Durchbruch in Blut-Gefäß-engineering: Funktionale Netz von Blutgefäßen gewachsen an der Zentimeter-Skala

Durchbruch in Blut-Gefäß-engineering: Funktionale Netz von Blutgefäßen gewachsen an der Zentimeter-Skala

2018-12-07

Wenn jemand eine tödliche Krankheit oder erleidet eine lebensbedrohliche Verletzung, die eine Transplantation oder Transplantat von Gewebe werden kann, die besten — oder nur — Behandlung option. Transplantierte Organe, Haut-Transplantationen und andere Teile müssen Blutgefäße bringen das mit Sauerstoff angereicherte Blut Weg, aber für die Gewebe-Ingenieure und regenerative Medizin-Experten, so dass eine funktionale Blutgefäß-Netzwerk im großen Gewebe im Labor seit langem eine große Herausforderung dar.

Jetzt eine Forschungsgruppe an der Universität von Delaware hat Pionierarbeit Methoden zu wachsen, ein selbst-zusammenbauen, funktionierendes Netz von Blutgefäßen mit einer Größe relevant für den menschlichen Gebrauch. Jason Gleghorn und seine Kollegen sind die ersten, die damit dieses system funktioniert in diesem Maßstab, und Ihre Ergebnisse wurden vor kurzem veröffentlicht in der Zeitschrift Biomaterialss.

Gleghorn, ein Assistent professor für biomedizinische Technik an der Universität von Delaware untersucht, wie sich der embryo baut Geweben und Organen während der Entwicklung mit dem Ziel, dieses wissen zu definieren, neue regenerative Medizin Strategien. Während andere Gruppen gemacht haben, Blutgefäß-Netzwerke, die sich über Millimeter in der Größe, das UD-system arbeitet auf den Zentimeter-Skalen, notwendig für die funktionale Gewebe-Ersatz. Mit mehr Entwicklung und Verfeinerung, Gleghorn das mikrofluidische system könnte eines Tages genutzt werden, um Blutgefässe wachsen zu lassen für die Gewebe-und Organtransplantation in den Menschen.

Wie Baue Blutgefäß-Netzwerke

Das team embedded menschlichen Blutgefäß-Zellen in ein gel aus Kollagen, ein protein gefunden im Bindegewebe wie Haut und Gelenke. Das Ziel war die Bestimmung der physikalischen Bedingungen, die notwendig sind, um die Zellen wachsen, sich vermehren und verbinden sich miteinander, so dass ein Netzwerk von Blutgefäßen versammelten sich.

Machen Blutgefäß-Netzwerke heikle Sache, weil das system nicht immer so Verhalten, wie die Ermittler erwarten. Während seiner Doktorarbeit training, Gleghorn war Teil der ersten Mannschaft, dass die entwickelten Techniken zu erstellen gemusterte Blutgefäß-Netzwerke für das tissue engineering mittels Mikrofluidik-Techniken.

„Als Ingenieur, können wir sagen, wir denken, die Zellen müssen so weit von einander entfernt oder die Gefäße müssen eine bestimmte Größe und Abstand,“ Gleghorn, sagte. „Wir können einen sehr präzisen Umfeld und die Struktur für die Zellen, aber das problem ist, dass die Biologie nicht so. Die Zellen renovieren alles. Sie verändern Ihre Form und Größe und drücken Sie, und ziehen Sie auf einander und die Materialien, in die Sie eingebettet sind, ordnen unsere „perfekte“ zu Hause, dass wir denken, Sie brauchen. Die Realität ist, brauchen wir Systeme entwerfen, die dazu ermutigen wird, die Zellen zu renovieren, sich selbst und Ihre Umwelt zu generieren, die eine funktionelle Gewebe.“

Stattdessen Gleghorn die Gruppe fragte: „Was ist der fundamentale Ausgangspunkt des Systems, das wir brauchen, und dann können wir kick es in die richtige Richtung, um es zu erhalten, zu entwickeln und zu bauen, seine eigene Architektur auf ähnliche Weise, wie Ihr Körper funktioniert es bei der Entwicklung?“, sagte er.

