Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

En Full Skin Defect modell för att utvärdera Vaskularisering av biomaterial Published: August 28, 2014 doi: 10.3791/51428

Summary

Vaskularisering är nyckeln till metoder inom framgångsrik vävnadsteknik. Därför är tillförlitlig teknik som krävs för att bedöma utvecklingen av vaskulära nätverk i vävnads-konstruktioner. Här presenterar vi en enkel och kostnadseffektiv metod för att visualisera och kvantifiera vaskularisering in vivo.

Abstract

Otillräcklig vaskularisering anses vara en av de viktigaste faktorer som begränsar den kliniska framgången av vävnadstekniska konstruktioner. För att utvärdera nya strategier som syftar till att förbättra vaskularisering, är tillförlitliga metoder krävs för att göra inväxt av nya blodkärl i bio-konstgjorda ställningar synliga och kvantifiera resultaten. Under de senaste åren har vår grupp infört en hel hud defekt modell som gör det möjligt att direkt visualisering av blodkärl genom genomlysning och ger möjlighet till kvantifiering via digital segmentering. I denna modell, en kirurgiskt skapar hela skalet på baksidan av möss och ersätter dem med det provade materialet. Molekyler eller celler av intresse kan också införlivas i sådana material för att studera deras eventuella betydelse. Efter en observationstid av ens eget val, material explanterades för utvärdering. Bilaterala sår ger möjligheten att göra interna jämförelser thåtmin minimera artefakter mellan individer samt att minska antalet djur som behövs för studien. I jämförelse med andra metoder, erbjuder vår metod en enkel, pålitlig och kostnadseffektiv analys. Vi har genomfört den här modellen som en rutinmässig verktyg för att utföra högupplösta screening vid provning av vaskularisering av olika biomaterial och biologiska aktiverings metoder.

Introduction

Under de senaste decennierna har vävnadsteknik öppnat ett nytt behandlingsalternativ för att ersätta vävnadsdefekter med kroppens egna celler 1. För att stödja den fysiologiska processen för vävnadsregenerering, är byggnadsställningar konstruerad som en biologiskt nedbrytbar struktur, som ger ett scenario där celler från sårbädden kan växa och återställa defekten 2,3.

Otillräcklig vaskularisering anses vara det främsta hindret, vilket håller tillbaka den kliniska genombrott bioartificiella byggnadsställningar 4. Med inväxt av celler, blir efterfrågan på näringsämnen och syre ökar och vaskularisering av materialet viktigt. Otillräcklig eller fördröjd vaskularisering kan därför leda till central nekros av vävnadstekniska produkter 5. Dessutom blodkärl ger immunkompetenta celler och ta bort de metaboliska rester i regenereområdet. Höga smittade och låga regenere är baranågra av konsekvenserna av otillräcklig blod perfusion observerats i vävnadsteknik, som syftar till avvärjas genom att öka vaskularisering av byggnadsställningar 6,7.

Flera strategier som syftar till att förbättra vaskularisering fokus på den nyckelroll biomaterialet själv och mikrostruktur schavotten. Det finns intensiva forskningsinsatser för att utveckla nya metoder i att skifta läkningsprocessen från reparationer till förnyelse, och därmed (åter) genererar en vävnad med de närmaste fysiologiska egenskaper till en att återställas 8,9. Biomaterial som studerades och utvärderades med avseende på deras regenerativa potentialen ingår kollagen, fibrin, kitosan och alginat 10,11. Dessa biomaterial kan användas och kombineras som en ryggrad för att bygga nya ställningar med hjälp av olika strategier såsom vävnads decellularisering, monterings, rapid prototyping och elektrospinning 12. För att ENHning kroppens egen förnyelseförmåga, kan byggnadsställningar bioaktiveras. Införlivandet av rekombinant angiogenes tillväxtfaktorer 13 eller gen som kodar för sådana faktorer 14 har visat sig förbättra vaskularisering av ställningen. Användningen av stamceller har i stor utsträckning visat sig vara en lovande strategi för att förbättra vaskularisering, där mesenkymala stromaceller och endotelceller progenitorceller har fått mest uppmärksamhet 15,16. Andra metoder försöker bygga konstruktioner som innehåller prefabricerade fartygsnätverk före transplantation 17. Trots ett intensivt arbete i byggnadsställning konstruktion och deras biologiska aktivering, har någon strategi förbättrad vaskularisering vid en kliniskt signifikant nivå, med undantag för dermala ersättare i massiva brännskador, är översättningen av bioengineered material i klinisk rutin endast sker tvekande 18 .

