מבוא

הנדסה רקמות וסידרונית שואפת ליצור תחליף של כלי דם פונקציונליים לתיקון או להחליף עורקים פגומים ורידים. אתגר מרכזי הוא עיצוב פיגומים שלא רק לספק תמיכה מבנית אלא גם להנחות באופן פעיל התנהגות סלולרית כדי לשחזר כלי פונקציונלי. בעוד הרבה תשומת לב התמקדה בסימנים ביוכימיים, הארכיטקטורה הפיזית של הפיסול העליון - הטופוגרפיה שלה - תפקיד מרכזי באותה מידה בתאים המיקרו-קלימיים, ולכן אופטימיזציה של תאים מהירים יותר, ובכך למנוע את ההשפעה החלקית של השרירים המהירים, ובכך לארגן את ההשפעה החלקה של תפקוד עמוק יותר, כדי לארגן את הטופרית ותפקוד העליון של תאים מהירים יותר ויותר, כיצד לחץ הדם העליון של סיבירית ותפקוד של תאים מהירים יותר, כדי לארגן את רמות האחסון העליון של סיבית של השרירים.

מה זה Scaffold Topography?

טופוגרפיה מסובבת מתארת את הנוף הפיזי של biomaterial בקנה מידה מעשרות ננומטרים לכמה מיקרומטרים.תכונות טופוגרפיות מפתח כוללות ridges, grooves, בורות, pres, עמודות, סיבים, אקראיים או צוהר על פני השטח שונים, תוך ריצוף דם שטוח שוכן על המרתף ובתוך השכבה החיצונית (Mneicicicicicic) המכילה תאים אחוריים מורכבים עם תאים אחוריים אחוריים.

הסקאלה והדפוס של טופוגרפיה הם קריטיים.תכונות מיקרו-ממדיות (1–100 μm) דומות לממדי תאים ובעיקר להשפיע על צורת התא והכיוון.תכונות ננומטריות (1–1000 nm) אינטראקציה עם אשכולות קולטנים, אינסטיפרינים, ו- קידוד מוקד, המשפיע על מסלולים תאיים (Ltracelling) באופן שיטתי, שילוב של שני הגדלים לעתים קרובות מייצר את התגובות התאיביות ביותר במרקדות כגון אלקטרו-דמוגרפיות מדויקות, כיצד חוקרים של אלקטרו-ת-מולקולאריות, כגון אלקטרו-אלקטרומגנטיים, כיצד אלקטרו-מולקולאריות, כיצד אלקטרו-מולקולאריות, תכונות אלקטרו-מולקוליות, תכונות של אלקטרו-מולקוליות, יכולות לשלוט על פני תאיות, כיצד יכולות לשלוט על פני 3.

מכניזם של השפעה טופוגרפית

תאים תחושה ולהגיב לתכונות טופוגרפיים באמצעות תהליך המכונה הדרכה מגע.הקולטנים של תא ו אינסטלרין לחקור את פני השטח, ורמזים טופוגרפיים משנים את integrin, מצגת מוקד, ומתח ציטופל. אירועים אלה גורמים ליקנסרטטים כי לווסת ביטוי גנים ותפקוד תאים.

Integrin-Mediated Adhesion ו- Focal Adhesion Kinase

כאשר תאים נתקלים בתכונות טופוגרפיים, קולטנים אינסטליניים נקשרים חלבונים ECM על פני השטח המפוענחים.הפצה המרחבית של אתרים אלה מחייבת מושפעת מהטופוגרפיה.לדוגמה, ננוגרובים יכולים לכפות אינסטלינים לתוך מערךים ליניאריים, קידום ריכוזים מוארכים לאורך כיוון ה-AckKed.

Cytoskeletal Reמודלing and Cell Shape

הציטוקטון של התא, במיוחד pilaments ומיקרו-קטבולים, ארגון מחדש בתגובה למגבלות טופוגרפיים.על פיפוס פיפרוס, תאים שרירים חלק מעבר מפנוטיפ סינתטי, פרו-חייםטיבי לנגיף, phenotype של שריר phenotype, quiescent phenotype, אשר הוא רצוי עבור vasology vasic vulmoly, על תאים אקראיים, לעתים קרובות להפיץ תאים כגון תאים פגומים של תאים פגומים של תאים CMotype.

