Blockerade blodkärl orsakade av hjärt-kärlsjukdom kan leda till allvarliga resultat inklusive hjärtinfarkt eller stroke. Tillståndet kan behandlas genom att kirurgiskt kringgå blockeringen med hjälp av ett kärl från någon annanstans i patientens kropp. När detta inte är möjligt används vanligtvis ett syntetiskt vaskulärt transplantat. Syntetiska transplantat har dock höga frekvenser av misslyckanden på grund av kronisk inflammation orsakad av att kroppen stöter bort ett främmande ämne. Ett annat alternativ är mänskliga vävnadsmanipulerade vaskulära transplantat (TEVG), som visar lovande in vivo- resultat, men kräver långa, komplexa och dyra processer att skapa.
Nu har forskare vid INSERM:s Lab för bioteknik av vävnader (BioTis U1026) vid universitetet i Bordeaux har framgångsrikt tillverkat TEVG:er med liten diameter med hjälp av trådar från mänskligt fostervattensmembran (HAM) kombinerat med en textilinspirerad vävstrategi. Beskriv processen i Biofabricering, hävdar de att dessa transplantat har anmärkningsvärda egenskaper som motiverar att flytta in in vivo- laboratoriedjursförsök.
HAM, det innersta lagret av membran som omger ett foster under utveckling, ger en livskraftig biologisk "ställning" för vävnadsteknik. Det uppvisar antiinflammatoriska egenskaper, antimikrobiella effekter, låg immunogenicitet (förmågan att framkalla ett immunsvar), blodkompatibilitet, suturhållningsförmåga och hög mekanisk styrka. Det kasseras också rutinmässigt av sjukhus och är följaktligen allmänt tillgängligt och prisvärt.
Garnproduktion
Huvudutredare Nicolas L'Heureux och kollegor skapade HAM-garn från fostermembran som samlats in från samtyckande patienter efter kejsarsnitt. De förberedde membranen för användning genom att skölja vävnaderna upprepade gånger i destillerat vatten, skära membranen i 10 x 18 cm rektangulära ark och manuellt separerade amnion och chorion (inre och yttre membran). En motoriserad skäranordning skar sedan HAM-arken i 5- eller 10 mm breda band.
För att skapa mekaniskt starka trådar fäste forskarna dessa band till en roterande anordning som vred dem med 5, 7.5 eller 10 varv/cm. Garndiametern minskade efter tvinning, platåing vid 7.5 varv/cm, medan den slutliga dragspänningen ökade signifikant efter tvinning vid 7.5 och 10 varv/cm.
HAM-garnen (band och trådar) torkades vid rumstemperatur, spolades och lagrades vid -80°C, en process som kallas devitalisering eftersom den dödar cellerna. Vid behov rehydrerade forskarna garnen i destillerat vatten.
Eftersom deras syfte var att tillhandahålla ett färdigt implantat, undersökte forskarna effekterna av decellularisering och sterilisering med gammastrålning på HAM-banden. Histologi visade att decellularisering effektivt avlägsnade cellulära komponenter som fanns kvar efter devitalisering, inte påverkade HAM-styrkan och ökade dess töjbarhet.
När torra HAM-band gamma-steriliserades blev de tunnare, styvare och mindre töjbara. Att hålla HAM-banden hydrerade under sterilisering förhindrade många av dessa effekter. Forskarna observerade att våtsterilisering inte påverkade HAMs förmåga att stödja fastsättning och tillväxt av endotelceller.
Vävning av kärlen
I det sista steget satte forskarna ihop HAM-garnerna till TEVG. De använde en skräddarsydd cirkulär vävstol för att väva TVEG runt en dorn av rostfritt stål. För att skapa ett vävt rör infogades ett periferiskt garn ("väften") mellan en rörlig och en fast uppsättning spända längsgående band ("varpen"). De två varpseten flyttades för att korsa över väften, det perifera garnet kördes igen mellan dem och processen upprepades 50 gånger.
Teamet använde 51 längsgående band (5 mm breda) och en omkretstråd med dubbelt band för att väva TVEG med en genomsnittlig innerdiameter på 4.4 ± 0.2 mm. De vävda TEVG:erna var mekaniskt robusta, med överlägsen suturretentionsstyrka och genomsnittligt sprängtryck jämfört med mänskliga inre bröstartärer, det föredragna kärlet för bypasskirurgi.
Men eftersom den transmurala permeabiliteten potentiellt var för hög producerade teamet en andra uppsättning TVEG: er med 10 mm breda längsgående band och samma cirkulära tråddesign. Detta skapade TEVG med en större innerdiameter på 5.2 ± 0.4 mm. Väggarna visade ökad garndensitet och drastiskt minskad transmural permeabilitet. Sprängtrycket ökade och suturretentionsstyrkan förblev densamma.
"Att kombinera billig HAM med en vävsammansättningsmetod minskar kostnaderna för att producera TEVG genom att undvika användningen av celler och bioreaktorer, som är nödvändiga i andra metoder", skriver författarna. "Ingen monteringsmetod som används idag tillåter billig produktion av HAM-baserade TVEG med beprövade mekaniska egenskaper som är kompatibla med arteriell implantation."
Mot vitro blodkärlstillverkning
Forskarna påpekar att textilinspirerade monteringsstrategier med vävning, stickning och flätning redan används i stor utsträckning för att producera medicintekniska produkter. Det borde alltså inte vara svårt att designa maskiner för att hantera HAM-garn och möjliggöra massproduktion av TVEG efter framgångsrika kliniska studier. De tillägger att garndiameter, mekanisk styrka och andra mekaniska egenskaper lätt kan modifieras för att möta olika specifikationskrav.
Därefter planerar forskarna att bedöma effekten av decellularisering och gammasterilisering efter montering av de olika egenskaperna hos den vävda TVEG, särskilt med avseende på permeabilitet och töjbarhet.