En av anledningarna till vaskulariseringkonstgjorda vävnads konstruktioner är fortfarande ett olöst problem är svårigheten att bedöma framgången för ny teknik i in vivo-metoder. Även om in vitro-experiment kan ge viktiga insikter i vascularization potentialen av byggnadsställningar, är lämpliga djurmodeller som krävs för att studera nyckelparametrar såsom biokompatibilitet av materialet, säkerhet och effekt av behandlingen och, av särskild betydelse, vaskularisering av vävnaden konstruera. Därför att tillförlitliga verktyg visualisera och kvantifiera blodkärlsnätverk in vivo är väsentliga.

I denna studie presenterar vi en enkel och tillförlitlig metod som tillåter visualisering och kvantifiering av det vaskulära nätverket inuti explanterade byggnadsställningar. Denna metod bygger på vävnads genomlysning och digital segmentering. Eftersom denna metod är icke-invasiv, gör det ytterligare molekylära och histologiska analyser av målmaterial.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1 Beredning av byggnadsställningar

  1. Generera prover av stöden genom att använda 12 mm biopsi stansar.
  2. Att införa bioaktiva molekyler eller celler till schavotten, dränera de ställningar genom att försiktigt klämma dem med en steril gasbinda. Rehydrera Då stöden genom tillsats av 160 | il av en lösning innehållande bioaktiva molekyler eller celler av intresse. Dubbelkolla framgång bioaktivering med celler genom metaboliska analyser såsom MTT analyser.
  3. Om det behövs, fastställa de föreningar eller celler som skall testas inne i ställningen genom att leverera dem, till exempel i en fibrin-trombin lösning eller en hydrogel, återigen genom rehydrering som beskrivs i steg 1.2.
    OBS: Detta steg kan vara till hjälp när föreningar eller cellerna inte mekaniskt behöver fästa på materialet. Man kan också styra frisättnings dynamik föreningarna ..
  4. Förbered titaniserade maskor, som kommer att placeras under varje byggnadsställning i varje experiment och kontrollgrupp, genom cutting ut runda formade bitar, cirka 14 mm i diameter.
    OBS! Titaniserade nät fungerar som en fysisk gräns som krävs för att avgränsa regenere vävnad från såret.

2. Djur

  1. Före genomförandet av den presenterade modellen, se motsvarande lagar djurskydds och få tillstånd från de lokala myndigheterna. I detta arbete har samtliga experiment med möss, enligt den nuvarande tyska djurskyddslagen och godkänd av District regeringen i Oberbayern (Regierung von Oberbayern).
  2. Väljer djuret och stammen försiktigt. Även om modellen fastställdes för möss, kan den översättas till andra vanliga djur, såsom råttor, kaniner eller grisar.
  3. Om du arbetar med pälsdjur, raka baksidan av djuren före implantation av byggnadsställningar.
    OBS: Detta arbete använder möss av 6 till 8 veckors ålder med en kroppsvikt mellan 20 g och 25 g, men olika åldrar och bODY vikter kan också användas.

3. Anestesi

  1. Genomför operationen under sterila förhållanden. För att upprätthålla djurets normal kroppstemperatur, använda en värmande matta.
  2. Före inhalativ anestesi djuren erhåller buprenorfin vid en dos av 0,05 till 0,1 mg / kg kroppsvikt, subkutant varje 8 tim.
  3. Placera djuret under inandning anestesi (isofluran) eller tillämpa motsvarande standardförfaranden. Bekräfta anestesi antingen genom att försiktigt klämma djurets tår eller genom en hud nypa.
  4. För att förhindra exsiccosis, injicera 0,5 ml fysiologisk koksaltlösning subkutant vid början av operationen.

4. Excision av hud

  1. Placera djuret i liggande ställning och markera mittlinjen musens tillbaka med en fin spets märkpennan (Figur 1A).
  2. Definiera excision området. Placera brister i det område som visas i Figure 1C. Observera att om felet är placerade för kaudalt, djur är mer benägna att ta bort förbanden och ställningar.
  3. Skapa runda bilaterala defekter med hjälp av en 10 mm biopsistans (Figur 1B). Stansen bör noggrant tvingas mot huden och får inte användas för att skära helt igenom huden, men att avgränsa excision området (figur 1C och 1E).
  4. Lyft försiktigt bort den markerade huden med pincett och incisionsfilm längs den markerade cirkeln med fina kirurgiska saxar (Figur 1F). Vid blödning, försiktigt komprimera med steril gasbinda. En steg-för-steg beskrivning av excision visas i figur 1.
    OBS: Defekten är skapad med en mindre punch än den för generering av byggnadsställningar, för att kompensera utvidgningen av defekten beror på hudens elasticitet.

