הזדווגות וסיולרית מייצגת צוואר בקבוק קריטי בהנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית.ללא רשת מיקרו-וסקולרית יציבה, פונקציונלית מיקרו-וסקולרית, המהנדסה של רקמות גדולות יותר מכמה מאות מיקרומטר סובלים מהתרוזיס מרכזי בשל אספקת חמצן ומזון לא מספקת.בעשור האחרון, החוקרים פנו יותר ויותר לגירויים ביו-פיזיים מוחלים כדי להאיץ את התפתחות כלי הדם המתקדמים.

הבנת סטימול ו-Mechanotransduction

גירויים ביופיזיים הם כוחות פיזיים או מגבלות מכניות שהתאים חווים בתוך המיקרו-סביבה שלהם.ב ⁇ , כוחות אלה אינם רק רעש רקע; הם אותות הרסניים המסדירים ביטוי גנים, ארגון ציטוסטללטל, ואינטראקציות תאים-תאים חיוניות (התהליך שבו תאים משתנים ותגובה לרמזים מכניים נקראה תאים מיקומיים, למשל, בעלי מנגנונים ביו-קוכימיים מעגליים, אשר מופעלים, הם מגיבים באופן דומה לתאיים זעירים של לחץ דם חלקי, אשר מופעלים, באופן קבוע, כלומר, כלומר, כלומר, תאים ממושמעים, אשר מופעלים, באופן קבוע, כלומר, על ידי תאים ממושמעים של תאים ממושמעים של תאים ממושמעים של תאים ממושמעים של לחץ ביולוגיים, אשר מופעלים, אשר מופעלים, אשר מופעלים, אשר מופעלים, באופן קבוע, כלומר, באופן קבוע, אשר מופעלים, כלומר, אשר מופעלים למחצה, באופן קבוע, באופן קבוע, באופן קבוע, תוך כדי לחץ דם גמישים, באופן קבוע, על ידי תאים ממושמעים על ידי תאים ממושמעים, באופן קבוע, כלומר, כלומר, על ידי תאים ממושמעים, אשר מופעלים, על ידי תאים ממושמעים למחצה, כלומר, כלומר,

חשוב לציין, התגובה לגירויים ביופיזיים היא תלותית והקשר ספציפית.לחץ על קרינת הרהר נמוך (נמוך 1 דינמי / ס"מ2) יכול להיות inheroprone, בעוד מתח פיזיולוגי של Iar (10-30 dyn / ס"מ) מקדם היערכות רירית, quiescencesescence, ו-blockity. Cyclic aitudes של 5–10% בקצב הלב הפיזיולוגי (0.5-2) לכן, יש צורך להזיז את הסביבה חשמלית היטב, ולכן, כדי לספק יכולת שליטה שרירית של תאים מכנית.

סוגים של biophysical Stimuli ב Bioreactors

Shear Stress

מתח Shear עולה מן הכוח החיכוך של נוזל זרימה על פני השטח קצה-החללי.ב bioreactors, מערכות זרימה חד-משמעית לייצר מתח כי ישירות קשר את הצד luminal של קירות כלי שיט מהונדסים. הגודל והדפוס (במקום נגד blesatile) השפעה עמוקה על ביולוגיה תא אנדלוסיבית.

מחקרים ניסיוניים מרכזיים הראו כי תאים אנדואליים של הווסטלגי האנושי (HUVECs) התארגנו תחת לחץ הרהר מתמשך של 12 דינמי / ס"מ במשך 48 שעות בהתאם לזרימה, להפחית את התפוצה, ולהגדיל את הייצור של חלבונים מאטריקס תאיים נוספים כגון fibronectin. in co-תרבות עם תאי שריר או שריריים חלק, היא גם מניעת את השבר של תאים חד-מיים של דלקת מפרקים חד-ממדיים, אשר מקדם את המקררים של כלי ה-ממדיים.

Cyclic Strain

זנים Cyclic, או מתיחה מכנית, משכפל את הניתוק קצבי ואת הרגיעה של קירות כלי שיט הנגרמים על ידי לחץ דם pulsatile. ב bioreactors, זה בדרך כלל מיושם על ידי deforming גמיש או ספוג בתדירות מוגדרת ו amplitude. Smooth השריר תאים peric מתח, אבל בסופו של דבר גם ניסיון מחזורי דרך תא מחץ עקיף.

זנים פיסיולוגיים של מחזוריים (10% אורך בשעה 1 הרץ) מקדם את הביטוי של סמני שרירים חלקיים כגון α-smooth השריר אקטin (α-SMA), calponin, ו- חלק השריר המיוסטין שרשרת כבדה (SM-MHC) זה שיפור הגוון הפונקציונלי ללא אותות RhoA/ROCK והפעלה של תגובה (SRF) הראו גם תאים מכניים של סיביים של סיביריים.

