Blokkerte blodårer forårsaket av kardiovaskulær sykdom kan føre til alvorlige utfall, inkludert hjerteinfarkt eller hjerneslag. Tilstanden kan behandles ved å kirurgisk omgå blokkeringen ved hjelp av et kar fra et annet sted i pasientens kropp. Når dette ikke er mulig, brukes vanligvis et syntetisk kartransplantat. Syntetiske transplantater har imidlertid høye sviktfrekvenser på grunn av kronisk betennelse forårsaket av at kroppen avviser et fremmed stoff. Et annet alternativ er menneskelig vevsmanipulerte vaskulære grafts (TEVGs), som viser lovende in vivo resultater, men krever lange, komplekse og kostbare prosesser å lage.
Nå har forskere ved INSERMs laboratorium for bioengineering av vev (BioTis U1026) ved University of Bordeaux har med suksess produsert TEVG-er med liten diameter ved bruk av human amniotic membrane (HAM) tråder kombinert med en tekstil-inspirert vevestrategi. Beskriv prosessen i Biofabrikasjon, hevder de at disse graftene har bemerkelsesverdige egenskaper som rettferdiggjør å flytte inn in vivo laboratoriedyreforsøk.
HAM, det innerste laget av membraner som omgir et foster under utvikling, gir et levedyktig biologisk "stillas" for vevsteknikk. Det viser anti-inflammatoriske egenskaper, antimikrobielle effekter, lav immunogenisitet (evnen til å provosere en immunrespons), blodkompatibilitet, suturholdende kapasitet og høy mekanisk styrke. Det kasseres også rutinemessig av sykehus, og er følgelig allment tilgjengelig og rimelig.
Garnproduksjon
Hovedetterforsker Nicolas L'Heureux og kolleger laget HAM-garn fra fostermembraner samlet inn fra samtykkende pasienter etter keisersnitt. De forberedte membranene for bruk ved å skylle vevet gjentatte ganger i destillert vann, kutte membranene i 10 x 18 cm rektangulære ark, og manuelt separerte amnion og chorion (indre og ytre membraner). En motorisert kutteanordning kuttet deretter HAM-arkene i 5 eller 10 mm brede bånd.
For å lage mekanisk sterke tråder festet forskerne disse båndene til en roterende enhet som vridd dem med 5, 7.5 eller 10 omdreininger/cm. Garndiameteren avtok etter tvinning, platået med 7.5 omdreininger/cm, mens den endelige strekkspenningen økte betydelig etter tvinning ved 7.5 og 10 omdreininger/cm.
HAM-garnene (bånd og tråder) ble tørket ved romtemperatur, spolet og lagret ved -80°C, en prosess kjent som devitalisering da den dreper cellene. Ved behov rehydrerte forskerne garnet i destillert vann.
Siden målet deres var å gi et hylleimplantat, undersøkte forskerne effekten av decellularisering og sterilisering med gammabestråling på HAM-båndene. Histologi viste at decellularisering effektivt fjernet cellulære komponenter som ble igjen etter devitalisering, ikke påvirket HAM-styrken og økte strekkbarheten.
Når tørre HAM-bånd ble gamma-sterilisert, ble de tynnere, stivere og mindre strekkbare. Å holde HAM-båndene hydrert under sterilisering forhindret mange av disse effektene. Forskerne observerte at våtsterilisering ikke påvirket HAMs evne til å støtte endotelcellefeste og -vekst.
Veving av fartøyene
I det siste trinnet samlet forskerne HAM-garnene til TEVG-er. De brukte en skreddersydd sirkulær vevstol for å veve TVEG-er rundt en dor av rustfritt stål. For å lage et vevd rør ble et periferisk garn ("veften") satt inn mellom et bevegelig og et fast sett med strammet langsgående bånd ("varpen"). De to renningssettene ble flyttet for å krysse innslaget, det periferiske garnet ble kjørt igjen mellom dem, og prosessen ble gjentatt 50 ganger.
Teamet brukte 51 langsgående bånd (5 mm brede) og en omkretstråd med dobbeltbånd for å veve TVEG-er med en gjennomsnittlig indre diameter på 4.4 ± 0.2 mm. De vevde TEVG-ene var mekanisk robuste, med overlegen suturretensjonsstyrke og gjennomsnittlig sprengningstrykk i forhold til menneskelige indre brystarterier, det foretrukne karet for hjertebypass-kirurgi.
Men fordi den transmurale permeabiliteten potensielt var for høy, produserte teamet et andre sett med TVEG-er ved å bruke 10 mm brede langsgående bånd og samme omkretsgjengedesign. Dette skapte TEVG-er med en større indre diameter på 5.2 ± 0.4 mm. Veggene viste økt garntetthet og drastisk redusert transmural permeabilitet. Sprengtrykket økte og suturretensjonsstyrken forble den samme.
"Å kombinere billig HAM med en vevmonteringsmetode reduserer kostnadene for å produsere TEVG-er ved å unngå bruk av celler og bioreaktorer, som er nødvendige i andre metoder," skriver forfatterne. "Ingen monteringsmetode som brukes i dag tillater billig produksjon av HAM-baserte TVEG-er med påviste mekaniske egenskaper som er kompatible med arteriell implantasjon."
mot vitro fabrikasjon av blodårer
Forskerne påpeker at tekstilinspirerte monteringsstrategier ved bruk av veving, strikking og fletting allerede er mye brukt for å produsere medisinsk utstyr. Det burde derfor ikke være vanskelig å designe maskiner for å håndtere HAM-garn og muliggjøre masseproduksjon av TVEG-er etter at vellykkede kliniske studier er utført. De legger til at garndiameter, mekanisk styrke og andre mekaniske egenskaper lett kan modifiseres for å møte ulike spesifikasjonskrav.
Deretter planlegger forskerne å vurdere virkningen av decellularisering og gammasterilisering etter montering av de forskjellige egenskapene til den vevde TVEG, spesielt med hensyn til permeabilitet og strekkbarhet.
