2019-10-02 09:18:01
实验室制造的血管力学很重要

一旦植入人体,可生物降解的管子就会变成活血管。在对Fantastic Voyage进行想象中的现代翻版中,艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)可能会在我们的潜水器中导航我们的心血管系统,以了解该过程如何发生。而且,他将理解,无论这些管在实验室中的外观多么完美,一旦植入人体,它们的性能都会受到血流和压力所施加的机械负荷的极大影响。 Eline Van Haaften博士生物医学工程的候选人,开发了一种模仿人体血液循环的生物反应器。她确定了实验室制造的容器故障的一些可能原因。她的研究结果可用于改善实验室制造的血管的设计,并加快心血管和肾脏疾病患者的临床翻译。 Van Haaften为她的博士学位辩护论文于10月1日在TU / e举行。

用于治疗患有血管疾病的患者的传统干预措施需要移植患者自身或供体的动脉或静脉。这产生了对血管可用性的巨大临床需求。为了减轻血管的短缺,经常植入人造血管。但是,这些植入物无法模仿真实的血管,因此血栓和感染的风险更高。而且,他们无法适应患者的成长和年龄。

实验室制造的血管:便宜又安全

实验室制造的血管可能会改变数百万患有心血管疾病的患者的游戏规则。对于Eline van Haaften博士由教授领导的软组织工程和力学生物学组的候选人。 Carlijn Bouten,“一切都始于无细胞的,可生物降解的材料”,其形状为血管(支架)。 van Haaften解释说:“一旦植入体内,这种支架就可以募集患者自己的细胞并促进新血管组织的形成。”

随着新组织的沉积,支架逐渐消失,留下了全新的功能齐全的血管。可以容易地生产出不同直径和长度的支架,并将其大量存储在实验室中,甚至直接存储在医院中。另外,由于它们缺乏生物成分,因此几乎不存在排斥的风险。

力学很重要

易于制造,便宜且安全。还有什么,可能会想知道。然而,一旦植入支架,挑战就开始了。支架需要很好地适应由血流和压力引起的特定机械需求。 。

而且,这些支架的多孔结构立即被免疫系统的细胞定殖。这些细胞可以感知并响应由血流施加的机械负荷。新沉积的血管组织的稳定性取决于这些细胞如何响应这些机械负荷。植入的结果也是如此。

定制生物反应器

为了了解细胞如何对机械负荷做出反应,Van Haaften开发了一种生物反应器,可以重现血流和压力。她在纤维状支架上植入了血管细胞,然后将它们置于生物反应器中,以承受由于血压(拉伸),血流(剪切应力)或两者结合而产生的机械负荷。她证明,当血压使植入的血管拉伸时,其结构会以较慢的速度降解,因此有利于新血管组织的沉积。她还证明,随着血液流动,在合成血管壁上产生的剪切应力会限制组织的过度沉积。

Van Haaften说:“这些结果强调了平衡由血流和压力引起的机械负荷的重要性。由于我们需要在人造血管形成时降解人造血管,所以人造血管在暴露于环境中时应足够柔韧。我们可以通过例如调节植入血管的厚度来实现这一目的,但是,我们还需要使渗透到血管中的细胞在血液流动时经受剪切应力,从而使新形成的组织重塑。 ,例如,我们可以更改容器的直径及其孔隙率。”

超越心血管疾病

Van Haaften解释说:“这些合成血管也可用于接受肾脏疾病透析的患者。”目前,向患者进行透析的典型方法是创建一个瘘管,这是一种外科手术制作的连接,可以连接患者手臂或腿部的静脉和动脉。瘘管使血液直接通过透析管进入透析机,然后去除毒素。但是,有些患者的静脉还不够坚固。实验室制造的容器可能再次成为必经之路。然而,它们通常由于直径异常变窄而导致失败(狭窄)。这种狭窄是由于细胞过度增殖和组织异常沉积所致,逐渐闭合内径并阻塞血流。然而,发生这种情况的确切机制仍不清楚。在这种情况下,范·哈夫顿(Van Haaften)发现,血液流动的异常振荡(可能是在植入血管的直径不同于天然血管时发生的)会激活异常细胞增殖和组织沉积。

这些结果可用于更好地设计实验室制造的血管,并使它们在心血管疾病和肾脏疾病患者中的安全应用更近一步。

Van Haaften在学术上并不陌生。她的理学学士和理学硕士文凭都被授予优等生。第一启动教授。 Bouten和共同推动者Nicholas Kurniawan:“范·哈夫滕(Van Haaften)通过她的研究,为组织工程,生物材料以及血管免疫学和生物学领域做出了新颖而及时的贡献。当没有方法可用时,她设计了自己的方法。不足的是,她改进了它们以获得严格,可验证和良好的结果;她还向科学公众公开提供了这些信息;在整个学术生涯中,她不断证明自己是一位杰出的年轻研究人员,具有强大的分析能力和卓越的职业道德。”

Eline van Haaften将捍卫她的博士学位。论文于10月1日在TU / e举行。论文题目为“机械环境对血管组织工程的影响:体外研究”。论文的导师和副导师分别是Carlijn Bouten和Nicholas Kurniawan。

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