Für eine, mit einem leistungsstarken konfokalen Mikroskop an der Delaware Biotechnology Institute, die Gruppe fand, dass die Dichte oder Steifigkeit, das Kollagen-gel betroffen, wie die Zellen suspendiert in verhielt es sich letztlich auch Auswirkungen auf die Größe und die verbindungen der Gefässe.

„Es sieht aus wie eine Art Urlaub-dessert mit Frucht, ausgesetzt in Jell-O,“ sagte Gleghorn der Zellen in das Kollagen-gel. „Du hast einen Haufen Zellen, zufällig verteilt in dem gesamten Volumen des Gels, und wenn Sie zu Dünn verteilt, es wird sehr schwierig für Sie, miteinander zu sprechen und verbindungen zu bilden Gefäße. Die Sprachen, die Sie verwenden, sind Chemische Signale und körperlichen Kräfte.“ Der Schlüssel ist, um den sweet spot der Steifigkeit, steif genug, so dass benachbarte Zellen können mit dem material zu interagieren und sich gegenseitig, aber nicht so steif, dass die Zellen sich nicht bewegen kann.

Das team fand auch, dass durch störende Ihr system in einer bestimmten Weise, Sie könnten Einfluss auf die Größe und Form des Schiffes Netzwerke unter Montage.

„Von größeren Schiffen, mit viel kleineren Mikrogefäßen, die sind wirklich schwer zu machen, können wir nun die Melodie des Schiffes Netzwerk-Architektur mit dem ursprünglichen Start-Parameter“, sagte Gleghorn. Dies bedeutet, dass das neue system haben könnte-Anwendungen bilden, die für größere Schiffe tief in den Körper zu den winzigen Kapillaren, die winzigen Blutgefäße in den Fingerspitzen.

Gleghorn s team fand auch, dass Ihre Labor-gewachsen Blutgefäße wurden perfusable, was darauf hindeutet, dass Blut fließen könnte durch Sie ohne undicht aus den Gefäßen in das umgebende gel. Das Schiff Netzwerke können auch die form in einer Vielzahl von geformten Gel, was bedeutet, dass dieses system könnte nützlich sein für den Aufbau Blutgefäß-Netzwerke in Geweben mit komplizierten Formen, wie Meniskus, Knorpel, pads Knie-oder eine große Haut-Transplantat für Patienten mit Verbrennungen.

Neben Gleghorn, Autoren auf dem neuen Papier umfassen Joshua Morgan, ein ehemaliger Postdoc-Stipendiat an UD wer ist jetzt assistant professor an der University of California, Riverside; Jasmin Shirazi, ein student im Aufbaustudium in der biomedizinischen Technik; Erica Comber, ein ehemaliger undergraduate research assistant, erwarb einen honours-Abschluss in biomedical engineering von der UD in 2017 und verfolgt jetzt eine Promotion an der Carnegie Mellon University; und Christian Eschenburg, Leiter des R&D bei Orthopädischen Technology Services GmbH auch in Deutschland aktiv ist, hat die Forschung in Gleghorn lab als Teil der Fraunhofer-UD-graduate student exchange program. Diese Arbeit war Teil unterstützt durch Zuschüsse aus dem National Institutes of Health, National Science Foundation, University of Delaware Research Foundation, der Oak Ridge Associated Universities Ralph E. Power Junior Fakultät Enhancement Award und die March of Dimes Basil O ‚ Connor Award.

Nun, Gleghorn, werden in der Gruppe lernen Sie mehr über, wie Blutgefäß-Netzwerke bilden, so dass Sie optimieren können, um Ihr system. Mit Babatunde Ogunnaike, die William L. Freund, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik, Gleghorn ist die Abbildung von mathematischen Formeln zu beschreiben, wie sich Blutgefäße bilden und umgestalten in der Entwicklung von hühnerembryonen im ei. „Dann planen wir die Mathematik, systems engineering und die paar, die es mit der Biologie — die Moleküle und Signalwege,–, die wir kennen, und es auf diese 3D-Gewebe-entwickelt Modelle, um komplexere hierarchische Blutgefäß-Netzwerke“, sagte Gleghorn. Das Projekt wird unterstützt durch eine Auszeichnung von der University of Delaware Research Foundation.