5. Scaffold Implantation

  1. För att göra plats för titasas mesh, förlänga separation av huden och underliggande vävnad i såret gränserna för 2-4 mm (Figur 2A).
  2. Placera titaniserade maska ​​i defekten direkt på sårbädden och under sårkanterna (figur 2A och B).
  3. Place ställningar direkt över mesh.
  4. Sutur ställningar till de intilliggande sårkanterna med 4-6 enkla knutar och lämnar kanterna något över schavotten (figur 2C).
    OBS: Undvik att använda biologiskt nedbrytbara suturer.
  5. Sutur ett transparent sårförband ovan defekt att skydda byggnadsställning samtidigt som övervakning av sårområdet (figur 2D).

6. Postoperativ vård

  1. Behåll en mus per bur för att förhindra ömsesidig manipulation av förbandet och byggnadsställningar.
  2. Utvärdera det allmänna tillståndet i djuret dagligen genom att observera motorik, kroppsvikt, tecken på smärta, toleranstill förbandet och autostympning. Övervaka även sårområdet för blödning, lokala och systemiska tecken på infektion och positionen av förbandet.
  3. För att minimera smärtan av djuret, injicera buprenorfin dagligen med en dos på 0,05-0,1 mg / kg kroppsvikt eller motsvarande smärtstillande medicinering.
  4. Om musen tar bort eller skadar sårförband, ersätta eller sätta tillbaka den under narkos.

7 Eutanasi och Explantation av Ställnings

  1. Vid önskade tidpunkter, offrar djuren genom överdoser av pentobarbital (150 mg / kg).
  2. Markera platsen för huden excision med en märkpenna, som bör innehålla byggnadsställningar och så mycket av musen tillbaka huden som möjligt (Figur 3A).
  3. Incise huden längs de markerade linjerna med en sax eller en skalpell. Lossa hela huden, inklusive byggnadsställningar och titaniserade nät, från den underliggande vävnaden genom trubbig beredning (Figur 3B).
  4. Placera den explanterade vävnaden sträcks ut på en petriskål (figur 3C och D)

