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Aug 19, 2023

無細胞足場によって誘導される、神経支配された生きた肺根の弁形成

Communications Biology volume 6、記事番号: 1017 (2023) この記事を引用 333 アクセス 1 Altmetric メトリクスの詳細 心臓弁膜症は、世界中で死亡率と罹患率の主な原因となっています。

Communications Biology volume 6、記事番号: 1017 (2023) この記事を引用

333 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

心臓弁膜症は世界中で死亡率と罹患率の主な原因となっており、有効な医学療法はなく、生きた心臓弁の非常に高度な機能をエミュレートする理想的な弁代替品もありません。 これらの機能は生存と生活の質に影響を与えます。 これは、「生きた」心臓弁を組織工学的に作製する広範な試みを刺激した。 これらの試みでは、同種異系/自家細胞と生物学的足場の組み合わせが利用されており、実際上、規制上、倫理上の問題がありました。 原位置再生は、細胞を引き付け、収容し、指示し、結合組織の形成を促進する足場に依存します。 我々は、関連する細胞型、細胞外マトリックス、神経や体液成分を含む調節要素を含む形態形成の迅速なプロセスを誘導する、外科的、組織工学的、解剖学的に正確な、新規な既製の無細胞合成足場について説明する。 このプロセスは、特定の材料特性、デザイン、および「形態力学」に依存しています。

心臓弁膜症は依然として世界中で死亡率と罹患率の主な原因となっており1、弁膜症を治療するための効果的な薬物療法は存在しません。 進行した心臓弁膜症の患者を治療するために利用できる唯一の方法は、外科的または経皮的弁置換術です。 現在までのところ、理想的な心臓弁の代替品はありません2,3。 天然の心臓弁は、その構成要素の生存能力に依存する非常に高度な機能 4 を実行します 2。 これらの機能は、寿命や生活の質などの重要なエンドポイントにつながります2,5。 このことは、生体弁の機能のほとんどまたはすべてを再現できる生体心臓弁の代替物を組織工学的に作製する広範な試みを刺激している。 これらの試みのほとんどは、さまざまな細胞をさまざまな足場 6、7、8、9 または脱細胞化足場 10、11、12、13 と組み合わせて使用​​することに依存していました。 組織工学において動物由来の細胞および/または足場を使用することには、倫理的および実際的な問題だけでなく、市販品の使用ができないなどの大きな欠点があります。 in situ 再生 14、15、16、17、18、19 は、外因性細胞の使用を回避するためのプラットフォームを提供しますが、それを達成するための正確な方法は未定義のままであり 5、20、関与するメカニズムは不明のままです。 次世代の組織工学的弁 15,21 は、生体弁 2 の特性をエミュレートする修復、再構築、再生能力を備え、患者の生涯にわたって持続する必要があります 21。 ここでは、生体内弁形成を刺激する多層の新規なジェットスプレーポリカプロラクトン (PCL) 足場 22 で構成される Heart Biotech Composite Component Valve (HCCV) の設計について説明します。 これはヒツジのモデルで空間と時間で詳細に説明され、関与するメカニズムについて説明します。 さらに、HCCV の in vitro および in vivo 機能についても紹介し、議論します。

HCCV は、人間の生来の半月弁に似た幾何学的に調整された PCL 複合コンポーネント弁です。

この足場は、人間の生来の半月弁の特定の形状を備えた、生体適合性、生体吸収性、無細胞性、多孔性の PCL 足場で構成されています。 これは、倫理的承認を得てアスワン心臓センターから取得した正常な大動脈根の画像の 3D 再構成に基づいています (図 1a、b)。 流体と固体の相互作用を強化し、接合を改善するために、バルサルバ洞の長手方向の曲率と小葉の高さを高めるために設計がわずかに変更されました23（図1c）。 弁輪サイズ 25 mm のコンピュータ支援設計 (CAD) モデルを作成し、外部形状 (図 1d) および弁尖表面 (図 1e) を描写しました。 ホルダーとカウンターバランスにフィットするようにカスタマイズされた、副鼻腔と小葉を組み合わせた弁の3分の1を水溶性ポリビニルアルコール（PVA）で3Dプリントした（図1e）。 各副鼻腔/小葉型にナノファイバー PCL をジェットスプレーしました。 ナノファイバーをジェットスプレーして、主に円周方向にファイバーを備えた異方性足場を製造した。 3 つの洞/小葉の型をホルダーに埋め込み (図 1f)、このアセンブリをジェット スプレーしました (図 1g)。 近位および遠位の縫製リングを備えたニットサポート（特許EP 3 552 577 B1）を副鼻腔の上に置き（図1h）、これを再度ジェットスプレーしました。 ニット PCL サポートは、円周方向の拡張を可能にする PCL 糸を使用したジャージデザインの縦編みによって作成されました (図 1i)。 PVA 型を水に溶解して除去すると、HCCV が現れました (図 1j–l)。 副鼻腔壁はジェットスプレーされたPCLのナノファイバー内に埋め込まれたニット支持体から構成され（図1m）、小葉はジェットスプレーされたナノファイバーのみから構成されていました。 SEMを使用してナノファイバーサイズ（平均0.38μm（±0.02））を特徴付け、PCLナノファイバー足場の代表的な画像（図1n〜p）は、細孔直径が平均サイズ0.32μm（±0.03）、中央値であることを示しました。 0.24 µm (±0.04) (図 1q) およびさまざまな形状 (図 1o)。