7.25.5.4 De Difuzie pentru Perfuzie
cu toate Acestea, capacitate de difuzie limitele maxime adancime țesut cardiac patch-uri care sunt proiectate în conformitate cu principiul, și a malnutriției și hipoxie poate reduce viabilitatea core regiunile de o creștere cardiace patch-uri.71,96,101 pentru modelele care utilizează densități celulare inițiale mai mari rezultând într-un agregat multicelular compact, o adâncime maximă a țesutului de ~100-200 µm a fost propusă de mai mulți autori., La cele mai extreme, culturile multistrat cardiomiocite fără schele care sunt produse printr-o metodă denumită inginerie de foi celulare pot prezenta limitări de difuzie la o grosime foarte mică a ansamblului, rezultând o grosime maximă chiar mai mică de 100 µm.,101 cu toate Acestea, un cardiace patch este puțin probabil să se dezvolte dorit forțe active pentru in vivo augmentarea funcției cardiace, nici nu va rezista la fortele care sunt încărcate periodic pe diverse peretele miocardic regiuni in vivo, cu excepția cazului în prezent dramatic limitările fizice patch dimensiuni sunt depășite de noile modificări la actuala fabricație abordări, în special limitări în ceea ce privește grosimea țesuturilor., În acest scop, o mai mare grosime în creștere de țesut poate fi realizat prin mai multe metode, inclusiv (1) vizează o densitate celulară mai mică în ultimele patch-uri, (2) folosind o schelă cu mai mare medie porii, (3) instalarea unui mediu sistem de convecție sau chiar un adevărat perfuzie printr-o rețea vasculară, și (4) adaos de alte tipuri de celule, precum celulele endoteliale și celulele interstițiale., Conceptele din categoriile (1) și (2) pot avea ca rezultat un țesut mai gros, dar se așteaptă ca rezultatele funcționale să se deterioreze, deoarece caracteristicile schelei sunt susceptibile să depășească impactul celulelor inoculate.în urma conceptului (3), o serie de bioreactori au fost testați de diferite grupuri pentru a crește calitatea patch-urilor cardiace proiectate in vitro. În studiile timpurii, o convecție medie la suprafețele exterioare ale plasturelui a dus deja la un rezultat îmbunătățit.,Viabilitatea celulară, conținutul celular total și markerii de diferențiere cardiacă au fost îmbunătățiți și aceste efecte pot fi chiar îmbunătățite prin instalarea unei perfuzii adevărate. Cu toate acestea, un model de perfuzie cu adevărat fiziologic depinde de o capacitate capilară enormă, iar o densitate capilară, deoarece este prezentă in vivo, poate să nu fie realizabilă in vitro din cauza limitărilor tehnice presupuse. În special, distanța medie a vaselor capilare în țesutul miocardic nativ variază de ordinul a numai 15-20 µm.,102 cu toate acestea, departe de acest nivel ideal de perfuzie, un singur vas central într-un construct cardiomiocit 3D poate oferi platforma structurală pentru o îmbunătățire semnificativă a viabilității și funcției celulare atunci când mediul de cultură este pompat prin el.103 folosind tehnici imagistice disruptive, poate deveni vizibilă o corelație spațială a viabilității cu nivelul de perfuzie, ceea ce demonstrează efectul benefic izbitoare al modificărilor relativ simple la un model in vitro., Inutil să spun, împreună cu și chiar dincolo de supraviețuirea pură a cardiomiocitelor, o gamă largă de parametri funcționali sunt puternic dependenți de perfuzia tisulară.104 prin urmare, în mai multe studii s-a încercat extinderea unei nave centrale la mai multe nave.105-107 un plasture cardiac care se bazează pe un material sintetic poros care conține mai multe canale de penetrare a schelei a fost însămânțat cu cardiomiocite pentru a avea ca rezultat o distribuție celulară spațială îmbunătățită și conservarea markerilor cardiomiocitelor mature., Cu toate acestea, în ciuda aparentei schimbări pozitive în ceea ce privește alimentația și oxigen în regiunile de bază de 2 mm grosime cardiace patch-uri, o masă celulară compactă de considerabil adâncime mai mare de 100 µm este dificil de realizat, chiar și în caz de utilizare a canalizat schele.105 ca un pas