Vascular maturasyon, doku mühendisliğinde kritik bir şişenck ve rejeneratif tıptan temsil eder. stabil, fonksiyonel mikrovasküler ağ olmadan, yerel vazolarda bulunan mekanik güçlerin gelişimini artırmak için biyofiziksel olarak uygulanan ilaçlara daha fazla yol açar. -Otural stres, döngüsel basınç gibi -sonsuz bir şekilde, biyoçeşitlilik hücreleri, prestijik hücreleri ve prestijileri ve düzgün bir şekilde yönlendirmek için uygulanan cerrahileri ve pratik olarak yönlendirmektedir.

Biofizik Stimuli ve Mechanotransduction

Biyofiziksel stimuliler, mikrodüller içinde hücreler deneyimleyen fiziksel kuvvetler veya mekanik kısıtlamalardır.Hazırdalıkta, bu güçler sadece arka planda gürültü yapmaz; genetik olarak, gen ekspresi ve hücreli etkileşimleri düzenleyen işaretlerdir.

Önemli olarak, biyofiziksel stimuli'ye yapılan cevap, endotelyal hizaya ve özelliklere bağlı. Low shear stresi (daha az% 5-10 fizyolojik kalp oranlarında (0.5-2 Hz) fizyolojik kas hücreli farklılaştırması için fizyolojik olarak uyarılır. Bioreactors, böylece iyi kontrol edilen mekanik rejimler teslim edilebilir, böylece yerel damar çevresini yeniden kurmak için kullanılabilir.

Biofizik Stimuli'nin Biyoreactors'ta türleri

Shear Stres

Shear stresi, sonothelial yüzeyde sıvı akışın somut bir gücünden ortaya çıkıyor. Biyoreactors, infüzyon akış sistemleri doğrudan mühendise ait olan sineraz (eNOS), yüksek çözünürlük ve desen (örneğin, pulsatile) derin bir şekilde etkili endotel hücre biyolojisi ile stres yaratır. Steady laminar hear endotelyal nitrik oksit sintase (eNOS), sintoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksit

Anahtar deneysel çalışmalar, insan farbilite vein endotelal hücrelerin (HUVECs) sürekli olarak 12 dyn/cm2'nin 48 saat boyunca akış yönünde hizalandığını ve ekstra hücreli matris proteinlerin üretimini artırdığını göstermiştir.

Cyclic Strain

Cyclic su veya mekanik bir şekilde, fikreasyon ve nefes kesici duvarlarının ritmik distenasyonu ve gevşemesi, ancak endotel hücreleri aynı zamanda hücre-kampiyonları ve bodrum membranını dolaylı olarak deneyimleyerek uygulanır.

Fizyolojik döngüsel gerginlik (% 1 Hz) RhoA/ROCK tarafından α-smooth kas hareketin (α-SMA) gibi calponin ve düzgün kas myosin ağır zincirinin (SM-MHC) ısıtılması, RhoA/ROCK sinyalizasyon ve serum yanıt faktörünün aktivasyon ve aktivasyonunun (SRF) 7 gün süren sert basıncının da hizalanması ve artarak, kollektif liflerin mekanik sertliklerini artırmaktadır.

Hidrostatik Basınç

Hidrostatik basınç, bir dokudaki tüm hücreler üzerinde sıkıştırıcı bir kuvvet uygular. Yerli gemilerde, transmural baskı yaklaşık 80-120 mmHg. Bioreactors bu basıncı odayı mühürleyebilir ve küçük pompa veya gaz-fay basıncı kontrolörü kullanarak, 24 saat boyunca direkt bir etkiye sahiptir.

Moleküler düzeyde, hidrostatik baskı, endotel hücreleri ve mural hücreleri arasındaki heteroseksüel etkileşimleri aktive eder ve damar filelilerinin ifadesini azaltır - vasculature.

