עור מלא פגמים דגם להערכת כלי דם של Biomaterials<em> בVivo</em
Summary
כלי דם הוא מפתח לגישות בהנדסת רקמות מוצלחת. לכן, טכנולוגיות אמינות נדרשות כדי להעריך את ההתפתחות של רשתות כלי דם ברקמות מבנים. כאן אנו מציגים שיטה פשוטה, יעיל וחסכונית כדי לחזות ולכמת כלי דם בגוף חי.
Abstract
כלי דם בלתי מספקים נחשב לאחד הגורמים העיקריים המגבילים את ההצלחה הקלינית של מבני רקמות מהונדסות. על מנת להעריך אסטרטגיות חדשות שמטרתם לשפר את כלי הדם, שיטות אמינות נדרשות לבצע בצמיחה של כלי דם חדשים לתוך פיגומים ביו המלאכותי לעין ולכמת את התוצאות. במהלך השנים של השנים האחרונות, הקבוצה שלנו הציגה מודל פגם עור מלא המאפשר ההדמיה הישירה של כלי דם על ידי שקוף ומספק את האפשרות של כימות באמצעות פילוח דיגיטלי. במודל זה, אחד בניתוח יוצר פגמי עור מלאים בחלק האחורי של עכברים ומחליף אותם עם החומר שנבדק. יכולים גם להיות משולבים מולקולות או תאים של עניין בחומרים כאלה כדי ללמוד ההשפעה הפוטנציאלית שלהם. לאחר זמן תצפית של בחירה של האדם עצמו, חומרי explanted להערכה. פצעים דו צדדיים לספק את האפשרות של ביצוע השוואות פנימיות הבלמזער חפצים בין אנשים, כמו גם של הפחתת מספר בעלי החיים הדרושים למחקר. בהשוואה לגישות אחרות, השיטה שלנו מציעה ניתוח פשוט, אמין וחסכוני. אנחנו צריכים ליישם את המודל הזה ככלי שגרתי לביצוע הקרנה ברזולוציה גבוהה בעת בדיקת כלי דם של חומרים ביולוגיים שונים וגישות ביו הפעלה.
Introduction
בעשורים האחרונים, הנדסת רקמות נפתחה אופציה טיפולית חדשה שתחליף את מומי רקמה עם תאים של הגוף עצמו 1. על מנת לתמוך בתהליך הפיזיולוגי של התחדשות רקמות, פיגומים מעוצבים כמבנה מתכלה, המספק תרחיש שבו תאים מהמיטה הפצע יכולים לגדול ולשחזר את הפגם 2,3.
כלי דם בלתי מספקים נחשב למכשול העיקרי, אשר מחזיק בגב פריצת הדרך הקלינית של פיגומי bioartificial 4. עם ingrowth של תאים, הביקוש לחומרים מזינים וחמצן עליות וכלי דם של החומר הופך להיות חיוני. כלי דם בלתי מספקים או מתעכבים ולכן יכולים להוביל לנימק של מוצרי רקמות מהונדסות 5 מרכזי. בנוסף, כלי דם מספקים לתאים המוסמכים חיסוניים ולהסיר את שאריות חילוף חומרים באזור ההתחדשות. שיעורי זיהום גבוהים והתחדשות נמוכה הם רקחלק מההשלכות של זלוף דם בלתי מספק נצפו בהנדסת רקמות, המיועדות להיות נמנע על ידי הגדלת כלי הדם של הפיגומים 6,7.
כמה אסטרטגיות שמטרתם לשפר את מיקוד כלי דם על עצם את תפקיד המפתח של החומר הביולוגי עצמו ומייקרו של הפיגום. יש מאמצי מחקר אינטנסיביים לפיתוח גישות חדשות בהעברת תהליך הריפוי מתיקון להתחדשות, ובכך (מחדש) יצירת רקמה עם המאפיינים הפיסיולוגיים הקרובים ביותר לאחד כדי להיות משוחזר 8,9. Biomaterials שנחקרו והוערכו בכל הקשור לפוטנציאל ההתחדשות שלהם כלול קולגן, פיברין, chitosan ו10,11 אלגינט. ניתן להשתמש בחומרים ביולוגיים אלה ושילוב כעמוד השדרה לבניית פיגומים חדשים תוך שימוש באסטרטגיות שונות כגון decellularization רקמה, הרכבה עצמית, דיגום מהיר וelectrospinning 12. כדי enhאהה יכולת ההתחדשות של הגוף עצמו, יכולים להיות bioactivated פיגומים. השילוב של צמיחת angiogenic רקומביננטי גורמי 13 או גן וקטורי קידוד לגורמים כגון 14 הראו כדי לשפר את כלי הדם של הפיגום. השימוש בתאי גזע הוכח באופן נרחב כדי להיות אסטרטגיה מבטיחה לשפר את כלי הדם, שבו תאי סטרומה mesenchymal ובתאי האנדותל צברו את מירב תשומת הלב 15,16. גישות אחרות מנסות לבנות מבנים המכילים רשתות כלי טרומיות לפני ההשתלה 17. למרות מאמצים אינטנסיביים בעיצוב פיגום ביו ההפעלה שלהם, אין אסטרטגיה השתפרה כלי דם ברמה משמעותית מבחינה קלינית ו, למעט תחליפי עורי בפציעות לשרוף מסיביות, התרגום של חומרים מהונדסים לשגרה הקלינית מתרחש רק בהיסוס 18 .
אחת הסיבות לכך שכלי דםשל מבני רקמות מלאכותיים עדיין היא בעיה בלתי פתורה, הוא הקושי להעריך את ההצלחה של טכנולוגיות חדשות בin vivo גישות. למרות שניסויים במבחנה עשויים לספק תובנות חשובות של פוטנציאל כלי הדם של פיגומים, מודלים של בעלי החיים מתאימים נדרשים ללמוד פרמטרים מרכזיים כגון ההתאמה הביולוגית של החומר, את הבטיחות ויעילות של הטיפול ו, בעלת חשיבות מיוחדת, כלי הדם של הרקמות לבנות. לכן, כלים אמין לחזות ולכמת רשתות כלי דם בגוף חי הן חיוניים.
במחקר זה אנו מציגים שיטה פשוטה ואמינה המאפשרת הדמיה וכימות של רשת כלי הדם בתוך פיגומי explanted. שיטה זו מבוססת על שקוף רקמה ופילוח דיגיטלי. מאחר ושיטה זו אינה פולשני, היא מאפשרת ניתוחים מולקולריים והיסטולוגית נוספים של חומר היעד.
Protocol
Representative Results
Discussion
יש צורך בהקמת גישות מוצלחות בשיפור זלוף דם במבני רקמה מהונדסת, הדורש פיתוח שיטות אמינות חדשות ללמוד את תהליכי כלי הדם בתוך החומרים הביולוגיים. שיטות נפוצות להכנת כלי דם פיגום גלוי vivo לשעבר כוללות שימוש במיקרוסקופ, אשר מספק כלי ברזולוציה גבוהה. ברוב המקרים, אם כי,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
תבנית התחדשות עורי Integra סופקה באדיבות על ידי תאגיד Lifesciences Integra. מקורות של קרנות התומכות בעבודה: עבודה זו מומנו באופן חלקי מוקדם Translational II פרס CIRM-BMBF ומרכז FONDAP לרגולצית הגנום הן לJTE על ידי (Nr 15,090,007.).
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).
