | Lohmann und Rauscher, Neuwied, Germany | 13622 | Sterile gauze (10 cm x 10 cm) |
| Double-layer collagen-based scaffold (8 'x 10') | Integra Life Science Corporation, Plainsboro, NJ, USA | 88101 | |
| Isoflurane, liquid-gas for inhalative anesthesia | Baxter, Unterschleissheim, Germany | 100196040 | |
| Pentobarbital, 16 g / 100 ml | Fa. Merial, Hallbergmoos | ||
| Nuri Nu/Nu Nude mice, CrLNU-Foxn1nu | Charles River, Sulzfeld, Germany | Strain code 088 | Athymic nude mice, 6 to 8 weeks of age and with a body weight between 20 to 25 g |
| Buprenorphine (0.3 mg/ml) | Essex Pharma GmbH, Munich, Germany | ||
| Titanized mesh (15 cm x 15 cm), extralight | PFM Medical AG, Köln, Germany | 6000029 | |
| Tissucol Duo S Immuno 2 ml | Baxter Germany GmbH, Unterschleißheim, Germany | B1332020110614 | Fibrin-thrombin solution |
| Transparent adhesove drape (30.5 cm x 26 cm) | KCI Medical Products, Wimborne Dorset, UK | M6275009/10 |
References
- Rahaman, M. N., Mao, J. J. Stem cell-based composite tissue constructs for regenerative medicine. Biotechnology and Bioengineering. 91 (3), 261-284 (2005).
- Lutolf, M. P., Hubbell, J. A. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nature Biotechnology. 23, 47-55 (2005).
- Machens, H. G., Berger, A. C., Mailaender, P. Bioartificial skin. Cells Tissues Organs. 167, 88-94 (2000).
- Priya, S. G., Jungvid, H., Kumar, A. Skin tissue engineering for tissue repair and regeneration. Tissue Engineering Part B: Reviews. 14, 105-118 (2008).
- Papavasiliou, G., Cheng, M. H., Brey, E. M. Strategies for vascularization of polymer scaffolds. Journal of Investigative Medicine. 58 (7), 838-844 (2010).
- Laschke, M. W., et al. Angiogenesis in tissue engineering: breathing life into constructed tissue substitutes. Tissue Engineering. 12, 2093-2104 (2006).
- Zhong, S. P., Zhang, Y. Z., Lim, C. T. Tissue scaffolds for skin wound healing and dermal reconstruction. Wiley Interdisciplinary Reviews Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2 (5), 510-525 (2010).
- Liu, G., Zhang, Y., Liu, B., Sun, J., Li, W., Cui, L. Bone regeneration in a canine cranial model using allogeneic adipose derived stem cells and coral scaffold. Biomaterials. 34 (11), 2655-2664 (2013).
- Hansson, A., Di Francesco, T., Falson, F., Rousselle, P., Jordan, O., Borchard, G. Preparation and evaluation of nanoparticles for directed tissue engineering. International Journal of Pharmaceutics. 439 (1-2), 73-80 (2012).
- Sarkar, S. D., Farrugia, B. L., Dargaville, T. R., Dhara, S. Chitosan-collagen scaffolds with nano/microfibrous architecture for skin tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 18, (2013).
- Wang, X., et al. The roles of knitted mesh-reinforced collagen-chitosan hybrid scaffold in the one-step repair of full-thickness skin defects in rats. Acta Biomaterials. 9 (8), 7822-7832 (2013).
- Rizzi, S. C., Upton, Z., Bott, K., Dargaville, T. R. Recent advances in dermal wound healing: biomedical device approaches. Expert Review of Medical Devices. 1, 143-154 (2010).
- des Rieux, A., et al. 3D systems delivering VEGF to promote angiogenesis for tissue engineering. Journal of Controlled Release. 150, 272-278 (2011).
- Reckhenrich, A. K., et al. Bioactivation of dermal scaffolds with a non-viral copolymer-protected gene vector. Biomaterials. 32, 1996-2003 (2011).
- Chen, J., et al. The Key Regulatory Roles of the PI3K/Akt Signaling Pathway in the Functionalities of Mesenchymal Stem Cells and Applications in Tissue Regeneration. Tissue Engineering Part B Rev. 19, 516-528 (2013).
- Fedorovich, N. E., et al. The role of endothelial progenitor cells in prevascularized bone tissue engineering: development of heterogenous constructs. Tissue Engineering Part A. 16 (7), 2355-2367 (2010).
- Wang, L., et al. Osteogenesis and angiogenesis of tissue-engineered bone constructed by prevascularized β-tricalcium phosphate scaffold and mesenchymal stem cells. Biomaterials. 36, 9452-9461 (2010).
- Cuadra, A., et al. Functional results of burned hands treated with Integra. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 65 (2), 228-234 (2012).
- Wilcke, I., et al. VEGF(165) and bFGF protein-based therapy in a slow release system to improve angiogenesis in a bioartificial dermal substitute in vitro and in vivo. Langenbecks Arch Surg. 392 (3), 305-314 (2007).
- Condurache, A., Aach, T., Grzybowsky, S., Machens, H. G. Vessel segmentation and analysis in laboratory skin transplant micro-angiograms. Proceedings of the Eighteenth IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems. , 21-26 (2005).
- Danner, S., et al. The use of human sweat gland-derived stem cells for enhancing vascularization during dermal regeneration. Journal of Investigative Dermatology. 132 (6), 1707-1716 (2012).
- Shaterian, A., et al. Real Time Analysis of the Kinetics of Angiogenesis and Vascular Permeability in an Animal Model of Wound Healing. Burns. 35 (6), 811-817 (2009).
- McDonald, D. M., Choyke, P. L. Imaging of angiogenesis: from microscope to clinic. Nature Medicine. 9 (6), 713-725 (2003).
- Bergeron, L., Tang, M., Morris, S. F. A review of vascular injection techniques for the study of perforator flaps. Plastic and Reconstructive Surgery. 117, 2050-2057 (2006).
- Schlatter, P., König, M. F., Karlsson, L. M., Burri, P. H. Quantitative study of intussusceptive capillary growth in the chorioallantoic membrane (CAM) of the chicken embryo. Microvascular Research. 54 (1), 65-73 (1997).
- Lehr, H. A., Leunig, M., Menger, M. D., Nolte, D., Messmer, K. Dorsal skinfold chamber technique for intravital microscopy in nude mice. American Journal of Pathology. 143 (4), 1055-1062 (1993).
- Menger, M. D., Jäger, S., Walter, P., Hammersen, F., Messmer, K. A novel technique for studies on the microvasculature of transplanted islets of Langerhans in vivo. International journal of microcirculation, clinical and experimental. 9 (1), 103-117 (1990).
- Laschke, M. W., et al. Three-dimensional spheroids of adipose-derived mesenchymal stem cells are potent initiators of blood vessel formation in porous polyurethane scaffolds. Acta Biomaterials. 9 (6), 6876-6884 (2013).
- Egaña, J. T., et al. Use of human mesenchymal cells to improve vascularization in a mouse model for scaffold-based dermal regeneration. Tissue Eng Part A. 15 (5), 1191-1200 (2009).
- Condurache, A., Aach, T. Vessel segmentation in angiograms using hysteresis thresholding. Proceedings of the Ninth IAPR Conference on Machine Vision Applications. , 269-272 (2005).
- Egaña, J. T., et al. Ex vivo method to visualize and quantify vascular networks in native and tissue engineered skin. Langenbecks Archives of Surgery. 394, 349-356 (2009).
