Τα φραγμένα αιμοφόρα αγγεία που προκαλούνται από καρδιαγγειακή νόσο μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρά αποτελέσματα, όπως καρδιακή προσβολή ή εγκεφαλικό. Η κατάσταση μπορεί να αντιμετωπιστεί με χειρουργική παράκαμψη της απόφραξης χρησιμοποιώντας ένα αγγείο από άλλο σημείο του σώματος του ασθενούς. Όταν αυτό δεν είναι εφικτό, χρησιμοποιείται γενικά ένα συνθετικό αγγειακό μόσχευμα. Τα συνθετικά μοσχεύματα έχουν υψηλά ποσοστά αποτυχίας, ωστόσο, λόγω χρόνιας φλεγμονής που προκαλείται από την απόρριψη ξένης ουσίας από το σώμα. Μια άλλη επιλογή είναι τα αγγειακά μοσχεύματα κατασκευασμένα από ανθρώπινο ιστό (TEVG), τα οποία δείχνουν πολλά υποσχόμενα ίη νίνο αποτελέσματα, αλλά απαιτούν μακροχρόνιες, πολύπλοκες και δαπανηρές διαδικασίες για τη δημιουργία.
Τώρα, οι ερευνητές στο INSERM's Lab for the Bioengineering of Tissues (BioTis U1026) στο Πανεπιστήμιο του Μπορντό κατασκεύασαν με επιτυχία TEVG μικρής διαμέτρου χρησιμοποιώντας νήματα ανθρώπινης αμνιακής μεμβράνης (HAM) σε συνδυασμό με μια στρατηγική ύφανσης εμπνευσμένη από υφάσματα. Περιγραφή της διαδικασίας στο Βιοκατασκευή, ισχυρίζονται ότι αυτά τα μοσχεύματα έχουν αξιοσημείωτες ιδιότητες που δικαιολογούν τη μετάβαση σε ίη νίνο εργαστηριακές δοκιμές σε ζώα.
Το HAM, το πιο εσωτερικό στρώμα μεμβρανών που περιβάλλει ένα έμβρυο κατά την ανάπτυξη, παρέχει ένα βιώσιμο βιολογικό «ικρίωμα» για τη μηχανική ιστών. Παρουσιάζει αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες, αντιμικροβιακή δράση, χαμηλή ανοσογονικότητα (ικανότητα πρόκλησης ανοσολογικής απόκρισης), συμβατότητα με το αίμα, ικανότητα συγκράτησης ραφών και υψηλή μηχανική αντοχή. Επίσης, απορρίπτεται τακτικά από τα νοσοκομεία και, κατά συνέπεια, είναι ευρέως διαθέσιμο και προσιτό.
Παραγωγή νήματος
Κύριος ερευνητής Nicolas L'Heureux και οι συνάδελφοι δημιούργησαν νήματα HAM από εμβρυϊκές μεμβράνες που συλλέχθηκαν από συναινέσει ασθενείς μετά από τοκετούς με καισαρική τομή. Προετοίμασαν τις μεμβράνες για χρήση ξεπλένοντας τους ιστούς επανειλημμένα σε απεσταγμένο νερό, κόβοντας τις μεμβράνες σε ορθογώνια φύλλα 10 x 18 cm και χώρισαν με το χέρι το αμνίον και το χόριο (εσωτερικές και εξωτερικές μεμβράνες). Στη συνέχεια, μια μηχανοκίνητη συσκευή κοπής έκοψε τα φύλλα HAM σε κορδέλες πλάτους 5 ή 10 mm.
Για να δημιουργήσουν μηχανικά ισχυρά νήματα, οι ερευνητές προσάρτησαν αυτές τις κορδέλες σε μια περιστρεφόμενη συσκευή που τις έστριψε με 5, 7.5 ή 10 στροφές/cm. Η διάμετρος του νήματος μειώθηκε μετά το στρίψιμο, πλάτωμα στις 7.5 στροφές/cm, ενώ η τελική τάση εφελκυσμού αυξήθηκε σημαντικά μετά το στρίψιμο στις 7.5 και 10 στροφές/cm.
Τα νήματα HAM (κορδέλες και κλωστές) ξηράνθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου, περιτυλίχθηκαν και αποθηκεύτηκαν στους -80°C, μια διαδικασία που είναι γνωστή ως εξουδετέρωση καθώς σκοτώνει τα κύτταρα. Όταν χρειαζόταν, οι ερευνητές ενυδάτωσαν ξανά τα νήματα σε απεσταγμένο νερό.
Δεδομένου ότι ο στόχος τους ήταν να παράσχουν ένα εμφύτευμα εκτός ραφιού, οι ερευνητές εξέτασαν τα αποτελέσματα της αποκυτταροποίησης και της αποστείρωσης με ακτινοβολία γάμμα στις κορδέλες HAM. Η ιστολογία έδειξε ότι η αποκυτταροποίηση αφαίρεσε αποτελεσματικά τα κυτταρικά συστατικά που παρέμειναν μετά την απενεργοποίηση, δεν επηρέασε την αντοχή του HAM και αύξησε την ελαστικότητά του.