logic următor, structurile mai delicate au fost evaluate pentru adecvarea lor ca înlocuitori ai unei rețele vasculare., Ansamblurile de ramificare și colectare a structurilor tubulare interconectate cu cele mai mici diametre create în intervalul 60-120 µm s-au dovedit accesibile tehnicilor de reendotelializare in vitro.108 aparent, progresul tehnologic continuu împinge în mod continuu limitele pentru miniaturizarea componentelor structurale biocompatibile, cum ar fi rețelele vasculare și modelele ECM.,109 Experimente de micropatterned schele-au extins nu numai înțelegerea noastră a intercondiționărilor dintre morfologia și funcția, dar, de asemenea, au deschis o nouă cale pentru in vitro manipulare și generarea de multicelulare viață substraturi.108-112 dacă această tendință de scădere experimentală va fi ghidată de un transfer continuu al tehnologiei implicate în practica clinică rămâne speculativă. Din punct de vedere clinic, în cazul unui plasture cardiac canalizat unele limitări care pot fi experimentate în înlocuirea unei structuri purtătoare a funcției de barieră de sânge (de ex.,, peretele septal între două camere ventriculare sau peretele ventricular liber) trebuie să fie abordate. Mai dificilă, în cazul unui arbore vascular miniaturizat, o conexiune a tuturor canalelor la o singură rețea și conectarea acestei rețele la circulația sângelui justifică noi strategii noi înainte ca aceste construcții să poată fi evaluate in vivo în studii pe termen lung. În ciuda acestor preocupări, principiile convingătoare care sunt evidențiate de aceste experimente au stabilit noi standarde pentru generarea unui plasture cardiac bioartificial.,o altă abordare care are ca scop stabilirea perfuziei tisulare funcționale se bazează pe conservarea și angajarea unei rețele de vasculatură nativă intactă după îndepărtarea selectivă a componentelor celulare înconjurătoare. Această metodă a fost dezvoltată în ultimele două decenii și sa răspândit între diferite discipline ca decelularizare.113 cu toate acestea, domeniul ingineriei țesuturilor miocardice a primit puțină atenție, în comparație cu lucrările științifice similare, cu accent pe alte tipuri de țesuturi sau sisteme de organe, de exemplu.,, inginerie tisulară urologică sau inginerie tisulară a valvei cardiace.114-117 dar recent, decelularizarea a cunoscut o renaștere ca un instrument magic pentru a ocoli problemele extraordinare care limitează în prezent conceptele de Inginerie a țesuturilor moi. Prin aplicarea controlată a unei serii de soluții echilibrate de detergent, este posibilă o întrerupere a joncțiunilor celulă–celulă și celulă–ECM cu modificări acceptabile ale ECM. Acest principiu a fost aplicat multor țesuturi și fragmente de organe, inclusiv vezicii urinare, submucozei intestinale mici, mușchilor scheletici, vaselor arteriale și valvelor cardiace.,118-121 Într-un studiu recent, perfuzie de o rozătoare inima cu detergent soluții dus la un fost decelularizate toată inima că, prin urmare, servește ca un șablon pentru tesut cardiac de inginerie. Prin injectarea multifocală a cardiomiocitelor neonatale de șobolan, se poate obține o activitate contractilă macroscopică care contribuie la generarea forței detectabile., Acest model preliminar al unui țesut proiectat întreaga inimă a fost caracterizat la nivel histologic, biologic molecular și electrofiziologic, iar rezultatele in vitro sporesc entuziasmul cu privire la viitorul ingineriei țesutului cardiac. Cel mai important, acest model cuprinde deja o rețea vasculară de înaltă calitate în ceea ce privește distribuția vaselor pe toată schela (Fig. 2)., Mai mult decât atât, o reducere lină și treptată a diametrului vasului care duce pe partea arterială de la aorta scalată milimetric până la capilarele scalate micrometru și revenirea pe partea venoasă de la capilare la atriul drept sunt avantaje majore ale originii native de dezvoltare a schelelor decelularizate.122 cu toate acestea, trebuie să se acorde atenție menținerii permeabilității structurilor capilare, deoarece acestea