Kombinasyona Etkisi

Yerli vasculature'de, hücreler oar stresin bir kombinasyonunu deneyimliyor, döngüsel bir baskı ve aynı anda sadece bir tane uyaranın eksik maturasyon üretebilir.Son araştırmalar bu nedenle iki veya üç kuvvetle bir araya getiren multi aksiyel ender endotelyal tasarımları, tek başına iki ya da üç kuvvetle bir araya getiriyor, çift akışlı bir el hareketi devre dışıyor ve üç kat daha da düzgün bir şekilde küçülüyor.

Makturasyon süreci işlevsel uç noktaları ile takip edilebilir: albümin başına gelen geçirgenlik azaltılabilir, düz kas myosin, ve acetylcholine ve sodyum nitroprusside gibi potansiyel ajanlar da düşük proliferatif indeks ve minimum anjigen filojenikler ile düşük quiescent phenotype gösterir.

Endothelial Hücresi ve Engel Fonksiyonlar

En iyi hear stresi (10-20 dyn/cm2), endotel hücreleri elongate ve akış yönüne paralel olarak hareket eden stres fiberleri hizaya sokuyor. Bu ayar, olgun kontraksiyonların oluşumuna katkıda bulunan ve seçmenliğe katkıda bulunan genel hücresel permeability azaltır. Araştırmalar, bir glycolyx'in direncini artırdığını gösterdi.

Smooth Muscle Hücre Farklılaştırma ve Matrix Yeniden Modelleme

Olgun gemiler, bir sözleşmesel pürüzsüz kas katmanı gerektirir. Çevrimsel sular yokluğunda, genellikle sentetik, proliferatif bir durumda kalır, aşırı ve dağınık bir matris üretir. Cyclic sular onları bir sözleşmesel phenotype ile karakterize eder, kistoid proteinlerin mekanik özelliklerini azaltır ve daha organize ve elastin depozisyonunu azaltır.

Matrix yeniden modelleme ayrıca matrix metalloproteinazlarının aktivitesini (MMP) ve onların inhibitörleri (TIMPs) Biyofiziksel uyarı modülleri MMP/TIMP dengesi, kontrol edilen malzemenin hücreli ekstraktür matrislerle değiştirilmesine izin verir. Bu işlem, mühendisli teknenin in vivo olarak stabilitesi ve entegrasyonu için gereklidir.

Pericyte ve Mural Hücre İşe Alım

Vascular, bu yatırımı birkaç mekanizmayla teşvik eder. Shear stres, plakalı büyüme faktörü (PDGF-BB) tarafından sonsuz bir büyüme faktörüne (PDGF-BB) kadar tamam değildir, bu arada, sistoattrat basıncının% 30'u ve α-SMA'nın sonsuzluğu ile birlikte, N-cadherin tarafından kontrol edilen hücre-ticaretin sonsuzluğu teşvik eder.

Bioreactor Design ve Optimizasyon

Anahtar Parametreleri

Biyofiziksel uyarıların birkaç parametre üzerinde kesin bir kontrol gerektirir: oar stres büyüklüğü, akış dalgası (parça vs. pulsatile), frekans, iyonal basıncın amplitüdüşü ve hidrostatik basınç seviyesi. For microvasculared blood types: hear stress 15 dyn/cm2 (pulsatile dalgaform with systolic/diastolic oranı 0.7), Çevrimsel basınç seviyesi% 5-10% 80-120 mmHg. for microvasculara göre 80-120 mmHg.

pH, oksijen gerilimi gibi parametrelerin gerçek zamanlı izleme ve akış oranı kritiktir. Gelişmiş biyoreactors, beton, lazer Doppler ve optik koherens tomografiyi kesmeden tekne bütünlüğü değerlendirmeyi içerir. Bazı sistemler, sürekli hear stresi büyüme veya sözleşme nedeniyle korumak için geri bildirim kontrolü kullanır.

Scaffold and Perfüzyon Bölümleri

Sörtücük materyaller uygulamalı mekanik yüklere dayanmalıdır ve hücre ekine ve yeniden modellenmesine izin vermelidir.Decellularize matriks, sentetik polimerler (örneğin, poliklink asit), ve hidrojez (örneğin, komplike perfüzyon, fibrin) yaygın olarak kullanılan bu tür dışsal ve sertleştirici sistemlere yol açan mikropiyonlar (örneğin, nano-pürücük dinamik simülasyonlar) ilerleyiciler, bu tür sorunlarla ilgili olarak, düşük maliyetlidir.

Scale-Up ve Klinik Çeviri

Düz ekranlı biyoreactors'lardan klinik olarak ilgili boyutlarda (örneğin, vasküler greftler 20-30 cm uzunluğunda) mühendislik zorluklarını oluşturur. Uzun yapılarda stimulilerin üniformalı tasarım kullanımı gerektirir. Çeşitli biyoreaktor platformları, dönen-uzarlı gemiler ve paralel-blok sistemleri de dahil olmak üzere büyük bir kök hücreler için gelişmiştir.

Uygulamalar ve Future Yollar

Tound-Mühendis Vascular Grafts

Biyofiziksel olarak olgunlaşan gemilerin en doğrudan uygulaması, olgun, konfluent endothelium ile enfekte ve sözleşmeli kas tabakasının bu sınırlamaları aşma potansiyeline sahip olması nedeniyle (< 6 mm) gret (Cytt Tound Engineering) bir yıl içinde 60-70 oranında patlayan bir doku-mühendislik oranları bildirdi, ancak mekanik güçle ilgili sorunlar bu sınırlamaları kullanarak yenilendi.

Organ Mühendisliği için Prevaskülerleştirilmiş Yapılar

Büyük organ yapıları (liver, böbrek, kalp yamaları) implantasyonda acil perfüzyon sağlamak için önceden bilgilendirilmiş bir damar ağı gerektirir.Bir klinisyen içinde mikrovasküler yatak oluşturmak için - tohumlama endotel hücreleri ve yönsel akış uygulamak - birkaç gün boyunca işlevsel mikrovesseller üreterek, 3 ay boyunca hızlı bir şekilde ineratif ve işlev gösterdi.

Hastalık modelleme ve İlaç Ekran

Biyoreactors'da üretilen olgun kan gemileri, özel olarak üretilen pluripotent kök hücrelerin dahil edilmesi, örneğin, patolojik koşulları yeniden oluşturmak için manipüle edilebilir.

Biokimya Faktörlerinin Entegrasyonu

Bu makalenin odak noktası biyofiziksel uyaranlar, TGF-Feterlerin (topraklar, ekstra hücre matrisleri) sinerjik olarak, biyoreactörleri, ÖRGÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜN, TGF-HARGF ve angiopoietins için kontrol edilen serbest dolaşım sistemleri içerir. Mekanik uyarı ile birlikte bu faktörlerin spatemporal teslimatları, maturasyonu hızlandırabilir. Örneğin, son bir çalışma, VEGF ile birlikte birleştirilmiş bir pulsatile akış ve angiopoietins-1'in iki katıdır.

Gerçek zamanlı İzleme ve Geri Bildirim Kontrolü

Örneğin, şarj edilebilirliği artırmak (görüntüleme yoluyla tespit edilebilir), kontrol cihazı, bariyeri güçlendirmek için baskıyı artırabilir veya devretebilir. Makine öğrenme algoritmalarının ayrıca, koşullandırma programını yönlendirmek için olgun gemilerden veri üzerinde eğitilebilir.Örneğin, eğer gemi ikna edici artışları azaltılabilir ve tekrarlanabilirliği artırabilirse, klinik üretimde kullanılabilirliği artırabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Biyofiziksel koimuliler - prova stresi, döngüsel gerginlik ve hidrostatik baskı - biyolojik olarak yapılanmalarda güçlü düzenleyiciler (gerçek zamanlı izleme) Yerli kan damarlarının mekanik çevresini taklit ederek, bu cues sürücü uçotal hizalama ve bariyer fonksiyonunun yanı sıra, düzgün kas farklılığı, matrisi yeniden şekillendirerek inceler.