רפורמציה גרעינית וג'ין אקספרסיון

מחקרים אחרונים מראים כי רמזים טופוגרפיים יכולים להשפיע ישירות על הגרעין. Narrow grooves או pores קטנים יכולים לפענח את המעטפה הגרעינית, שינוי ארגון chromatin ו-Breakion factor נגישות. זה mechanotransduction גרעיני מספק קישור ישיר בין רמזים פיזיים חיצוניים שינויים בביטוי גנים הקשורים מחזור תאים, הבחנה ודלקת.

השפעות על התנהגות תאים וחילונית

סוגים שונים של תאים פולשניים מגיבים ייחודי לרמזים טופוגרפיים.הבנת התגובות הספציפיות של תאים אלה הוא חיוני לתכנון פיגומים כי לשחזר את הארכיטקטורה השכבה של כלי דם.

תאים אנדואליים

תאים אנדואליים (ECs) קו הפנים הפנימי של כלי דם ויוצרים מחסום סלקטיבית.על פיגומים המיועדים לגניבה פולשנית, כיסוי מהיר ואורגן EC חיוני כדי למנוע thrombosis ו hyperplasia intimal.טופוגרפיה משפיעה מאוד על ההיערכות, הגירה, התרחבות וצומת.

  • (FLT:0) אלגמנטציה: 1.Aisotropic טופוגרף כגון grooves מקבילים או סיבים מתואמים לגרום לזינוק של EC והיערכות בכיוון של התכונות. היערכות זו מחקה את הכיוון הטבעי של ECs בעורקים, שבו הם חשופים ללחץ צמחי.
  • (FLT:0)Migration: FLT:1 הגירה קדמית של ECs מודרך על ידי תבניות טופוגרפיות. Grooves עם עומק בקנה מידה מיקרומטר לקדם ריפוי הפצע המהיר יותר בהשוואה משטחים שטוחים.האפקט מיוחס להתאספות ריכוזית ריכוזית והפעלה מקומית של Rac1.
  • (FLT:0) הפצת: ההרחבה: ⁇ FLT:1 , שיעורי התפוצה משתנים עם גודל תכונה.לדוגמה, תחריטים תת-מיקרוניים יכולים לשפר את התפשטות ה-EC בהשוואה משטחים של פלאר, בעוד שהפרעת ננומטרי עשויה להפחית את התפוצה.
  • (FLT:0) פוטנציאל אגוגני:FLT:1 ⁇ ⁇ , כגון מיקרוקומונים או בורות ננומטריים, יכול לעורר היווצרות צינור EC וצצים בהיעדר גורמים צמיחה אקסוגניים, באמצעות הפעלת integrin αVβ3 ו- VEGF קולטן 2ing.

תאי שרירים Smooth

תאי שרירים Smooth (SMCs) בשכבה החציונית של עורקים מציגים פנוטיפ חוזה והם מתאימים circumferentially. in vascular רקמות הנדסה, SMCs חייב להיות מונחה כדי ליצור שכבה צפופה, מאורגן לספק כוח מכני וסדיר קו ספינת.

  • (FLT:0)Phenotype Modulation:FLT:1 על מיקרופיברים או מיקרוגרובים תואמים, SMCs לאמץ מורפולוגיה מוארכת, מסובבת ומבטא רמות גבוהות של סמנים חוזיים (למשל, חלק שריר Myosin כבדה שרשרת, calponin).
  • (FLT:0) אורנטיה: 1 (FLT) אוריינטציה של SMCs נקבע על ידי הטופוגרפיה הבסיסית. עבור graftsvascular, circumferential היישור הוא המועדף. tspun עם סיבים מתואמים לייצר SMC היערכות לאורך כיוון הסיבים.
  • (FLT:0ECM synthesis: FLT:1 טופוגרפיה משפיעה על הייצור והארגון של ECM על ידי SMCs. על טופוגרף מתואם, SMCs הפקדה קולגן ואסטוסטין מעדיף לאורך הכיוון הלוגי, וכתוצאה מכך מטריצה מאורגנת יותר, מכנית חזקה.

