Vaskularisering er nøglen til tilgange i vellykket tissue engineering. Derfor er pålidelige teknologier nødvendige for at vurdere udviklingen af vaskulære netværk i væv-konstruktioner. Her præsenterer vi en enkel og omkostningseffektiv metode til at visualisere og kvantificere vaskularisering in vivo.
Utilstrækkelig vaskularisering anses for at være en af de vigtigste faktorer, der begrænser den kliniske succes for væv-manipuleret konstruktioner. For at vurdere nye strategier, der sigter mod at forbedre vaskularisering, er pålidelige metoder kræves for at gøre det i vækst af nye blodkar i bio-kunstige stilladser synlige og kvantificere resultaterne. Gennem de seneste par år, har vores gruppe indført et komplet hud defekt model, der gør det muligt direkte visualisering af blodkar ved gennemlysning og giver mulighed for kvantificering via digital segmentering. I denne model, en kirurgisk skaber fuld overfladefejl i ryggen af mus og erstatter dem med det afprøvede materiale. Molekyler eller celler af interesse kan også indgå i sådanne materialer til at studere deres potentielle effekt. Efter en observationstid på ens egen valg, materialer eksplanteret til evaluering. Bilaterale sår giver muligheden for at gøre de interne sammenligninger thved minimering af artefakter mellem individer samt mindske antallet af dyr, der er nødvendige for undersøgelsen. I sammenligning med andre fremgangsmåder, vores metode giver en enkel, pålidelig og omkostningseffektiv analyse. Vi har implementeret denne model som en rutine værktøj til at udføre høj opløsning screening ved test vaskularisering af forskellige biomaterialer og bio-aktivering tilgange.
I de seneste årtier har tissue engineering åbnet en ny terapeutisk mulighed for at erstatte vævsdefekter med kroppens egne celler 1. For at støtte den fysiologiske proces vævsregenerering er stilladser udformet som en bionedbrydelig struktur, der giver et scenarie, hvor celler fra sårlejet kan vokse og genoprette defekten 2,3.
Utilstrækkelig vaskularisering anses for at være den største hindring, som holder tilbage den kliniske gennembrud Bioartificial stilladser 4. Med indvækst af celler, bliver væsentlig efterspørgsel efter næringsstoffer og ilt stiger, og vaskularisering af materialet. Utilstrækkelig eller forsinket vaskularisering kan derfor føre til central nekrose af væv-manipuleret 5. Desuden blodkar forsyner immunkompetente celler og fjerne de metaboliske rester i regenererende område. Høje infektion satser og lav regenerering er kunnogle af konsekvenserne af utilstrækkelig blodperfusion observeret i tissue engineering, der har til formål at afværges ved at øge vaskularisering af stilladser 6,7.
Adskillige strategier, der sigter mod at forbedre vaskularisering fokus på den centrale rolle, biomaterialet selv og mikrostruktur af stilladset. Der er intensiv forskning bestræbelser på at udvikle nye tilgange i skiftende helingsprocessen fra reparation til regenerering, og dermed (gen) generere en væv med de nærmeste fysiologiske egenskaber til en, der skal genoprettes 8,9. Biomaterialer, der blev undersøgt og evalueret med hensyn til deres regenerative potentiale inkluderet kollagen, fibrin, chitosan og alginat 10,11. Disse biomaterialer kan bruges og kombineres som en rygrad til at bygge nye stilladser ved hjælp af forskellige strategier såsom væv decellularization, self-assembly, rapid prototyping og electrospinning 12. For at ENHstemmelse kroppens egen regenerationsevne kan stilladser blive bioaktiveres. Inkorporeringen af rekombinant angiogene vækstfaktorer 13 eller gen vektorer, der koder for sådanne faktorer, 14 har vist sig at forbedre vaskularisering af stilladset. Anvendelsen af stamceller er i vid udstrækning blevet vist at være en lovende strategi til forbedring vaskularisering, hvor mesenchymale stromale celler og endotheliale progenitorceller har fået mest opmærksomhed 15,16. Andre tilgange forsøger at bygge konstruktioner, der indeholder præfabrikerede netværk fartøj før transplantation 17. Trods intensiv indsats i stillads design og deres bio-aktivering, har ingen strategi forbedret vaskularisering ved et klinisk signifikant niveau, og med undtagelse af dermale udskiftninger i massive forbrændinger, er oversættelsen af gensplejsede materialer i klinisk rutine kun finder sted tøvende 18 .
En af grundene til, at vaskulariseringaf kunstige vævskonstruktioner er stadig et uløst problem, er vanskeligheden ved at evaluere resultaterne af nye teknologier i in vivo-metoder. Selvom in vitro-forsøg kan give vigtige indsigter vaskulariseringen potentiale stilladser, er egnede dyremodeller der kræves for at studere centrale parametre såsom biokompatibilitet af materialet, sikkerhed og effekt af behandlingen, og af særlig betydning, at vaskularisering af vævet konstruere. Derfor er pålidelige værktøjer visualisere og kvantificere blodkar netværk in vivo er afgørende.
I denne undersøgelse præsenterer vi en enkel og pålidelig metode, der tillader visualisering og kvantificering af det vaskulære netværk inde eksplanterede stillads. Denne metode er baseret på væv gennemlysning og digital segmentering. Da denne metode er ikke-invasiv, det giver mulighed for yderligere molekylære og histologiske analyser af målmaterialet.
Der er behov for at etablere vellykkede tilgange til at forbedre blodperfusion i manipuleret væv konstruktioner, som kræver udvikling af nye pålidelige metoder til at studere vaskulariseringen processer inden for biomaterialer. Almindelige metoder til fremstilling stillads vaskularisering ex vivo synlig indbefatter anvendelse af mikroskopi, som giver en høj opløsning værktøj. I de fleste tilfælde, selv om denne metode er begrænset til analyse af små vævs områder, og har tendens til at være dyrt og …
The authors have nothing to disclose.
Integra dermal regenerering skabelon er venligst leveret af Integra LifeSciences Corporation. Kilder til midlerne til støtte for arbejdet: Dette arbejde blev delvist finansieret af CIRM-BMBF Tidlig Translationel II Award og FONDAP Center for Genome regulering både JTE (Nr 15090007.).
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 |