工程师为心脏补片生长预血管化组织

艾莉森工厂,密歇根科技新闻

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修补心脏需要微小血管的帮助。在工程心脏补片中对齐致密的血管结构可以帮助患者从心脏病发作中恢复。

由密歇根技术大学生物医学工程副教授冯昭领导的团队最近发表了两篇关于工程预血管化组织最佳实践的新论文。

该研究小组的研究论文发表在治疗诊断学上,专注于开发一种干细胞心脏贴片,该贴片采用微血管组织制成,就像真正的心肌一样。他们在acta biomaterialia上发表的评论文章研究了六种创新策略的优缺点,这些策略用于调整工程组织中的微血管。

血管系统为组织带来营养和氧气;在器官移植,心脏手术或皮肤移植后成功愈合的重要成分。微血管结构是毛细管样微血管,它们特别重要,为了有效,必须高度对齐,致密和成熟。具有如此强大的血管系统的工程生物材料是困难的并且依赖于框架 - 支架 - 来生长细胞。

“三维支架中微血管组织的重要性在很大程度上被忽略了,”赵解释说。 “微血管与细胞不同;人们已经做了很多关于细胞排列的工作,但这项关于微血管的工作仍然是新的。了解生物材料中微血管排列背后的机制将有助于我们和其他生物医学工程师创造更好,更精细的植入物和设备。“

为了实现这一目标,赵和她的团队回顾了用于对齐血管的六种不同方法的优缺点:机电刺激,表面形貌,微支架和微流体,表面图案和3D打印。

优点变化很大,并且侧重于方法的简易性或可控性。机电刺激只是拉伸;微支架和微流体技术使医学检测更容易; 3d打印是可定制的。然而,缺点集中于一个主要挑战:工程微血管往往太大 - 它们比心脏组织中的真实毛细血管大得多 - 并且通常它们不够致密且不够成熟以适当地供应营养物和血液。

对齐微容器有点像管道,不匹配的尺寸对于打开水来说并不是好兆头。对于一些动手解决问题,zhao的团队专注于生物模拟微血管排列,心肌的密度和维度。

迄今为止,为预血管化心脏补片创造理想生物材料的工程过程尚未进入临床试验阶段。赵和她的团队希望改变这种状况。

“心肌梗塞是一个大问题,目前尚无良好的治疗方法,”她说。心脏补片可以帮助心脏病发作。 “心脏补片是完全生物学的,由具有模仿真实组织的脉管系统的干细胞组成,可以帮助修复心脏。”

治疗诊断论文深入探讨了微血管在该过程中的作用,以及工程化组织如何能够跟随自然组织的发展。主要作者zichen qian是ag集团的博士毕业生,现在是默克公司的研究科学家,他与zhao在预血管化组织上进行了广泛的合作。去年,该大学通过巴克塔研究奖表彰了赵和倩的努力。在qian毕业后,博士候选人dhavan sharma和wenkai jia继续这项研究。该团队表示,心肌是最常用的组织之一。

“在心肌中,细胞与机电信号交换高度对齐,微血管也高度对齐和密集,”赵说,解释说贴片中的微血管可以连接到天然脉管系统,带来营养和氧气。如果没有这个,工程心脏补片可能会死亡。 “但所有组织都有这种微观结构。它无处不在。这项技术可用于骨骼肌,烧伤和慢性伤口愈合和神经再生。“

赵和她的团队已经展示了仿生学在适合心脏补片的组织中生长微血管的潜力。接下来的步骤将是动物试验和精炼植入物和设备的医疗技术。在微小,密集,整齐排列的血管的帮助下,工程组织可以帮助心脏,皮肤,骨骼和肌肉自然再生。