מקרוזים ותאים דלקתיים

התגובה הדלקתית המארחת לטופוגרפיה פיגומה ספוגית יכולה להשפיע על שילוב פולשני. Macrophage קוטביזציה ממונעת על ידי תכונות פני השטח.לדוגמה, משטחים עם מיקרוגרובים של 10-20 רוחב מיקרומטר לקדם סביבה אנטי דלקתית M2 פנוטיפ, בעוד גסות אקראית עשויה לעודד תגובה פרו-דלקתית M1. An2domin-inininin-in-in-inten-in-in-in-reative סביבה תומכת phenesiing.

השפעה על Angiogenesis ו- Blood Vessel Formation

אנגוגוגנזה - הנבטות של כוויות חדשות מכלים הקיימים - היא יסוד להתחדשות רקמות ולהישרדות של רקמות מהונדסות עבות. Scaffold טופוגרפיה יכולה לקדם או לעכב אנגוגנזה בהתאם לתכנון.

תוצאות חיפוש > Endothelial Sprouting

ננוטופוגרפיה המחקה את הסביבה fibrillar של ECM יכול לעורר היווצרות תאים קצה קצה קצה נוסטללי ונבט. לדוגמה, nanopillars וננוgrids להגדיל את filopodia הרחבה ו integrin קיבוץ על תאים קצה קצהילי, שיפור היכולת שלהם לפלוש scaffold. Invo מחקרים באמצעות שתלים עם תצוגות מיושמות מוגברת של קפילרית בהשוואה לצפיפות אקראית.

רשת VIRECT

כדי ליצור רשת vascular פונקציונלית, סוגים מרובים של תאים חייב לתאם. Scaffolds עם שילוב של microgrooves וננופוres יכול להנחות הן ECs ו SMCs לתוך מבנים אג'רומטריים מאורגן. הניסויים של Co-תרבותיים לחשוף כי SMCs מיושר על תכונות טופוגרפיים לייצר אותות פרקנין כי לייצב צינורות EC, צמצום התוקפנות.

תפקיד הגיאומטריה והספאג

Capillary ingrowth הוא אופטימלי כאשר גדלים pore נע בין 30 ל 150 מיקרומטר, וקשר הוא גבוה.עם זאת, דפוסים טופוגרפיים על קירות pore גם משנה. Grooves ו ridges בתוך pores יכול לכוון את הכיוון של כלי הנבט. Graft מחקרים להוכיח כי משטחים שופע עם nanobolately תואמים מיישר להפחית את ההיקף ואת הסיקור אקראית, תוך כדי לקדם סיקור אקראית של כלי שיט אחורי.

המונחים: Scaffold Topography

עיצוב הפיגום יעיל עבור יישומים פולשניים דורש מבחר זהיר של פרמטרים טופוגרפיים.גורמי מפתח כוללים גודל, צורה, ארגון מרחבי, כימיה פני השטח ונכסים מכניים.

גודל וגודל

תכונות בטווח ננומטר (10–500 ננומטר) אינטראקציה ישירות עם integrins ומשפיעים על אירועים מוקדמים של הדבקה.תכונות מיקרומטר (1–100 מיקרומטר) להשפיע על צורת התא וההתיישרות. מבנים היררכיים המשלבים את שני המאזניים הם לעתים קרובות מועילים.לדוגמה, פעפיים אלקטרו-ספאנואידים עם סיבים מתאימים (מיקרומטר) וננויות פני השטח (50-200 nm) ומקדם היערכות SMC.

סוג

תבניות אנזוטרופיות (צמחים, גרינגס, סיבים תואמים) לייצר הדרכה מגע והם מועדים ליצירת שכבות תא מוכווניות. תבניות Isotropic (בתי חולים, עמודות, גסות אקראית) שימושיים לקידום דבקות תאים והפצת בשלושה ממדים היברידיים ניתן להשתמש בהם עבור אזורים ספציפיים של השפע: משטח שופע עם ננוגרומים עבור אינטגרציה חיצונית ושכבה חיצונית עם אינטגרציה אקראית עבור אינטגרציה חיצונית.

סידור ספארי ושכבות מרובות

לכלי דם טבעיים יש מבנה מורכב שכבתי עם טופוגרף שונים בכל שכבה.עבור grafts מופעל רקמות, החוקרים חוקרים לחקור דו-שכבות או מטופשות תלת-שכבות שבו לכל שכבה יש דפוס טופוגרפי ייחודי. לדוגמה, טרשת נפוצה דו-שכבת עשוי להיות שכבה פנימית עם מיקרובוכיות מתואמים עבור SMCs ושכבה חיצונית עם סיבים ארוכים עבור סיביים.