לחץ הידרוסטטי

לחץ הידרוסטטי מפעיל כוח דחוס על כל התאים בתוך רקמת.בכלי Native, לחץ transmural הוא סביב 80-120 מ"מHg. Bioreactors יכול ליישם את הלחץ הזה על ידי איטום התא ושימוש במשאבה או בקר לחץ גז-phase הלחץ. לחץ הידרוסט יש השפעה ישירה על היווצרות כלי שיט lumen וייצוב.זה גורמת לתאיים של קצה כדי ליצור תאים הדוקים - 24 מ"מ"מ"מ"מ מקדם את הפחתת כמות מוגבלת של כלי שיט רצופים (מחץ) קיבולת של 100 שעות רצופים קצרים (מחץ למשך 100 שעות).

ברמה המולקולרית, לחץ הידרוסטטי מפעיל אותות מכווצים ומרחיב את הביטוי של צ'רקולר אנדרי (VE-cadherin) במערכות תרבות משותף, הלחץ משפר אינטראקציות heterotypic בין תאים אנדוטיים ותאים קירביים, המוביל לכיסוי מלא יותר וקטיטה מופחתת - סימן של quiescentescents, מזחלות בוגר.

השפעה של Stimuli המשולב על פיזור אשולרי

בשקעים ילידים, תאים חווים שילוב של מתח זאר, זן מחזורי, ולחץ הידרוסטטי בו זמנית.ביולוגיים החל רק גירוי אחד יכול לייצר הזדווגות לא שלמה.מחקר עדכני התמקד בעיצובים ביולוגיים רב-כימיים המספקים שני או שלושה כוחות במקביל.

תהליך ההבשלה ניתן לעקוב באמצעות נקודות קצה פונקציונליות: ירידה ברווחה לאלבום, לחץ פרץ מוגבר, ביטוי של סמנים בוגרים (למשל, eNOS, חלק שריר המיוסטין), ויכולת להגיב סוכנים פולשניים כגון acetylcholine ו sodium nitroprusside.

Endothelial Cell Alignment and Barrier Function

תחת לחץ הרדאר האופטימלי (10–20 דינמי / ס"מ2), תאים endothelial להאריך וליישר את סיבי הלחץ אקטין שלהם במקביל לכיוון זרימה. היערכות זו מפחיתה את מלוא יכולת התא ומשפרת את היווצרות של צומת דבקים בוגרים. בתרבויות סטטיות, תאים הם פוליגון ויש צומת חדלות, המוביל לדליפה גבוהה.

Smoothשרירים שונה התא ומטריקס Reמודלing

כלי שיט בוגרים דורשים שכבת שרירים חלקה חוזה. בהיעדר זנים מחזוריים, תאים שרירים חלקיים במבנה ממונדס לעתים קרובות נשאר במצב סינתטי, פרו-חיים, ייצור ממטריקס מוגזם ומאורגן. Cyclic מזיז אותם לעבר phenotype חוזה, מאופיין על ידי התפשטות מופחתת, ביטוי מוגבר של חלבונים ציטוקליים, ומדורג יותר ו- elastnagenance de las של כמה שבועות מכניים.

מטריקס reמודלing גם כרוך בפעילות של ממטריקס מתכתloproteinases (MMPs) ואת מעכביהם (TIMPs) גירוי ביופיפיקולי משנה את האיזון MMP /TIMP, המאפשר ירידה מבוקרת והחלפת החומר הספג עם ממטריקס סלולרי תאים-דרומי.תהליך זה חיוני ליציבות ארוכת הטווח ואינטגרציה של כלי המהנדס ב vivo.

גיוס תאים ומורל

הזדווגות אשולרית אינה שלמה עד pericytes או תאים שרירים חלק להשקיע את הצינור ההמולה. biophysical גירויים לקדם את ההשקעה הזו באמצעות מספר מנגנונים. Shear מתח גורם סודיות של גורם צמיחה בעל עוצמה (PDGF-BB), chemoatt חזק עבור perictes.

עיצוב ביולוגי ואופטימיזציה

המונחים: key Parameters

אופטימיזציה של גירוי ביופיפיקלי דורש שליטה מדויקת על מספר פרמטרים: גודל הלחץ של הרדאר, גלפור (במקום נגד pulsatile), תדירות, amplitude של מתח מחזורי, ורמת לחץ הידרוסטטית.עבור כלי דם המופעלים על ידי רקמות (כלומר לעומת החלפה אמנותית), תנאים אופייניים הם: לחץ 15 דינמי / ס"מ2 (פולט עם סינתי / סוכרת) נמוך יותר (לחץ מינימלי) נמוך יותר מ מילימטרי) נמוך יותר מ , 0.

ניטור בזמן אמת של פרמטרים כגון pH, מתח חמצן, וקצב זרימה הוא קריטי.ביולוגיים מתקדמים משלבים חיישנים עבור ספקטרוסקופיה בלתי מאולתלתלתת, לייזר דופלר, ודלקת קוהרנטיות אופטית כדי להעריך את השלמות של כלי השיט מבלי להפריע סטריליות. חלק מהמערכות משתמשות בשליטה משוב כדי לשמור על לחץ מתמיד כיר כמו כלי משתנה עקב צמיחה או התכווצות.

המונחים: Perfusion Considerations

החומר הנפוץ חייב לעמוד בעומסים המכניים המיושמים ולאפשר קבצים מצורפים ושיפוץ תאים. Decellized matrices, פולימרים סינתטיים (למשל, פוליcaprolactone, חומצה פוליגליקולית), ו הידרוגללים (למשל, אזורי קולגן, fibrin) משמשים בדרך כלל.הפורוזיות וסיבים משפיעים על הלחץ שלה ועל זנים המועברים לכדי סימולציה פנימית של 2.

תרגום קליני ו-Clintation

מעבר ביולוגי ספסל בקנה מידה קליני בגדלים רלוונטיים (למשל, grafts vascular 20-30 ס"מ ארוך) מציב אתגרים הנדסיים. יישום אחיד של גירויים על פני מבנים ארוכים דורש מערכות משאבה חזקות ועיצוב אפילשן זהיר.כמה פלטפורמות ביולוגיות משולבות עבור כלי שיט ספציפיים, כולל כלי שיט רוטט ומערכות מקבילה.

יישומים וכיוונים עתידיים

« « « גרף sic Grafts

היישום הישיר ביותר של כלי שיט בוגר ביולוגית הוא vascular grafts עבור ניתוח עקף. graft סינתטי הנוכחי נכשל עבור יישומים קטנים-diameter (< 6 מ"מ) בשל thrombosis ו hyperplasia intimal hyperplasia. a רקמות מופעלת ft עם עלות משולבת, confluentothelium ושרירים חלק יש פוטנציאל להתגבר על מגבלות אלה מוקדם של ft קליני (Ric) אבל היא עדיין דיווחו על עלויות מכניות של רטייקרה) עם רטייקרה 1 רטייקרה) עם ריאה (Ricשנה עם ריאה) עם רטייקרה) עם ריאה (Ricated גניבת שיער כפול 60.

פיתוחים מתקדמים להנדסת איברים

בניית איברים גדולים (liver, כליות, תותבות לב) דורשת רשת vascular preformed כדי להבטיח היתוך מיידי על השתלה. ביולוגיים שיוצרים מיטה מיקרו-וסקולרית בתוך הפיגומה - על ידי ראיית תאים אנדוטיים החלת זרימה כיוון - יכול לייצר מיקרובסל פונקציונליים כי aomose עם מחזור בתוך כמה ימים.

מחלות דוגמנות ובדיקת סמים

כלי דם בוגרים המיוצר ביולוגיים יכולים לשמש מודלים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית לחקר מחלות פולשניות (למשל, טרשת עורקים, היפרtension, vasculopathy סוכרתית) או עבור בדיקות תרכובות אנטי אנגוגניות.הכללה של תאי גזע ספציפיים לחולה על מנת לגרום לדגמי גזע שבץ או חומרים רטימיים כבר יכול להיות מניפולציה כדי לשחזר מצבים פתולוגיים - לדוגמה רטימיים כגון לחץ דם, כמו תאים דלקתיים של דלקתיים.

שילוב של גורמים ביוכימיים

בעוד שההתמקדות של מאמר זה היא גירויים ביופיזיים, חשוב לציין כי רמזים ביוכימיים (גורמים גדולים, ציטוקין, רכיבי ממטריקס חוץ סלולריים) פועלים סינרגיה. ביולוגיים משלבים יותר ויותר מערכות שחרור מבוקרות עבור VEGF, PDGF, TGF-β, ו angioitins.thetemp של משלוח אלה בשילוב עם VEFicretinulating יכול להיות מזרז של כלי מחקר שלם עם VE.

מעקב בזמן אמת ובקרת משוב

ביולוגיים עתידיים סביר להניח לשלב מערכות בקרה סגורות שהסתגלו פרמטרים המבוססים על נתוני חיישן בזמן אמת.לדוגמה, אם כלי שיט מגביר (המוגדר באמצעות אי-ציות), הבקר יכול להגביר את הלחץ של הירר או להתאים את ה- amplitude כדי לחזק את המחסום. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים גם להיות מאומן על נתונים מכלי שיט בוגרים כדי להנחות את לוח הזמנים של ביולוגי חכם כזה יהיה להפחית את יכולת הפחתת הסבירות וכדאיות, שיפור יעילות הייצור הקליני.

מסקנה

(הגירויים הביופיזיקה) – מתח ציליוני, לחץ הידרוסטטי – הם הרגולטורים החזקים של הזדווגות פולשנית (Riculations) בביולוגיים (Hicial Stress), באמצעות חיקוי מכני של כלי דם מקומיים (Valphicial) (Volfreas) ו-(Limciated cell Varii) ל-Halating (Ricial) (L) LT) , מנגנונים מכניים נוספים (מחדשניים) של מערכת העיכול) ו-Reducing) של מנגנוני בקרה (Ricial) של LT2 (L) מקיפים) (Ricial cell to Reduction) (Ric Revision) (Ric Revision) (Ric Revision) (Ric Reduction) (Ric Revision) (R) (R) (R) (R) (R) (Ric Revision) (Ric Revision) (R) (Ric Reduction) (Ric Reduction) (Ric Revision) (Ric Reduction) (R.