8 Visualisering och kvantifiering av Vascular Network

  1. Genomlysning:
    1. Konfigurera en genomlysning enhet, genom att montera en petriskål över en stark källa till vitt ljus (100 watt vanlig glödlampa).
    2. Fixa en digitalkamera ovanför transilluminatorn att få digitala bilder.
    3. Placera proverna upp och ner på petriskålens över genomlysning anordningen.
    4. Ta bilder av de kompletta byggnadsställningar i makroläge samt lika stora områden av normal hud. Förvara bilderna i TIFF-format för vidare digital analys.
    5. Spara vävnaden för ytterligare biokemiska eller histologiska analys.
  2. Digital segmentering och kvantifiering:
    1. Ladda ner och installera VesSeg-Tool, som kan erhållas free fritt på: http://www.isip.uni-luebeck.de/index.php?id=150&L=2%255 .
    2. Öppna bilden med VesSeg-Tool.
    3. Markera den del av bilden som täcks av ställningen för digital analys (Bild → Select).
    4. För att öka kontrasten fartyg använder alternativet "Hysteres tröskel" (Bild → Vessel förbättringsfilter → Hysteres tröskel → Top-Hat transformation → Beräkna fartyg förbättring).
    5. Fortsätt med segmente fartygets kartan (Bild → Vessel förbättringsfilter → Hysteres tröskel → Tröskel gränser). Välj den första tröskeln ("Vessel täckning"), så varje pixel, vilket är ens tillnärmelsevis kärlliknande, kommer att klassas som fartyg. Välj den andra tröskeln ("bakgrundstäckning"), så bara de pixlar som är särskilt kärlliknande kommer att klassas som fartyg.
    6. Kontrollera den automatiska förslaget segmente manuellt lägga till icke-tagna fartyg och för att eliminera vanliga falskt positiva strukturer, som vanligtvis är långa och smala, kärlliknande strukturer såsom hår eller suturer.
    7. Beräkna längden på fartygen och ett område som omfattas av fartyg (Bild → Bildstatistik → binära bildstatistik).
      OBS: För beräkningen av fartygslängder, är fartyg i den resulterande fartyget kartan förtunnas till rader med en bredd på en pixel 20.
  3. Analysera det nativa hudområdet under samma parametrar som de ställningar, att tilldela ett värde av 100% för den nativa vävnaden och relatera den byggnadsställning till det värdet. Till exempel, om andelen vita pixlar är 60% i normal vävnad och 30% i schavotten, skulle det utgöra ett 50% vaskularisering av ställningen. Anmärkning: Den vita fartyg täckning är tilldelad till det område av en kvadrat runt ställningen. Justera antalet vita pixlar täcknings consiDering att området för cirkeln är betydligt mindre (π x R 2) än den fyrkantiga (4 x R 2).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En pålitlig bilateral fullständig hud defekt kan skapas i musen (Figur 1) där huden kan ersättas av ett biomaterial som studeras (figur 2). Här är inga större komplikationer konstaterats under eller efter det operativa förfarandet varken makroskopiska tecken på infektion eller främmande kropp reaktion. I sällsynta fall blir en byggnadsställning förlorade när en mus tar bort den. Wound sammandragning observerades aldrig (Figur 3). Vävnads genomlysning tillåtet tydlig visualisering av vaskulära strukturer på upp till 30 nm i bredd, i en hel vävnadsprov som inkluderade både naturliga vävnaden och implanterade byggnadsställningar (Figur 4). Efter digital segmentering, skulle fartygen lätt kvantifieras vid önskade tidpunkter efter implantation. Till exempel, två veckor efter implantation var vaskularisering nivåer av 62,28 ± 8,6% observerades (medelvärde ± medelvärdets medelfel, n = 8) 21. Sammanlagt ca 25 min &# 160; per djur (2 byggnadsställningar) krävs för implantation, 5 min för vävnads skörd och picturing och 10 min för digital analys av ett prov. Som en sista punkt, ger denna metod inte påverka kvaliteten på den explanterade vävnaden för ytterligare analys. Till exempel kan proteiner och RNA-extrakt lätt erhållas från provet genom standardmetoder.

Figur 1
Figur 1 Full Skin Defect. Mittlinjen musens rygg är märkt med en fin spets penna och en biopsi punch används för att markera området var felet kommer att skapas (A, B, C och D). När områden definieras, är fullt hud avlägsnas med vanliga kirurgiska saxar som sett i närbild av preparatet (E och F). A fsprungliga följd av felet visas i (D) och förstorat i (G). Skalstrecken representerar 1 cm i ABCD och 5 mm i EFG. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2
Figur 2 Implantering av ställningen. Före implantation av byggnadsställning, är ett nät placeras i defekten direkt på sårbädden och under sårkanterna (A och B). Nästa byggnadsställningar är placerade över mesh och sutureras till sårkanterna (C). Slutligen är en transparent sårförband placerat och sutureras till huden (D). Skala stapel representerar 5 mm i (A, B, och C) end 1 cm (D). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3 Tissue explantation. För vävnadsanalys hela huden från baksidan av djuret avlägsnas kirurgiskt (A och B) och utsträckt på en petriskål (C). För genomlysning huden vänds upp och ner och en digital bild tas (D). Borttagande av huden bredvid stöden är nödvändig för normalisering av vaskularisering data. Skalstrecken representerar 1 cm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.


