Вазовий матеріал тканин має на меті створення функціональних замінників судин для вирішення зростаючого навантаження серцево-судинних захворювань, які залишаються провідною причиною смерті по всьому світу. Під час автологічних трамплінів був золотом стандартом, вони обмежені морбідністю донора сайту та наявністю. Синтетичні трампти виконують слабо в невеликих діаметрових додатках через тромбоз і інтимну гіперплазія. Нанофіберні скафтори виявляються як перспективний рішення, оскільки вони тісно мітують нано-масштабну архітектуру рідної позаклітинної матриці, сприяють адгезії клітин, проліферації та диференціації. Ця стаття розглядає інноваційні підходи, що використовують нанофіберні методи тканин, що охоплюють тканин, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що охоплюють тканини, що забезпечуються, що забезпечуються, що забезпечуються, що забезпечуються, що забезпечують судинні тканини, що забезпечуються, що забезпечуються, що забезпечують судинні тканини, що забезпечуються, що забезпечуються, що забезпечуються, що забезпечуються

Основи нанофіберних ножиць для судинних додатків

Нанофібри є безперервними потоками діаметрами, починаючи від десятків до сотні нанометрів. Їх висока поверхнево-реа-об'ємна співвідношення, з'єднана пористість, і в'язкі механічні властивості роблять їх ідеальним для відновлення ієрархічної структури рідних судин. Спаролд повинен підтримувати ендотелію на поверхні поперекового, забезпечити механічну міцність, щоб витримати гемодинамічні сили, і дозволити гладку інфільтрацію м'язів і ремоделювання. Нанофіберні килими можуть бути розроблені з вирівняними або випадковими орієнтаціями для керівництва клітин і тканинної організації.

Біоматеріали, які використовуються в нанофібри

Обидва природні і синтетичні полімери є електроспун нанофібри. Натуральні полімери, такі як колаген, еластин, желатин, і фібрин пропонують відмінну біокомпатність і біоактивність, але часто не вистачає механічної міцності. Синтетичні полімери, як полікапролактон (PCL), полілактична кислота (PLA), полі(лакко-гліколаєва кислота) (PLGA), а поліуретан забезпечують відчутні деградаційні показники і механічні властивості. Блендери і кополімерці об'єднують переваги: наприклад, PCL-коледжовані суміші покращують зчеплення і клітину при збереженні структурної цілісності. Крім того, що може бути нано-волокти

Сучасні технології виготовлення нанофібри

Електроспінінг залишається найбільш широко використовуваним методом завдяки своїй простоті, універсальності та здатності виробляти безперервні нанофібри з керованим діаметром і вирівнюванням. Однак останні інновації поширили можливості нанофіберного виробництва для судинних щепок.

Коаксіальний і емульсійний електроспінінг

Коаксіальна електроспінінг використовує подвійний набір для виробництва нанофібри ядра-червоної оболонки. Це дозволяє акапсуляції біоактивних молекул (наприклад, факторів росту, наркотики, гени) в ядрі, в той час як оболонка забезпечує структурну підтримку і керований випуск. Емульгійне електроспінінг досягає аналогічних структур ядра-червоні без спеціалізованих насадок. Ці методи дозволяють витримати постачання фактора ендотеліального росту судин (VEGF) або гепарину для просування ендотеліальної та запобігання тромбозу.

Melt Електроспінінг Письма

Мелет електрошпинінговий письмо (MEW) використовує полімерні плавлення, а не розчини, що виключає токсичність розчинника і дозволяє точного відкладення волокон в комп'ютерно керованому шаблоні. МЕВт може виробляти замовлені скафроли з визначеною геометрією та вирівнюванням волокон, що вигідно для створення трубчастих конструкцій з об'ємно вирівняними волокнами, які мітують медіал шар артерій. Відсутність залишкових розчинників також покращує біокомпаність.