Όταν οι στεγνές κορδέλες HAM αποστειρώθηκαν με γάμμα, έγιναν πιο λεπτές, πιο άκαμπτες και λιγότερο ελαστικές. Η διατήρηση των κορδελών HAM ενυδατωμένη κατά τη διάρκεια της αποστείρωσης απέτρεψε πολλά από αυτά τα αποτελέσματα. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η υγρή αποστείρωση δεν επηρέασε την ικανότητα του HAM να υποστηρίζει την προσκόλληση και την ανάπτυξη των ενδοθηλιακών κυττάρων.
Ύφανση των αγγείων
Στο τελευταίο βήμα, οι ερευνητές συναρμολόγησαν τα νήματα HAM σε TEVG. Χρησιμοποίησαν έναν εξατομικευμένο κυκλικό αργαλειό για να πλέξουν TVEGs γύρω από έναν άξονα από ανοξείδωτο χάλυβα. Για τη δημιουργία ενός υφαντού σωλήνα, ένα περιφερειακό νήμα (το «υφάδι») εισήχθη μεταξύ ενός κινητού και ενός σταθερού σετ τεντωμένων διαμήκων κορδελών (το «στημόνι»). Τα δύο σετ στημονιών μετακινήθηκαν για να περάσουν πάνω από το υφάδι, το περιφερειακό νήμα πέρασε ξανά μεταξύ τους και η διαδικασία επαναλήφθηκε 50 φορές.
Η ομάδα χρησιμοποίησε 51 διαμήκεις κορδέλες (πλάτους 5 mm) και ένα περιφερειακό νήμα διπλής κορδέλας για την ύφανση TVEG με μέση εσωτερική διάμετρο 4.4 ± 0.2 mm. Τα υφαντά TEVG ήταν μηχανικά στιβαρά, με ανώτερη αντοχή συγκράτησης ραμμάτων και μέση πίεση διάρρηξης από εκείνα των ανθρώπινων εσωτερικών μαστικών αρτηριών, το προτιμώμενο αγγείο για χειρουργική επέμβαση παράκαμψης καρδιάς.
Ωστόσο, επειδή η διατοιχωματική διαπερατότητα ήταν δυνητικά πολύ υψηλή, η ομάδα παρήγαγε ένα δεύτερο σετ TVEG χρησιμοποιώντας διαμήκεις κορδέλες πλάτους 10 mm και το ίδιο σχέδιο περιφερειακού νήματος. Αυτό δημιούργησε TEVG με μεγαλύτερη εσωτερική διάμετρο 5.2 ± 0.4 mm. Τα τοιχώματα εμφάνισαν αυξημένη πυκνότητα νήματος και δραστικά μειωμένη διατοιχωματική διαπερατότητα. Η πίεση διάρρηξης αυξήθηκε και η αντοχή συγκράτησης του ράμματος παρέμεινε η ίδια.
«Ο συνδυασμός φθηνού HAM με μέθοδο συναρμολόγησης ύφανσης μειώνει το κόστος παραγωγής TEVG αποφεύγοντας τη χρήση κυττάρων και βιοαντιδραστήρα, που είναι απαραίτητα σε άλλες μεθόδους», γράφουν οι συγγραφείς. «Καμία μέθοδος συναρμολόγησης που χρησιμοποιείται σήμερα δεν επιτρέπει τη φθηνή παραγωγή TVEGs με βάση το HAM με αποδεδειγμένες μηχανικές ιδιότητες συμβατές με αρτηριακή εμφύτευση».
Προς in vitro κατασκευή αιμοφόρων αγγείων
Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι οι εμπνευσμένες από τα υφάσματα στρατηγικές συναρμολόγησης που χρησιμοποιούν ύφανση, πλέξιμο και πλέξιμο χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως για την παραγωγή ιατρικών συσκευών. Ως εκ τούτου, δεν θα πρέπει να είναι δύσκολο να σχεδιαστούν μηχανές για το χειρισμό νήματος HAM και να επιτραπεί η μαζική παραγωγή TVEG μετά από επιτυχείς κλινικές μελέτες. Προσθέτουν ότι η διάμετρος του νήματος, η μηχανική αντοχή και άλλες μηχανικές ιδιότητες μπορούν εύκολα να τροποποιηθούν ώστε να πληρούν διάφορες απαιτήσεις προδιαγραφών.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές σχεδιάζουν να αξιολογήσουν τον αντίκτυπο της αποκυτταροποίησης και της αποστείρωσης γάμμα μετά τη συναρμολόγηση των διαφόρων ιδιοτήτων του υφαντού TVEG, ιδιαίτερα όσον αφορά τη διαπερατότητα και την ελαστικότητα.
