Тканеинженерные сосудистые трансплантаты (TEVG) могут улучшить хирургическое лечение младенцев и детей, которым требуется операция на врожденном сердце, путем создания функциональных сосудистых каналов с возможностью роста. В новом отчете, опубликованном в Communication Medicine, Кевин Г. Блюм, Джейкоб С. Збинден, Абхай Б. Рамачандра и большая группа междисциплинарных и межведомственных исследователей использовали интегративный вычислительно-экспериментальный подход, чтобы понять естественную историю формирования новых сосудов в большой доклинической модели животных. Во время экспериментов они объединили исследования по имплантации крупных животных с визуализацией и гистологией in vivo, а также вычислительными методами роста и ремоделирования. Результаты могут дать представление о ремоделировании TEVG (тканеинженерный сосудистый трансплантат), что имеет важные последствия для клинического применения у детей с врожденными пороками сердца.
Исправление врожденных дефектов — из лаборатории в клинику
Хирургия врожденного сердца направлена на исправление врожденных дефектов и требует разработки искусственных кровеносных сосудов, известных как сосудистые трансплантаты. Потенциал развития сосудистого канала, способного расти по мере развития пациента, имеет большие перспективы в области хирургии врожденных пороков сердца. В настоящее время пациенты обычно перерастают синтетический трансплантат и требуют дополнительной операции. Используя тканевую инженерию, биоинженеры могут найти многообещающее решение этой проблемы, создав сосудистый канал, который растет вместе с пациентом, чтобы уменьшить соматический разрастание . Результаты текущих клинических и доклинических исследований в полевых условиях подтвердили возможность формирования живых сосудистых каналов с помощью TEVG для изученияпотенциал биологического роста . Хотя несколько групп продвинулись в клиническом переводе TEVG, их еще предстоит утвердить в Соединенных Штатах. В этой работе группа исследователей провела серию лабораторных и вычислительных экспериментов, чтобы понять, как TEVG (тканеинженерные сосудистые трансплантаты )) превратились в полностью функциональные кровеносные сосуды. В ходе экспериментов они показали наличие двух фаз изменений TEVG после имплантации, включая раннюю фазу воспаления и позднюю фазу механо-опосредованного ремоделирования неотканей (новой ткани). Полученные кровеносные сосуды продемонстрировали способность расти и реагировать на поток крови, как и собственные кровеносные сосуды организма. Результаты дают представление о процессе преобразования TEVG в функциональные кровеносные сосуды с последствиями технического переноса в клиническую практику.
Морфометрические изменения при формировании и развитии новой ткани. A) Репрезентативное внутрисосудистое ультразвуковое изображение (IVUS) TEVG с просветом, обведенным зеленым цветом, и исходным размером TEVG, наложенным для справки желтым цветом. Масштабная линейка 5 мм. B) Ремоделирование в TEVG происходило посредством двух основных процессов: внутреннего ремоделирования (синий) с уменьшением наружного диаметра и интрамурального роста (красный) с утолщением стенки сосуда. C) Количественная оценка изменений внутреннего и внешнего диаметра TEVG в модели овцы, измеренная с помощью ВСУЗИ. D) Репрезентативное трихромное окрашивание с большим увеличением продемонстрировало интрамуральный рост за счет образования воспалительной ткани и образования новой сосудистой ткани с последующим истончением стенки по мере деградации каркаса и спадания воспалительной новой ткани, что привело к образованию нового сосуда. Масштабная линейка 500 мкм. Данные показаны как среднее +/-SD. ВСУЗИ: внутрисосудистое ультразвуковое исследование, ТЭВГ: тканеинженерный сосудистый трансплантат. Коммуникационная медицина, doi.org/10.1038/s43856-021-00063-7
Вычислительная модель
Исследовательская группа построила вычислительную модель на основе более чем десятилетнего опыта моделирования роста и ремоделирования нативных сосудов в ответ на изменение механобиологических и иммунобиологических стимулов . Поскольку модель TEVG основана на существующей модели, первоначально разработанной для описания и прогнозированияповедение, модификации модели, касающиеся биодеградации каркаса, привели к гипотезе, что TEVG могут трансформироваться в новые сосуды, которые имитируют нативные кровеносные сосуды при деградации каркаса. Во время моделирования Блюм и соавт. отслеживали массовую плотность каждого структурно значимого компонента стенки, включая полимер, гладкомышечные клетки и коллагеновые волокна, во времени через несколько квазиравновесных стадий и определяли массовую плотность этих компонентов в зависимости от тех, которые образуются в результате механобиологических процессов и иммунобиологических процессов. Они смоделировали четыре тематических исследования и классифицировали поведение TEVG на два периода, первый из которых относится к периоду формирования новой ткани под влиянием иммунного ответа материала каркаса, за которым следует ремоделирование новых сосудов, которое произошло после деградации каркаса.
