I vasi sanguigni bloccati causati da malattie cardiovascolari possono portare a esiti gravi tra cui infarto o ictus. La condizione può essere trattata bypassando chirurgicamente il blocco utilizzando un vaso proveniente da un'altra parte del corpo del paziente. Quando ciò non è fattibile, viene generalmente utilizzato un innesto vascolare sintetico. Gli innesti sintetici hanno alti tassi di fallimento, tuttavia, a causa dell'infiammazione cronica causata dal corpo che rifiuta una sostanza estranea. Un'altra opzione sono gli innesti vascolari ingegnerizzati su tessuto umano (TEVG), che si mostrano promettenti in vivo risultati, ma richiedono processi lunghi, complessi e costosi per la creazione.
Ora, i ricercatori di Laboratorio INSERM per la Bioingegneria dei Tessuti (BioTis U1026) presso l'Università di Bordeaux hanno fabbricato con successo TEVG di piccolo diametro utilizzando fili di membrana amniotica umana (HAM) combinati con una strategia di tessitura ispirata al tessuto. Descrivere il processo in Biofabbricazione, affermano che questi innesti hanno proprietà notevoli che giustificano il trasferimento in vivo test sugli animali da laboratorio.
HAM, lo strato più interno di membrane che circondano un feto durante lo sviluppo, fornisce una valida "impalcatura" biologica per l'ingegneria tissutale. Presenta proprietà antinfiammatorie, effetti antimicrobici, bassa immunogenicità (la capacità di provocare una risposta immunitaria), compatibilità del sangue, capacità di trattenere la sutura ed elevata resistenza meccanica. Inoltre viene sistematicamente scartato dagli ospedali e, di conseguenza, è ampiamente disponibile e conveniente.
Produzione di filati
Investigatore principale Nicolas L'Heureux e colleghi hanno creato filati HAM da membrane fetali raccolte da pazienti consenzienti dopo il parto cesareo. Hanno preparato le membrane per l'uso sciacquando ripetutamente i tessuti in acqua distillata, tagliando le membrane in fogli rettangolari di 10 x 18 cm e separando manualmente l'amnios e il corion (membrana interna ed esterna). Un dispositivo di taglio motorizzato ha quindi tagliato i fogli di HAM in nastri larghi 5 o 10 mm.
Per creare fili meccanicamente resistenti, i ricercatori hanno attaccato questi nastri a un dispositivo rotante che li attorcigliava a 5, 7.5 o 10 giri/cm. Il diametro del filato è diminuito dopo la torsione, stabilizzandosi a 7.5 giri/cm, mentre la sollecitazione di trazione massima è aumentata significativamente dopo la torsione a 7.5 e 10 giri/cm.
I filati HAM (nastri e fili) sono stati essiccati a temperatura ambiente, roccati e conservati a -80°C, un processo noto come devitalizzazione in quanto uccide le cellule. Quando necessario, i ricercatori hanno reidratato i filati in acqua distillata.
Poiché il loro obiettivo era quello di fornire un impianto pronto all'uso, i ricercatori hanno esaminato gli effetti della decellularizzazione e della sterilizzazione con irradiazione gamma sui nastri HAM. L'istologia ha mostrato che la decellularizzazione rimuoveva efficacemente i componenti cellulari che rimanevano dopo la devitalizzazione, non influiva sulla forza dell'HAM e ne aumentava l'elasticità.
Quando i nastri HAM asciutti sono stati sterilizzati a raggi gamma, sono diventati più sottili, più rigidi e meno elastici. Mantenere i nastri HAM idratati durante la sterilizzazione ha impedito molti di questi effetti. I ricercatori hanno osservato che la sterilizzazione a umido non ha influito sulla capacità di HAM di supportare l'attaccamento e la crescita delle cellule endoteliali.
Tessendo le navi
Nella fase finale, i ricercatori hanno assemblato i filati HAM in TEVG. Hanno utilizzato un telaio circolare su misura per tessere TVEG attorno a un mandrino in acciaio inossidabile. Per creare un tubo intrecciato, un filo circonferenziale (la "trama") veniva inserito tra un insieme mobile e uno fisso di nastri longitudinali in tensione (l'"ordito"). I due set di ordito sono stati spostati per incrociare la trama, il filo circonferenziale è stato fatto scorrere di nuovo tra di loro e il processo è stato ripetuto 50 volte.
Il team ha utilizzato 51 nastri longitudinali (5 mm di larghezza) e un filo circonferenziale a doppio nastro per tessere TVEG con un diametro interno medio di 4.4 ± 0.2 mm. I TEVG intrecciati erano meccanicamente robusti, con una forza di ritenzione della sutura superiore e una pressione di scoppio media rispetto a quelle delle arterie mammarie interne umane, il vaso preferito per la chirurgia di bypass cardiaco.
Tuttavia, poiché la permeabilità transmurale era potenzialmente troppo elevata, il team ha prodotto una seconda serie di TVEG utilizzando nastri longitudinali larghi 10 mm e lo stesso design del filo circonferenziale. Ciò ha creato TEVG con un diametro interno maggiore di 5.2 ± 0.4 mm. Le pareti mostravano una maggiore densità del filato e una permeabilità transmurale drasticamente ridotta. La pressione di scoppio è aumentata e la forza di ritenzione della sutura è rimasta la stessa.
"La combinazione di HAM poco costoso con un metodo di assemblaggio della tessitura riduce i costi per produrre TEVG evitando l'uso di cellule e bioreattori, che sono necessari in altri metodi", scrivono gli autori. "Nessun metodo di assemblaggio utilizzato oggi consente la produzione economica di TVEG basati su HAM con comprovate proprietà meccaniche compatibili con l'impianto arterioso".
In direzione in vitro fabbricazione di vasi sanguigni
I ricercatori sottolineano che le strategie di assemblaggio ispirate ai tessuti che utilizzano la tessitura, il lavoro a maglia e l'intrecciatura sono già ampiamente utilizzate per produrre dispositivi medici. Pertanto, non dovrebbe essere difficile progettare macchine per gestire il filato HAM e consentire la produzione di massa di TVEG dopo aver eseguito studi clinici di successo. Aggiungono che il diametro del filato, la resistenza meccanica e altre proprietà meccaniche possono essere facilmente modificate per soddisfare i vari requisiti delle specifiche.
Successivamente, i ricercatori intendono valutare l'impatto della decellularizzazione e della sterilizzazione gamma post-assemblaggio delle varie proprietà del TVEG tessuto, in particolare per quanto riguarda la permeabilità e l'elasticità.
