Blokerede blodkar forårsaget af hjerte-kar-sygdomme kan føre til alvorlige udfald, herunder hjerteanfald eller slagtilfælde. Tilstanden kan behandles ved kirurgisk at omgå blokeringen ved hjælp af et kar fra et andet sted i patientens krop. Når dette ikke er muligt, anvendes generelt et syntetisk vaskulært transplantat. Syntetiske transplantater har dog høje fejlprocenter på grund af kronisk betændelse forårsaget af, at kroppen afviser et fremmed stof. En anden mulighed er humane vævsmanipulerede vaskulære grafts (TEVG'er), som viser lovende in vivo resultater, men kræver langvarige, komplekse og dyre processer at skabe.
Nu har forskere ved INSERM's Lab for Bioengineering of Tissues (BioTis U1026) ved University of Bordeaux har med succes fremstillet TEVG'er med lille diameter ved hjælp af human amniotic membrane (HAM) tråde kombineret med en tekstil-inspireret vævestrategi. Beskriv processen i Biofabrikation, hævder de, at disse transplantater har bemærkelsesværdige egenskaber, der retfærdiggør at flytte ind in vivo laboratoriedyrsforsøg.
HAM, det inderste lag af membraner, der omgiver et foster under udvikling, giver et levedygtigt biologisk "stillads" til vævsteknologi. Det udviser anti-inflammatoriske egenskaber, antimikrobielle virkninger, lav immunogenicitet (evnen til at fremkalde et immunrespons), blodkompatibilitet, suturholdende kapacitet og høj mekanisk styrke. Det kasseres også rutinemæssigt af hospitaler og er derfor bredt tilgængeligt og overkommeligt.
Garnproduktion
Ledende efterforsker Nicolas L'Heureux og kolleger skabte HAM-garn fra fostermembraner indsamlet fra samtykkende patienter efter kejsersnit. De forberedte membranerne til brug ved at skylle vævene gentagne gange i destilleret vand, skære membranerne i 10 x 18 cm rektangulære ark og manuelt adskille amnion og chorion (indre og ydre membraner). En motoriseret skæreanordning skar derefter HAM-pladerne i 5- eller 10 mm brede bånd.
For at skabe mekanisk stærke tråde fastgjorde forskerne disse bånd til en roterende enhed, der snoede dem med 5, 7.5 eller 10 omdrejninger/cm. Garndiameteren faldt efter snoning og plateau ved 7.5 omdrejninger/cm, mens den ultimative trækspænding steg betydeligt efter snoning ved 7.5 og 10 omdrejninger/cm.
HAM-garnene (bånd og tråde) blev tørret ved stuetemperatur, spolet og opbevaret ved -80°C, en proces kendt som devitalisering, da den dræber cellerne. Når det var nødvendigt, rehydrerede forskerne garnene i destilleret vand.
Da deres mål var at levere et hyldeimplantat, undersøgte forskerne virkningerne af decellularisering og sterilisering med gammabestråling på HAM-båndene. Histologi viste, at decellularisering effektivt fjernede cellulære komponenter, der var tilbage efter devitalisering, ikke påvirkede HAM-styrken og øgede dens strækbarhed.
Når tørre HAM-bånd blev gamma-steriliseret, blev de tyndere, stivere og mindre strækbare. At holde HAM-båndene hydrerede under sterilisering forhindrede mange af disse effekter. Forskerne observerede, at våd sterilisering ikke påvirkede HAMs evne til at understøtte endotelcellevedhæftning og vækst.
Vævning af karrene
I det sidste trin samlede forskerne HAM-garnene til TEVG'er. De brugte en specialfremstillet cirkulær væv til at væve TVEG'er omkring en rustfri ståldorn. For at skabe et vævet rør blev et periferisk garn ("skudt") indsat mellem et bevægeligt og et fast sæt spændte langsgående bånd ("kædetråden"). De to kædegarn blev flyttet til at krydse skudtråden, det periferiske garn blev kørt igen mellem dem, og processen blev gentaget 50 gange.
Holdet brugte 51 langsgående bånd (5 mm brede) og en omkredstråd med dobbeltbånd til at væve TVEG'er med en gennemsnitlig indvendig diameter på 4.4 ± 0.2 mm. De vævede TEVG'er var mekanisk robuste med overlegen suturretentionsstyrke og gennemsnitligt sprængtryk i forhold til menneskets indre brystarterier, det foretrukne kar til hjertebypass-kirurgi.
Men fordi den transmurale permeabilitet potentielt var for høj, producerede holdet et andet sæt TVEG'er ved hjælp af 10 mm brede langsgående bånd og det samme rundtgående gevinddesign. Dette skabte TEVG'er med en større indre diameter på 5.2 ± 0.4 mm. Væggene viste øget garndensitet og drastisk reduceret transmural permeabilitet. Sprængtrykket steg, og suturretentionsstyrken forblev den samme.
"Kombinering af billig HAM med en vævningssamlingsmetode reducerer omkostningerne til at producere TEVG'er ved at undgå brugen af celler og bioreaktorer, som er nødvendige i andre metoder," skriver forfatterne. "Ingen monteringsmetode, der bruges i dag, tillader billig produktion af HAM-baserede TVEG'er med dokumenterede mekaniske egenskaber, der er kompatible med arteriel implantation."
Hen imod vitro fabrikation af blodkar
Forskerne peger på, at tekstil-inspirerede samlingsstrategier ved hjælp af vævning, strikning og fletning allerede er meget brugt til at producere medicinsk udstyr. Det burde således ikke være svært at designe maskiner til at håndtere HAM-garn og muliggøre masseproduktion af TVEG'er efter vellykkede kliniske studier er udført. De tilføjer, at garndiameter, mekanisk styrke og andre mekaniske egenskaber nemt kan modificeres for at opfylde forskellige specifikationskrav.
Dernæst planlægger forskerne at vurdere virkningen af decellularisering og gammasterilisering efter montering af de forskellige egenskaber af den vævede TVEG, især med hensyn til permeabilitet og strækbarhed.