pot fi obstrucționate de resturile celulare în timpul procesului de spălare de-a lungul decelularizării., O evaluare practică poate fi efectuată prin perfuzia sistemului coronarian prin injectarea colorantului indicator în rădăcina aortică a inimii decelularizate (Fig. 3). Cu toate acestea, o evaluare cantitativă a permeabilității microvasculaturii este mai dificilă și justifică o cantitate considerabilă de muncă de investigație pentru a stabili rezultate valide și reproductibile. De asemenea, o ocluzie trombotică în timpul repopulării transluminale ulterioare (de ex., trebuie prevenită aplicarea celulelor endoteliale prin vasculatura coronariană) sau în timpul perfuziei in vivo cu sânge integral, iar studii mai detaliate trebuie să demonstreze reproductibilitatea și eficacitatea perfuziei menținute în condiții in vivo.123-125 cu toate acestea, dovada conceptului este acolo122, iar datele din studiile conexe privind implanturile cardiovasculare decelularizate sugerează fezabilitatea măsurilor anti-trombotice înnăscute prin modificarea protocoalelor de decelularizare., În acest scop, un fost decelularizate infarct ECM variază între candidatul de top schele pentru crearea unui cardiace patch-uri, cum îndeplinește mai multe cerințe preliminare generale: (i) biocompatibilitate, (ii) stabilitatea biomecanice, (iii) vascularizarea, și (iv) potențialul biologic de interacțiune și de remodelare.116 studii în curs vor dovedi în cele din urmă valoarea in vivo a acestei abordări.
Fig. 2. Vedere macroscopică a unei inimi de șobolan decelularizată cu detergent cu macrovasculatură conservată., Aorta ascendentă este marcată cu asteriscuri; săgețile indică artera descendentă anterioară stângă (LAD). La, apendice atrială stângă; RVOT, tract de ieșire ventriculară dreaptă.
Fig. 3. Evaluarea brută a permeabilității macrovasculaturii coronariene. Aorta ascendentă (asterisc) este intubat cu o canula și o soluție de colorant este injectat pentru a stropi vasculare coronariene sistem într-un antegrade de moda pentru a demonstra conservate coronare macrovasculature., Săgeata indică artera descendentă anterioară stângă (LAD).conform altor strategii cu scopul de a depăși limitările de dimensiune în ingineria patch-urilor cardiace, se promovează formarea in vitro a structurilor capilare de către celulele endoteliale și progenitorii lor. Folosind o schelă lichidă și un amestec de celule cardiace și endoteliale, a fost observată o reorganizare spontană in vitro a ambelor tipuri majore de celule de către diferite grupuri.,23,126 structuri tubulare derivate din celule endoteliale care pot semăna cu structuri capilare primitive au fost observate atât în structurile sintetice, cât și în cele biologice în timpul culturii in vitro. Deși structurile respective reprezintă entități unice în localizare liberă și împrăștiată fără o continuitate uniformă, ele au fost considerate ca surogate ale unui prearrangement vascular cu opțiunea finalizării maturării la aplicarea in vivo.126 această din urmă problemă este demonstrată prin studii care implică un model de implantare cardiacă la rozătoare,100 care sunt discutate în continuare în secțiunea 7.25.,5.2. Dar, indiferent de posibilitatea unei eventuale conexiuni a acestor capilare primitive cu circulația sistemică, există un număr tot mai mare de dovezi care susțin ipoteza că o gamă largă de efecte biologice asupra cardiomiocitelor și celulelor interstițiale pot fi declanșate de fracția celulelor endoteliale într-un plasture cardiac în creștere. Adăugarea ce susține menținerea unui statut diferențiat, reprezintă un factor prosurvival și crește performanța funcțională a patch-urilor cardiace.,23,127 Surprinzător, deși diferite biologice și sintetice schele, materiale cu diferite microstructura au fost angajate, efectul acestei strategii cu privire la rezultatul în termeni de optimizare a viabilității celulare și a activității contractile a fost relativ ridicată, sugerând un independent rol de protectie pentru cocultures de CE într-un cardiace patch-uri.