Самодостатньо-дозволене та фазове відведення

Пептидні амфіфіли та інші молекули можуть самооцінювати нанофібри під фізіологічними умовами. Ці гідрогелі утворюють ін'єкційні шарфольги, які заповнюють нерівні дефекти. Тепло індуковані розділи фази (ТІП) поєднуються з оленією, виробляє нанофібро піни з високою пористістю. При менш поширенні, ніж електроспінінг, ці методи пропонують унікальні переваги для гельації сидю або створення тривимірних конструкцій з градієнтовними пори розмірами.

Ключові переваги нанофіберних скіфів у судинних трампах

  • Biocompatibility and Зменшений відповідей: Nanofiber scaffolds може бути виготовлений з натурально отриманих матеріалів або поверхнево-модульованих синтетичних полімерів для представлення клітинно-клеючі ліганці. Це мінімує реакції сторонніх тіла і сприяє інтеграції трафаретів.
  • Enhanced Cell Growth and Endothelialization: Нанофібер топографічна топографічна еміксація підвалу судин, що посилює швидке вкладення та міграцію ендотеліальних клітин. Вирівнювані волокна направляють ендотеліальну спрямованість клітинок по напрямку кровоплину, зменшення турбулентності та ризику тромбозу.
  • Customizability of Механічні властивості: Регулювання діаметра волокна, вирівнювання, пористості та полімерної композиції, лопець лопається тиск, відповідність та затримка одягу може бути налаштований для відповідності рідних артерій. Наприклад, двошарові скафольці з щільним внутрішнім шаром і пористим зовнішнім шаром, що мимічний інтима і адвентиції.
  • Управлений деградація та ремоделювання: Синтетичні полімери, деградовані через гідроліз, а їх деградація може бути розроблена для узгодження темпів утворення нових тканин. Натуральні полімери можуть перехресні до опорної стійкості. Поступово передача механічного навантаження від скафольду до нео-тканин покращує довгострокову подачу.

Інноваційні стратегії для підвищення продуктивності судинного крафту

За межами базової скафольської тканини дослідники розробили складні підходи для подолання стійких викликів тромбозу, інтимної гіперплазія, неповної ендотеліальної хвороби.

Біоактивні покриття та модифікації поверхонь

Нанофіберні поверхні можуть бути функціональні з гепаріном, донорами оксиду азоту або ендотеліальні клітинні пептиди (наприклад, REDV, YIGSR) для активно гальмування адгезії тромбоцитів і сприяння ендотеліальної захоплення клітин. Плазмотерапія, шар-на-шарова збірка, і ковалентна іммобілізація використовуються для прикріплення цих молекул без компромації морфології волокна. Дослідження показали, що гепарін-функціональні PCL нанофіберні трампти зменшують тромбогенність в в vivo.

Некорпорація факторів росту та цитокінів

Підтримувана локальна доставка VEGF, базовий фактор росту фібробластів (bFGF), або тромбодерований фактор росту (PDGF) з нанофібри прискорює ендотелію і гладку інфільтрацію клітин м'язів. Системи постачання подвійного фактора може координувати ангіогенез і дозрівання стінок судин. Наприклад, VEGF, випущені з люмінального шару, сприяє швидкому ендотеліальному покритті, при цьому PDGF з зовнішнього шару заохочує гладку міграцію м'язів і ремоделювання.

Насінництво клітин і передпоїзд

На основі аутологічних ендотеліальних клітин або мезенхімальних стовбурових клітин на нанофібриних скафольги перед імплантацією покращує продуктивність трафарету. Динамічна культура в біореекторах, які застосовують циклічний механічний процідний або зсувний стрес, посилює вирівнювання клітин та екстраклітинне визначення матриці. Передумовні щеплення показують більш високі показники потенції в моделях тварин, у порівнянні з ацелюзійними скакалами.

Хронічний та клінічний прогрес

Кілька нанофіберних судинних щепок були оцінені в преклінічних дослідженнях. Нездатний приклад - використання електроспун PCL трампи в щурах і овець моделях, демонструючи потенцію до 12 місяців з доказами ендотеліалізації і гладкої інфільтрації клітин м'язів. Ще недавно двошаровий електроспун трафарет поєднує PCL і колаген показали перспективні результати в моделі сонної сонної артерії, з мінімальною ічасною гіперплазія. Дослідники в Університеті Пітсбурга розробляють біоабсорбований нанофібризовий щеп, який повністю ремоделей в рідну тканину протягом шести місяців.

Клінічний переклад обличчям скошування: масштабування виробництва при підтримці консистенції, забезпечення стерилізації без пошкодження біоактивних компонентів, отримання нормативної затвердження. Однак кілька продуктів є на ранній клінічній стадії. Наприклад, біорозширюваний нанофіберний спарол для дитячої хірургії серця досліджується в Європі. NIH фінансується дослідженням на електроспунні судинні щеплення, які висвітлюють потенціал для неналежності.

Технології майбутнього та технології Emerging

Попереду, поле згортається з іншими технологіями, що передаються, щоб створити розумні, персоналізовані судинні трампліни.

3D Біопринтер з нанофібриками

Комбінація електрошпинінгу з 3D-друком дозволяє виготовлення ієрархічних структур, які інтегрують нанофіберні сітки з більшими армуючими волокнами. Це може виробляти сумісні трампти з індивідуальною геометрією для окремих пацієнтів. Дослідники також розвиваються гібридні принтери, які одночасно виводять клітинно-тверді гідрогелі та електроспенні нанофібри для створення живих судинних конструкцій.

Директивні та чуйні нанофібри

Некорпоративні провідні полімери, як поліанілін або вуглецеві нанотрубки в нанофібри дозволяють електричну стимулююючу клітинку, які можуть підвищити вирівнювання та дозрівання гладких м'язових клітин. Крім того, формо-меморові полімери можуть використовуватися для створення самовибагливих стентів або трафаретів, які розгортаються при досягненні температури тіла. Такі чуйні матеріали можуть бути викликані зовнішніми магнітними полями або УЗД.

Антимікробна та антиінфламуюча функція

Зараження залишаються серйозним ускладненням судинних щепок. Навантаження нанофібри з антибіотиками, наночастиками срібла або антимікробні пептиди знижує ризик інфекції. Антизапальні засоби, такі як дексаметазон також можуть бути включені до модуляції реакції сторонніх органів і запобігання надмірного фіброзу.

Персоналізований та точний підхід до медицини

Пацієнти можуть бути розроблені з використанням даних візуалізації (КТ, МРТ) для відповідності розмірів та механічних властивостей цільового судна. Крім того, аутологічна індукована патрубка плазми (iPSC) може відрізнятися в ендотеліальні клітини та насінні на щеплення, мінімізуючий імунітет. Це поєднання персоналізованого дизайну та клітинної терапії представляє кінцеву мету побудови тканин судин.

Висновок

Технологія Nanofiber перетворила поле інжинірингу судинної тканини шляхом забезпечення скапслів, які тісно мітують рідну екстраклітинну матрицю. Поспішає в техніці виготовлення, неправильне введення біологічно активних речовин, а передумови для клітин призвели до преклініки успіху і є патентування способу клінічного перекладу. Майбутні інновації в 3D біопринтуванні, провідні матеріали, а персоналізована медицина обіцяє додатково підвищити міцність і функціональність інженерних судин. З тривалою багатопрофільною колакцією, нанофіберні судинні трампти мають потенціал стати стандартним лікуванням для пацієнтів з серцево-судинною хворобою, зниження реліансу на аутологічних трафтах і поліпшення довгострокових довготермінових результатів.

Для подальшого читання на останніх досягненнях див. цей огляд електроспунових судинних трамплінів Acta Biomaterialia та . Обговорення стратегій постачання фактора фактора зростання в області передових наук.