Figur 4 genomlysning, digital segmentering och C kvantifiering. Hudvävnad skars och vaskulära nätverk inom visualiserades med genomlysning (övre bilder) Full huden på ryggen (A) och detaljerade områden av den infödda huden (B) och schavotten ( ) visas. Pilar visar det förstorade områden i (B) och (C). Var och en av de nedre bilderna visar resultaten av den digitala segmenteringsprocessen för bilden ligger direkt ovanför. Skalstrecken representerar 5 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Det finns ett behov av att fastställa framgångsrika metoder för att förbättra blodgenomströmningen i vävnadstekniska konstruktioner, som kräver utveckling av nya tillförlitliga metoder för att studera vaskularisering processerna inom biomaterial. Vanliga metoder för framställning av byggnadsställning vaskularisering ex vivo synlig inkluderar användning av mikroskopi, som ger en hög upplösning verktyg. I de flesta fall är dock denna metod begränsad till analys av små vävnadsområden och tenderar att vara dyra och tidskrävande. Dessutom innehåller den ofta genomarbetade märkning och färgningsmetoder, där blod perfusion fartyg inte kan särskiljas från icke-funktionella och kära 22. Metoder som används för att bedöma funktionalitet fartyg är datortomografi, magnetisk resonanstomografi och positron elektron tomografi. Dessa metoder har nackdelarna med extremt kostsam utrustning och lågupplöst ström 23. En annan vanligt förekommande strategi för att visualisera vaskularisering äranvändning av vaskulär videoinspelningar följt av kemisk korrosion av vävnaden 24. Denna metod gör det möjligt att erhålla en representativ 3D-strukturen för det vaskulära nätverket, men resultaten varierar starkt beroende på graden av artificiell perfusion och vävnader kan inte användas för ytterligare biokemiska studier, t.ex. protein eller RNA-analys. Hönan korioallantoinmembranet (CAM) modell 25 och skinfold kammarmodellen hos gnagare 26,27 har visat sig vara effektiva metoder för att analysera angiogenes, kapillär perfusion och blodflöde. Nyligen har skinfold kammarmodellen också använts för vävnadstekniska tillämpningar som utvärderar MSC-baserade vaskularisering strategier i porösa polyuretan ställningar 28. Dessa metoder erbjuder viktiga fördelar för avbildning in vivo och utgör ett attraktivt mål för den här beskrivna metoden.

Modellen presenteras här utvecklades för att åtgärda bristerna i den metoder mentioned ovan. Med utnyttjande av de unika inneboende egenskaper i huden, är fulla defekter skapas och används för att utvärdera vaskularisering av biomaterial. Hud är ett externt organ, vilket möjliggör enklare visualisering och manipulering av vävnaden. På grund av sin stora yta och homogen struktur kan flera defekter skapas som gör interna jämförelser möjligt, samtidigt som man minskar det antal djur som behövs för studien. På grund av den antero-posterior symmetri djuret, är bilaterala defekter föreslås dock; påverkan av systemiska effekter bör beaktas vid båda sidorna jämföres med varandra. Slutligen är huden en ganska genomskinlig vävnad som representerar ett optimalt organ i valet för genomlysning. Även om den här beskrivna metoden är lämpad för många olika naturliga vävnader och flera biomaterial, var detta protokoll ursprungligen inrättades för att användas med en dubbla lager kollagenbaserad byggnadsställning som är FDA-godkända och kliniskt används för dermal reparation. En viktig förutsättning för genomförandet av denna metod är att byggnadsställningen måste vara partiellt transparent. Beroende på den valda byggnadsställning materialet, kan viss anpassning av protokollet krävas. Tidigare har vår grupp använt modellen för att visa hur tillämpningen av de mänskliga mesenkymala celler till byggnadsställningar ökar deras vaskularisering 29.

En vanlig digitalkamera och en ljuskälla är tillräckliga för visualisering av vaskulära nätverket, som kan kvantifieras genom fri programvara. Den halvautomatiska segmentering av bilderna från VesSeg-verktyget består av två steg. I det första steget, den bild som tas från det vaskulära nätverket är kontrastförstärkt som leder till ett kärl karta. Då segmentealgoritmen väljer kärlområdena och slutligen är segmente förslag presenteras som en bild (Figur 4) 30. I ett andra processteg, med hjälp av det faktum att fartygen är anslutna structures (vilket innebär att fartygs pixlar hänger ihop rumsligt), är en andra segmente används för att välja från den första bara de riktiga fartygspunkter och alla sanna fartygspunkter. Därför en sista etiketten "ett" tilldelas endast till de låga förtroende fartyg punkter från den första bilden som är anslutna via en kedja av grannar till en hög förtroendet fartyg pixel i den andra bilden.

