Sistema di semina a cellule rotanti sferiche per la produzione di piccoli

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3001 (2023) Citare questo articolo

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I vasi sanguigni interamente biologici ottenuti mediante ingegneria tissutale umana (TEBV) erano stati precedentemente sviluppati per uso clinico. Anche i modelli di ingegneria tissutale si sono rivelati strumenti preziosi nella modellizzazione delle malattie. Inoltre, vi è la necessità di TEBV a geometria complessa per lo studio di patologie vascolari multifattoriali, come gli aneurismi intracranici. L'obiettivo principale del lavoro riportato in questo articolo era quello di produrre un TEBV di piccolo calibro ramificato interamente umano. L'uso di un nuovo sistema di semina cellulare rotante sferica consente una semina cellulare dinamica efficace e uniforme per un modello vitale di ingegneria tissutale in vitro. In questo rapporto viene descritta la progettazione e realizzazione di un innovativo sistema di semina con rotazione sferica casuale di 360°. Le camere di semina su misura sono posizionate all'interno del sistema e sostengono impalcature in polietilene tereftalato glicole (PETG) a forma di Y. Le condizioni di semina, come la concentrazione cellulare, la velocità di semina e il tempo di incubazione, sono state ottimizzate tramite il conteggio delle cellule aderite agli scaffold PETG. Questo metodo di semina sferica è stato confrontato con altri approcci, come la semina dinamica e statica, e mostra chiaramente una distribuzione cellulare uniforme sugli scaffold PETG. Con questo sistema sferico semplice da usare, sono stati prodotti anche costrutti TEBV ramificati completamente biologici seminando fibroblasti umani direttamente su mandrini PETG a geometria complessa su misura. La produzione di TEBV di piccolo calibro derivati ​​​​dal paziente con geometria complessa e distribuzione cellulare ottimizzata lungo tutto il vascolare ricostruito può essere un modo innovativo per modellare varie malattie vascolari come gli aneurismi intracranici.

Il progresso degli innesti vascolari di ingegneria tissutale negli ultimi anni rappresenta un'opzione clinica promettente per il trattamento delle malattie vascolari o per fornire modelli in vitro alternativi per studiare questi disturbi complessi1,2. Attraverso il perfezionamento del modello, è ora possibile produrre vasi sanguigni ottenuti mediante ingegneria tissutale (TEBV) derivati ​​dal paziente con background genetici definiti per comprendere meglio la patobiologia alla base delle malattie vascolari3,4. Nel corso degli anni sono state sviluppate diverse tecniche per generare TEBV, ciascuna delle quali presenta vantaggi e svantaggi, e possono essere classificate in tre categorie principali: (1) condotti vascolari costituiti da cellule seminate su scaffold fabbricati, (2) condotti vascolari realizzati con fogli di cellule ingegneria e (3) bioprinting5,6. Tuttavia, una delle sfide nell’ingegneria dei tessuti vascolari è ancora quella di migliorare la semina, la distribuzione e l’organizzazione cellulare per incorporare in modo omogeneo le cellule in una struttura tubolare. Di conseguenza, le tecniche di semina dinamica delle cellule si sono affermate rispetto ad approcci statici più semplici7,8,9. Inoltre, in un ambiente tridimensionale (3D), è necessaria una distribuzione cellulare uniformemente monitorata per favorire il rimodellamento omogeneo dei tessuti ed evitare competizione per i nutrienti nelle aree con densità cellulari più elevate10,11,12,13. Lo stato attuale della semina cellulare dinamica consente una facile produzione di TEBV lineare con l'uso di bottiglie a rullo e la semina perfusa di cellule endoteliali in una struttura tubolare. Tuttavia, questi non sono ideali per la produzione di TEBV a tre strati dalla geometria più complessa composti da un'avventizia, una media e una tunica intima4,14,15,16.

In precedenza, è stato dimostrato che la produzione di vasi sanguigni lineari di piccolo calibro autoassemblati seminati su polietilen-tereftalato glicole (PETG) pretrattato con raggi ultravioletti-C (UV-C) garantisce il corretto attacco cellulare e la secrezione ottimizzata della matrice extracellulare (ECM). assemblaggio14. Per produrre TEBV con geometria complessa e migliorare la semina cellulare lungo gli scaffold, abbiamo sviluppato un sistema rotativo con un movimento di rotazione casuale che consente una distribuzione cellulare efficace e uniforme. Descriviamo qui la progettazione e la fabbricazione di un innovativo sistema di semina rotativa in grado di eseguire una rotazione completa di 360° e produrre vasi avventizi ramificati di ingegneria tessutale completamente biologici (TEBV-A).