Потеря большого количества мягких тканей в результате травмы или рака может потребовать реконструктивной хирургии. Эти операции обычно основаны на структурной структуре, которая скрепляет клетки или ткани, состоящей из гидрогелей или других биоматериалов, которые обеспечивают поддержку для роста новых кровеносных сосудов. Но когда эти каркасы изготавливаются из объемных гидрогелей, они имеют ряд ограничений, которые могут привести к медленному и неорганизованному росту кровеносных сосудов, что приводит к плохим результатам для пациентов.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали новый синергетический подход, который сочетает в себе новый каркас (каркас), изготовленный из гранулированных гидрогелей, с хирургической техникой, называемой микропунктурой. Их доклинический метод, опубликованный в журнале Small, позволил быстро вырастить организованные кровеносные сосуды у живых крыс.

«Гибридный подход исследователей к реваскуляризации представляет собой значительный прогресс в области тканевой инженерии и регенерации. Этот метод может быть применен к различным состояниям кровеносных сосудов, возникающим при сердечно-сосудистых заболеваниях , таких как ишемическая болезнь сердца , наиболее распространенный тип сердечно-сосудистых заболеваний. сердечно-сосудистые заболевания в США», — сказала Туба Фер, доктор философии, директор программы Отдела исследовательской науки и технологий NIBIB.

Гибридный подход к реваскуляризации

Хирургическая микропунктура — это доклиническая процедура, разработанная старшим автором исследования Дино Равником, доктором медицинских наук, заведующим кафедрой регенеративной медицины и хирургических наук Медицинского колледжа штата Пенсильвания. Процедура включает в себя создание крошечных точных надрезов в кровеносных сосудах, что ускоряет васкуляризацию. Хотя новые кровеносные сосуды могут быстро расти, прошлые исследования показали, что они не образуют хорошо организованных структур в сочетании с объемными гидрогелевыми каркасами.

Чтобы стимулировать рост кровеносных сосудов более упорядоченным образом, старший автор исследования и главный исследователь Амир Шейхи, доктор философии, Дороти Фёр Хак и Дж. Ллойд Хак, заведующий кафедрой биоматериалов и регенеративной инженерии в Университете штата Пенсильвания, разработали белок Каркасы на основе гранулированного гидрогеля. Они сделаны из частиц гидрогеля (микрогелей), которые в тысячу раз больше, чем полимерные цепи/наночастицы, обнаруженные в объемных гидрогелевых каркасах. Наночастицы создают более мелкие поры, которые имеют ограниченную организацию и взаимодействие кровеносных сосудов в объемных гидрогелях.

Напротив, микрогели создают более крупные поры, которые обеспечивают быстрый рост клеток и васкуляризацию. Чтобы управлять архитектурой кровеносных сосудов, были созданы микрогели разных размеров (маленькие, средние и большие).

«Чтобы сформировать узоры кровеносных сосудов, мы скорректировали пустые пространства (поры) среди микрогелей, изменив их размер. Чем меньше микрогели, тем меньше средний диаметр пор и тем меньше межкапиллярное расстояние при формировании кровеносных сосудов», — сказал Шейхи.

Оценка на животных моделях

Затем исследователи оценили свой гибридный подход на живых крысах. Прежде чем имплантировать реципиенту гранулированные гидрогелевые каркасы, исследователи выполнили микропунктуру сосудов, чтобы ускорить образование новых кровеносных сосудов. Перфорации выполняются микроиглами, чтобы исключить образование тромбов или значительного кровотечения. Затем, после имплантации гранулированных каркасов, исследователи сравнили свой гибридный подход с крысами, которым вводили объемные гидрогелевые каркасы с микропунктурой или без нее.

Через одну неделю иммунофлуоресцентное окрашивание показало, что гибридный подход привел к более значительному увеличению миграции и накопления клеток внутри тканей (клеточная инфильтрация) по сравнению с другими исследовательскими группами.

Исследователи также измерили кровоток (перфузию) через неделю, вводя краситель в кровеносные сосуды крыс и используя искусственный интеллект для обнаружения и измерения.

Определив, что гранулярный каркас , состоящий из микрогеля среднего размера, является оптимальным для реваскуляризации, исследователи хотели определить, имеет ли значение добавление микропунктуры. Исследователи наблюдали большую перфузию и большую длину кровеносных сосудов, а также, в среднем, большую плотность сосудов и диаметр сосудов в группе крыс, получивших гибридный подход, чем в группе, которая получала только каркасы.

«Перфузия в узорчатых кровеносных сосудах указывает на то, что новая сеть кровеносных сосудов функциональна, взаимосвязана и управляется микроархитектурой гранулярных гидрогелевых каркасов. Это представляет собой значительный прогресс в тканевой инженерии до клинического применения», — сказал Шейхи.

Исследователи планируют продолжить исследование своего гибридного подхода на мелких животных , чтобы лучше понять процессы, а затем провести исследования на крупных животных и, в конечном итоге, на людях.