Eftersom inga kemiska tillsatser är nödvändiga, är detta förfarande också kostnadseffektivt. Digital analys visar en god reproducerbarhet till att fastställa fartygsdimensioner, intravaskulära avstånd, antal förgreningspunkter, vaskulariserad området och total längd av vaskulära nätverket. Vi har tidigare visat att blodkärlet nätverk bättre kan visualiseras genom genomlysning än genom radio-angiografiska studier 31. Närvaron av titan mesh har en dubbel funktion. Å ena sidan förhindrar det sårkontraktion, vilket är en vanlig nackdel med användning av mus-moler; å andra sidan ger det en fysisk gräns mellan ställningen och sårbädden. Eftersom de flesta ställningar är biologiskt nedbrytbara, är den sistnämnda funktionen avgörande för att fysiskt avgränsa gränsen mellan ställningen och såret under skörden av byggnadsställningar. Bland de viktigaste nackdelarna med denna metod är att det är nödvändigt för explantation de byggnadsställningar och därmed begränsa analysen till en enda tidpunkt; alltså den dynamiska observation av vaskularisering är inte möjligt med den aktuella inställningen. Ett annat problem är att denna metod är begränsad till semi-transparent biomaterial som tillåter genomlysning. Slutligen, trots att operationen förfarandet inte kräver speciella kirurgiska färdigheter, en inlärningskurva på ca 6-12 drivs djur måste anses behärska metoden på rätt sätt.

Vi introducerar en tid och kostnadseffektiv metod som möjliggör högupplösta visualisering och kvantifiering av vaskulära strukturer, representing en idealisk metod för att jämföra vaskularisering i olika biomaterial eller olika byggnadsställning-bioaktivering strategier. Denna metod är enkel att etablera och kräver ingen speciell utrustning. Ett viktigt inslag i denna modell är att efter fartygets visualisering, kan vävnaderna dessutom användas för studier såsom histologisk eller molekylär analys.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Jäv uttalande:

Alla författare: Inga

Finansiella Upplysningar:

Ingen av författarna har ett ekonomiskt intresse i någon av de produkter, enheter, eller läkemedel som nämns i detta manuskript.

Acknowledgments

Integra dermal förnyelse mall vänligen av Integra Lifesciences Corporation. Finansieringskällor som stöder arbetet: Detta arbete har delvis finansierats av CIRM-BMBF Tidig Translational II Award och FONDAP Center for Genome förordningen både JTE (Nr 15.090.007.).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 adhesive drape (30.5 cm x 26 cm) KCI Medical Products, Wimborne Dorset, UK M6275009/10

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rahaman, M. N., Mao, J. J. Stem cell-based composite tissue constructs for regenerative medicine. Biotechnology and Bioengineering. 91 (3), 261-284 (2005).
  2. Lutolf, M. P., Hubbell, J. A. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nature Biotechnology. 23, 47-55 (2005).
  3. Machens, H. G., Berger, A. C., Mailaender, P. Bioartificial skin. Cells Tissues Organs. 167, 88-94 (2000).
  4. Priya, S. G., Jungvid, H., Kumar, A. Skin tissue engineering for tissue repair and regeneration. Tissue Engineering Part B: Reviews. 14, 105-118 (2008).
  5. Papavasiliou, G., Cheng, M. H., Brey, E. M. Strategies for vascularization of polymer scaffolds. Journal of Investigative Medicine. 58 (7), 838-844 (2010).
  6. Laschke, M. W., et al. Angiogenesis in tissue engineering: breathing life into constructed tissue substitutes. Tissue Engineering. 12, 2093-2104 (2006).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. des Rieux, A., et al. 3D systems delivering VEGF to promote angiogenesis for tissue engineering. Journal of Controlled Release. 150, 272-278 (2011).
  14. Reckhenrich, A. K., et al. Bioactivation of dermal scaffolds with a non-viral copolymer-protected gene vector. Biomaterials. 32, 1996-2003 (2011).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Cuadra, A., et al. Functional results of burned hands treated with Integra. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 65 (2), 228-234 (2012).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. McDonald, D. M., Choyke, P. L. Imaging of angiogenesis: from microscope to clinic. Nature Medicine. 9 (6), 713-725 (2003).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Condurache, A., Aach, T. Vessel segmentation in angiograms using hysteresis thresholding. Proceedings of the Ninth IAPR Conference on Machine Vision Applications. , 269-272 (2005).
  31. 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).

Tags

Bioteknik Biomaterials vaskularisering vävnadsteknik genomlysning digital segmentering hud defekt byggnadsställning matris,
En Full Skin Defect modell för att utvärdera Vaskularisering av biomaterial<em&gt; In Vivo</em
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schenck, T. L., Chávez, M. N.,More

Schenck, T. L., Chávez, M. N., Condurache, A. P., Hopfner, U., Rezaeian, F., Machens, H. G., Egaña, J. T. A Full Skin Defect Model to Evaluate Vascularization of Biomaterials In Vivo. J. Vis. Exp. (90), e51428, doi:10.3791/51428 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter