血管組織工学は、心臓血管疾患の増大の負担に対処するために機能的な血管代替物を作成することを目指しています。これは、世界的に死の有因を維持しています。 自律的な移植は、金規格であるが、それらはドーナーサイト落書きと可用性によって制限されています。 合成移植は、血栓症や気泡性高機能症による小径のアプリケーションでは不十分です。 Nanofiberベースの足場は、ナノファイバーベースの足場は、それらが、細胞の粘着や細胞の粘着、さまざまな特性を促進するなどの重要なソリューションとして出現しています。

ナノファイバーの血管応用のための足場の基礎

ナノファイバーは、ナノメートルの10〜数百メートルの範囲の直径を持つ連続フィラメントです。 それらの高面-area-to-volume比、相互接続された気孔率、および調整可能な機械的特性は、それらがネイティブ血管の階層構造を回復するための理想的なものになります。 足場は、腰部の表面に内視鏡検査をサポートし、変異力に耐える機械的強度を提供し、滑らかな筋肉細胞の浸入と改造を可能にします。 ナノファイバーは、組織とランダムな方向に調整することができます。

ナノファイバー製造で使用されるバイオマテリアル

天然および合成ポリマーはナノファイバーにエレクトロスピンされます。コラーゲン、エラスチン、ゼラチン、およびフィブリンなどの天然ポリマーは、優れた生体適合性および生体活性を提供するが、多くの場合、機械的強度が欠けています。ポリカプロロラクトン(PCL)、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(乳-co-グリコール酸)、およびポリウレタンは、調整可能な劣化率と機械的特性を提供します。ブレンドおよびコポリマーは、細胞の粘着剤を配合し、細胞の粘着剤を添加するなどの合成ポリマーを添加します。

ナノファイバーの足場のための高度な製作技術

Electrospinningは、そのシンプルさ、汎用性、および制御された直径とアライメントで連続的なナノファイバーを生成する能力のために最も広く使用されている方法を維持します。 しかし、最近の革新は、血管移植のためのナノファイバー生産の能力を拡張しました。

同軸・エマルジョン・エレクトロスピアニング

同軸電気スピンは、コアシェルナノファイバーを生成するために、デュアル針のセットアップを使用します。これにより、核中の生体活性分子(例えば、成長因子、薬物、遺伝子)のカプセル化が図れますが、シェルは構造的サポートと制御されたリリースを提供します。エマルジョン電子スピンは、特殊なノズルなしで同様のコアシェル構造を達成します。これらの技術は、血管内膜成長因子(VEGF)またはヘパリンの持続的供給を可能にし、エンドベルシスおよび予防を促進します。

メルトエレクトロスピニングライティング

メルト電気スピン書き込み(MEW)は、溶液ではなくポリマー溶融を使用し、溶剤毒性を排除し、コンピュータ制御パターンで繊維の精密堆積を可能にします。 MEWは、定義された気孔幾何学と繊維アライメントで注文した足場を生成できます。これは、円周に配列された繊維で管状構造を作成するのに有利です。 残留溶剤の欠如も、バイオパシビリティを向上させます。

自己組立・相分離

ペプチドのアンフィムと他の分子は、生理学的条件下でナノファイバーに自己アセンブリすることができます。 これらのハイドロゲルは、不規則な欠陥を埋める注射可能な足場を形成します。 熱的に誘発された相分離(TIPS)は、高気孔率でナノフィブロスフォームを生成します。 あまり一般的ではありませんが、これらの方法は、シチュゲル化にユニークな利点を提供し、または勾配の穴径と三次元構造を作成するためにユニークな利点を提供します。

管の穀物のナノファイバーの足場の主利点

  • [ バイオコパシビリティと免疫反応を削減:[]ナノファイバーの足場は、天然由来の材料や表面修飾された合成ポリマーから細胞粘着性結紮を提示することができます。 これは、異物反応を最小限に抑え、移植統合を促進します。
  • [細胞成長と内膜化の強化:[]]ナノファイバーの地理は血管の基幹膜を模倣し、迅速な添付ファイルと内膜細胞の移行を奨励します。 合わせた繊維は、血流の方向に沿って内皮細胞の方向性向を導き、濁りおよび血栓症リスクを軽減します。
  • :機械的特性のカスタマイズ性:[]繊維径、アライメント、気孔率、ポリマー組成を調整することにより、足場の破裂圧力、コンプライアンス、縫合保持は、ネイティブ動脈と一致するために調整することができます。例えば、密な内部層と多孔性の外側層がインチマとアドベンチヤを模倣する重ねた足場。
  • 制御分解と改造:[] 合成ポリマーは加水分解によって劣化し、その劣化率は、新しい組織形成のペースに合わせて設計することができます。 天然ポリマーは、安定性を調律することができます。 は、足場からネオチスまで機械的負荷のグラデーション転送は、長期の能力を向上させます。

血管の接写性能を高める革新的な戦略

基礎足場の製作を超えて、研究者は、血栓症、刺激的な高機能症、不完全な内膜化の持続的な課題を克服するための洗練されたアプローチを開発しました。

生体活性コーティングおよび表面改質

Nanofiber 表面は heparin、硝酸酸化物ドーナイザー、または endothelial 細胞固有のペプチッド(例えば、REDV、YIGSR)と積極的に禁止の血小板の付着および促進の endothelial 細胞の捕獲と機能させることができます。血しょう処置、層層アセンブリおよび同等性の動員は妥協しない繊維の形態なしでこれらの分子を付けられたのに使用されています。研究は heparin 機能の microfiberl の血小板の低下の生殖力学的低下を示しました。

成長因子と Cytokines の組み入れ

VEGF、基本的な繊維芽成長因子(bFGF)、またはナノファイバーから板金由来の成長因子(PDGF)の持続的な局所的納入は、内皮化と滑らかな筋肉細胞の浸潤を加速します。 デュアル成長因子の配信システムは、血管内膜および血管壁成熟を調整することができます。 例えば、外層から放出されたVEGFは急速な内皮のカバレッジを促進し、外側層からのPDGFは、滑らかな筋肉の細胞の移行と再構成を促進します。

細胞の種子および事前調節

注入前のナノファイバーの足場に自動内膜細胞または中膜幹細胞をシードする種子は、接木性能を改善します。循環機械的緊張またはせん断応力を適用する生体内科学的文化は、細胞のアライメントと細胞のマトリックス沈着を高めます。事前調整された接木は、細胞の足場と比較して、動物モデルのより高い潜水率を示しています。

臨床的および臨床的進歩

いくつかのナノファイバーベースの血管移植は、非臨床研究で評価されています。注目すべき例は、ラットおよび羊モデルにおけるエレクトロスピンPCL移植の使用であり、エンドチラライゼーションと滑らかな筋肉細胞の浸潤の証拠で最大12ヶ月のパテンシを実証する。 最近では、PCLとコラーゲンを組み合わせたバイレイトされたエレクトロスピンドグラフが、タンパク質のカロティッド結果をモデルに示す、ピラファミジアの生体分解とバイオファイバーの生体内の6か月間は、タンパク質を分解する。

臨床翻訳は、一貫性を維持しながら製造をスケールアップし、生体活性成分を傷つけることなく殺菌を保証し、規制当局の承認を得ています。しかし、一部の製品は初期臨床試験にあります。例えば、小児心臓手術のための生分解性ナノファイバーの足場は、ヨーロッパで調査されています。 NIHは、電気回された血管移植[FLT-shelf-shelf-shelf-shelf-shelf-sheの可用性を強調しました。

未来の方向と新興技術

今後、分野はスマートでパーソナライズされた管の接近を作成するために、他の最先端の技術と共鳴しています。

3Dナノファイバーを用いたバイオプリント

3Dプリンティングで電気スピンを組み合わせることで、ナノファイバーメッシュをより大きな補強繊維と統合する階層構造の製作が可能になります。これにより、個々の患者にカスタマイズされた幾何学形状の適合グラフが生成できます。研究者は、同時に細胞を放出するハイブリッドプリンターを開発しています。

導電性および応答性ナノファイバー

ポリアニリンやカーボンナノチューブなどの導電性ポリマーをナノファイバーに組み込むことで、種細胞の電気刺激が実現し、滑らかな筋肉細胞のアライメントと成熟が向上します。また、形状記憶ポリマーは、体温を達させる際に配電する自衛的なステントや接木を作成するために使用できます。このような反応性は、外部の磁場や超音波によって誘発される可能性があります。

抗菌・抗菌・防炎症機能

感染症は血管移植の重大な合併症を維持します。抗生物質、銀ナノ粒子、または抗菌ペプチドとナノファイバーをロードすると、感染リスクが軽減されます。デキサメタゾンのような炎症防止剤も、異物反応を調節し、過剰な線維症を防ぐことができます。

パーソナライズされた精密医療アプローチ

患者固有の足場は、標的容器の寸法と機械的特性に合わせて、画像データ(CT、MRI)を使用して設計することができます。さらに、自動誘発性分岐幹細胞(iPSC)は、内皮細胞に区別し、接頭に種子をつけ、免疫拒絶を最小化することができます。パーソナライズされた設計と細胞療法の組み合わせは、血管組織工学の究極の目標を表します。

コンテンツ

Nanofiber の技術は、ネイティブ エクストラ セルマトリクスを密接に模倣する足場を提供することによって血管組織工学の分野に革命を起こしました。 製造技術、生体活性剤の組み込みおよび細胞の事前調整は、前臨床的成功につながり、臨床翻訳のための方法を残すようになりました。 3D バイオプリント、導電材料、パーソナライズされた医療の約束の将来の革新は、エンジニアリングされた血管の耐久性と機能性をさらに向上させます。 継続的な乗用期間のナノファイバー 、自動治療の有効性を向上させるための潜在的な効果をもたらす。

近年の進歩をさらに読むには、Acta Biomaterialiaの電子スピン管のこのレビューと]の「先進科学における成長因子の伝達戦略の議論」を参照してください。