נכסים חומריים

המודולולים והאנרגיה של פני השטח של התגובה התאית של ההשפעה החומרית לטופוגרפיה. Stiffer חומרים (למשל, חומצה פולילאקטית, פוליפטרולקטון) יכולים לשמור על תכונות טופוגרפיים עדין אבל עלול לגרום תגובה גוף זר.חומרים Softer (למשל, ג'לטין, חומצה היאלורונית) הם יותר תואמים אבל עלולים לדה במהירות של קוגניציה של תאים פונקציונליים (טופים) עם קדמית).

שיעור הפחתת שיעור ויציבות

תכונות טופוגרפיות חייבות להימשך זמן רב מספיק כדי להנחות היווצרות רקמות. פולימרים דלגרד חייב להיות נבחר כך שהנבל שומר על הטופוגרפיה הרצויה שלו בשבועות הראשונים, ולאחר מכן resorbs כמו רקמות חדשה מחליפה אותו.

מחקר וכיוונים עתידיים

ההתקדמות בטכנולוגיית ייצור מאפשרת טופוגרף מתוחכמות יותר ויותר.גישות הדור הבא כוללות משטחים דינמיים שמשנים טופוגרפיה בתגובה לפעילות סלולרית או לגירויים חיצוניים, ושילוב של אנתרופולוגים טופוגרפיים וביוכימיים.

דינמיקה טופוגרפיה ו-Smart Scaffolds

Shape-memory פולימרים הידרוגלס יכולים לעבור בין מצבים טופוגרפיים כאשר מופעל על ידי טמפרטורה, pH, או פעילות אנזומטית.לדוגמה, פיגום יכול בתחילה להציג משטח שטוח כדי להקל על צפי תאים, ולאחר מכן לעבור דפוס מצופה לאחר השתלת היישר. מוקדם במחקרים vivo להראות שימור תאים משופרים וארגון עם משטחים דינמיים כאלה.

3D Bioprinting of Vascular Topography

הדפסה ביולוגית מבוססת Extrusion יכולה במקביל להפקיד תאים וליצור מיקרו-פיברים תואמים, המאפשרת מיקום מדויק של רמזים טופוגרפיים בשלושה ממדים. הדפסה קו-אקסיאלית מאפשרת ייצור של מבנים רב-שכביים עם טופוגרפים נפרדים בכל שכבה. חוקרים עכשיו הדפסה חלולית עם microtexture פנימי כדי להנחות את EC תחת זרימה.

Machine Learning for Topography Optimization

בדיקה מעמיקה של ספריות טופוגרפיים ואלגוריתמי למידת מכונה יכולים לזהות תכונות משטח אופטימליות עבור תגובות תאים ספציפיים פולשניות. גישה זו מאיצה את התגלית של טופוגרף חדש הממקסים את הכיסוי של EC תוך צמצום ה- SMC Hyperplasia.

אתגרים תרגום קליני

בעוד מבטיח, לתרגם עיצובים גרפיים טופוגרפיים לשימוש קליני פרצופים hurdles בסקאלות, סטריליזציה, ואישור רגולטורי. שמירה על תכונות ננומטריות על grafts גדול מאתגר עם שיטות ייצור נוכחיות.בנוסף, מודלים בעלי חיים לעתים קרובות מניבים תוצאות שונות מאשר במחקרים vitro עקב המורכבות microvoenvironment vivoen. על ניסויים קליניים עבור רקמות-engineerated gras להתמקד הבא tros.

מסקנה

טופוגרפיה Scaffold היא פרמטר חזק וטונה עבור הפניית התנהגות תא פולשנית ותמיכה היווצרות כלי דם. על ידי חיקוי האדריכלות ההיררכית של רקמות כלי דם טבעיים, משטחים מהונדסים יכולים לשלוט בהיערכות תאים, פנוטיפ, ופעילות אגוגנית.העיצוב זהיר של תכונות טופוגרפיים גבוהות - בקנה מידה, דפוס, חומר, ו - יובילו לתפקודים יעילים יותר של תאים מתקדמים, ותפקודי תאים מתקדמים.