Geblokkeerde bloedvaten veroorzaakt door hart- en vaatziekten kunnen ernstige gevolgen hebben, waaronder een hartaanval of beroerte. De aandoening kan worden behandeld door de blokkade chirurgisch te omzeilen met behulp van een vat van elders in het lichaam van de patiënt. Wanneer dit niet haalbaar is, wordt over het algemeen een synthetisch vaattransplantaat gebruikt. Synthetische grafts hebben echter een hoge mate van mislukking als gevolg van chronische ontsteking veroorzaakt doordat het lichaam een vreemde substantie afstoot. Een andere optie zijn door menselijk weefsel ontworpen vasculaire transplantaten (TEVG's), die veelbelovend zijn in vivo resultaten, maar vereisen langdurige, complexe en dure processen om te creëren.
Nu, onderzoekers van INSERM's Lab voor de bio-engineering van weefsels (BioTis U1026) aan de Universiteit van Bordeaux hebben met succes TEVG's met een kleine diameter gefabriceerd met behulp van menselijke amnionmembraan (HAM) -draden in combinatie met een op textiel geïnspireerde weefstrategie. Beschrijving van het proces in Biofabricage, beweren ze dat deze transplantaten opmerkelijke eigenschappen hebben die een verhuizing rechtvaardigen in vivo proeven op proefdieren.
HAM, de binnenste laag van membranen die een foetus tijdens de ontwikkeling omringen, biedt een levensvatbare biologische "steiger" voor weefselmanipulatie. Het vertoont ontstekingsremmende eigenschappen, antimicrobiële effecten, lage immunogeniciteit (het vermogen om een immuunrespons uit te lokken), bloedcompatibiliteit, hechtvermogen en hoge mechanische sterkte. Het wordt ook routinematig weggegooid door ziekenhuizen en is daarom overal verkrijgbaar en betaalbaar.
Garen productie
Hoofdonderzoeker Nicolas L'Heureux en collega's creëerden HAM-garens van foetale vliezen verzameld van instemmende patiënten na keizersneden. Ze maakten de membranen klaar voor gebruik door de weefsels herhaaldelijk in gedestilleerd water te spoelen, de membranen in rechthoekige vellen van 10 x 18 cm te snijden en de amnion en chorion (binnen- en buitenmembranen) handmatig te scheiden. Een gemotoriseerd snijapparaat sneed vervolgens de HAM-platen in linten van 5 of 10 mm breed.
Om mechanisch sterke draden te maken, bevestigden de onderzoekers deze linten aan een roterend apparaat dat ze draaide met 5, 7.5 of 10 omwentelingen/cm. De garendiameter nam af na het draaien en bereikte een plateau bij 7.5 omwentelingen/cm, terwijl de uiteindelijke trekspanning aanzienlijk toenam na het draaien bij 7.5 en 10 omwentelingen/cm.
De HAM-garens (linten en draden) werden gedroogd bij kamertemperatuur, gespoeld en opgeslagen bij -80°C, een proces dat bekend staat als devitalisatie omdat het de cellen doodt. Indien nodig rehydrateerden de onderzoekers de garens in gedestilleerd water.
Omdat het hun doel was om een kant-en-klaar implantaat te leveren, onderzochten de onderzoekers de effecten van decellularisatie en sterilisatie met gammastraling op de HAM-linten. Histologie toonde aan dat decellularisatie effectief cellulaire componenten verwijderde die achterbleven na devitalisatie, geen invloed had op de HAM-sterkte en de rekbaarheid ervan verhoogde.
Wanneer droge HAM-linten gamma-gesteriliseerd werden, werden ze dunner, stijver en minder rekbaar. Door de HAM-linten tijdens sterilisatie gehydrateerd te houden, werden veel van deze effecten voorkomen. De onderzoekers merkten op dat natte sterilisatie geen invloed had op het vermogen van HAM om de hechting en groei van endotheelcellen te ondersteunen.
Het weven van de vaten
In de laatste stap hebben de onderzoekers de HAM-garens samengevoegd tot TEVG's. Ze gebruikten een op maat gemaakt rond weefgetouw om TVEG's rond een roestvrijstalen doorn te weven. Om een geweven buis te maken, werd een omtreksgaren (de "inslag") tussen een beweegbare en een vaste reeks gespannen longitudinale linten (de "ketting") gestoken. De twee scheringsets werden verplaatst om de inslag te kruisen, het omtrekgaren werd er opnieuw tussen geschoven en het proces werd 50 keer herhaald.
Het team gebruikte 51 longitudinale linten (5 mm breed) en één dubbel lint omtrekdraad om TVEG's te weven met een gemiddelde interne diameter van 4.4 ± 0.2 mm. De geweven TEVG's waren mechanisch robuust, met een superieure hechtsterkte en een gemiddelde barstdruk in vergelijking met die van menselijke borstslagaders, het vat dat de voorkeur heeft voor hartbypassoperaties.
Omdat de transmurale doorlaatbaarheid echter potentieel te hoog was, produceerde het team een tweede set TVEG's met behulp van 10 mm brede longitudinale linten en hetzelfde omtrekdraadontwerp. Hierdoor ontstonden TEVG's met een grotere inwendige diameter van 5.2 ± 0.4 mm. De wanden vertoonden een verhoogde garendichtheid en een drastisch verminderde transmurale doorlaatbaarheid. De barstdruk nam toe en de hechtsterkte bleef hetzelfde.
"Het combineren van goedkope HAM met een weefassemblagemethode verlaagt de kosten om TEVG's te produceren door het gebruik van cellen en bioreactoren te vermijden, die nodig zijn bij andere methoden", schrijven de auteurs. "Geen enkele assemblagemethode die tegenwoordig wordt gebruikt, maakt goedkope productie van op HAM gebaseerde TVEG's mogelijk met bewezen mechanische eigenschappen die compatibel zijn met arteriële implantatie."
Naar in vitro vervaardiging van bloedvaten
De onderzoekers wijzen erop dat op textiel geïnspireerde assemblagestrategieën met behulp van weven, breien en vlechten al op grote schaal worden gebruikt om medische hulpmiddelen te produceren. Het zou dus niet moeilijk moeten zijn om machines te ontwerpen om HAM-garen te verwerken en massaproductie van TVEG's mogelijk te maken nadat succesvolle klinische onderzoeken zijn uitgevoerd. Ze voegen eraan toe dat garendiameter, mechanische sterkte en andere mechanische eigenschappen eenvoudig kunnen worden aangepast om aan verschillende specificatie-eisen te voldoen.
Vervolgens zijn de onderzoekers van plan om de impact van decellularisatie en post-assemblage gamma-sterilisatie van de verschillende eigenschappen van de geweven TVEG te beoordelen, met name met betrekking tot doorlaatbaarheid en rekbaarheid.
