Neue vaskuläre Transplantate auf Stammzellenbasis könnten die Herzoperation revolutionieren

Wissenschaftler des Wisconsin National Primate Research Center (WNPRC) und des Morgridge Institute for Research an der Universität von Wisconsin -Madison standen an der Spitze der Stammzellforschung und der Regenerativen Biologie, seit James Thomson 1998 die erste menschliche embryonale Stammzelle isoliert hat.

Das Thomson -Labor leitete weiterhin neue Techniken, um das Feld voranzutreiben, einschließlich Methoden zur Erzeugung funktioneller arterieller Zellen, die aus humanen pluripotenten Stammzellen stammen – und öffnen die Tür für biogenerierte Lösungen zur Bekämpfung von Herz -Kreislauf -Erkrankungen.

In einer neuen Studie veröffentlicht in Zellberichte MedizinSie bauten auf dieser Arbeit auf, um einen universellen, kleinen, vaskulären Transplantat unter Verwendung von stammzell abgeleiteten arteriellen Endothelzellen (AECs) zu erzeugen, die das Feld einer vaskulären Bypass-Operation vorantreiben könnten.

Obwohl synthetische Gefäßtransplantate in Kliniken für die Reparatur großer Schiffe erfolgreich eingesetzt wurden, sind Quellen für Gefäße mit kleinem Durchmesser, die am häufigsten für die koronare Bypass-Operation verwendet werden, begrenzt. Diese Arbeit ist ein wichtiger Schritt, um Stammzelltechnologien für bioengineerische Gefäßtransplantate für die Reparatur von Herzgefäßen und deren klinische Übersetzung voranzutreiben. „

Igor Slukvin, Senior Co-Autor, UW-Madison-Professor für Pathologie und Labormedizin am WNPRC

Derzeit besteht die einzige klinisch zugelassene Option für das Gefäßbypass -Transplantat mit kleinem Durchmesser darin, ein Blutgefäß aus einem anderen Teil des Patienten des Patienten zu nehmen. Diese Methode ist jedoch invasiv und begrenzt, durch die Gefäße verwendet werden können. Das Transplantat kann auch von schlechter Qualität sein, wenn der Patient Komorbiditäten hat. Blutgefäße eines anderen Spenders sind eine Alternative, sind jedoch durch Immunantworten begrenzt, die zur Abstoßung von Transplantaten führen.

Frühere klinische Studien entwickelten venöse synthetische Gefäßtransplantate zur Verwendung im peripheren Gefäßbypass durch die Ernte patientenspezifischer venöser Endothelzellen mit Erfolg.

„Patientenspezifische Zelltherapien können kostengünstig und zeitaufwändig sein. Wir wollten ein arterielles Transplantat mit kleinem Durchmesser entwickeln, das in klinischen Umgebungen leicht verwendet werden kann“, sagt Senior Co-Autor John Maufort, ein Associate-Wissenschaftler, der früher im Thomson-Labor am Morgridge Institute war.

In dieser Studie verwendeten Wissenschaftler ein kleines Transplantat aus Eptfe, einem porösen Material aus dem gleichen Material wie Teflon. Sobald sie von AECs von Qualitäts-Stammzellen erzeugt wurden, etablierten sie Methoden, um sie auf die EPTFE-Transplantate zu leiten.

„Die Vorteile der Verwendung pluripotenter Stammzellen sind die Fähigkeit, sich selbst zu erneuern, eine unbegrenzte Zellquelle zu liefern und sich in einen beliebigen menschlichen Zelltyp zu unterscheiden“, sagt Maufort.

Die Forscher standen jedoch vor einer Herausforderung – EPTFE ist hydrophob und wehrt Wasser ab. Daher mussten sie einen Weg finden, um die Oberfläche der Transplantate zu modifizieren, damit die Zellen befestigt werden konnten.

„Wir wurden von adhäsiven Proteinen in Muscheln inspiriert, insbesondere von Dopamin, einer chemischen Komponente dieser Proteine“, sagt der Erstautor Jue Zhang, einer der entsprechenden Autoren der Studie und ehemaliger Associate Scientist im Thomson -Labor, der dieses Verfahren entwickelte.

Sie verwendeten eine zweischichtige Beschichtung mit Dopamin und Vitronectin, einem anderen Zelladhäsionsprotein, um die AECs an der inneren Oberfläche der EPTFE-Transplantate zu befestigen. Sie testeten sie gegen den physiologischen Fluss, der von einer Pumpe erzeugt wurde, und demonstrierten, dass die biogenerierten Zellen einheitlich und stabil blieben.

Als nächstes implantierten sie die Transplantate in die Oberschenkelarterien von Rhesus-Makaken, einem häufigen nichtmenschlichen Primatenmodell, das für ihre Ähnlichkeiten mit der menschlichen Biologie verwendet wird. Der Erfolg einer Transplantation hängt von Zellen ab, die den Haupthistokompatibilitätskomplex (sowohl die MHC -Klasse I als auch die Klasse II) exprimieren – einer Gruppe von Proteinen, die mit der Immunantwort auf die Ablehnung eines Fremdkörpers beteiligt sind.

Unter Verwendung dieses Modells experimentierten die Autoren mit verschiedenen Transplantatzusammensetzungen – nackte EPTFE -Transplantate, Transplantate mit AECs, die MHC (Wildtype) ausdrücken, oder Transplantate, die mit AECs, der MHC fehlt (Double Knockout), ausgekleidet – zur Beurteilung der Immunablehnung.

Die Transplantate wurden zweiwöchentlich durch Ultraschallbildgebung überwacht, um nach Anzeichen von Versagen, insbesondere Stenose, Zellwandverdickung oder Thrombose, einem Blutgerinnsel im Transplantat zu suchen. Bei der Überraschung der Forscher scheiterten 50% der MHC -Doppel -Ko -Gransplantate.

„Da der Knockout der MHC-Klasse I und II die T-Zell-Reaktion mindert, nehmen wir an, dass natürliche Killerzellen eine Rolle bei der Vermittlung der Immunabstoßung dieser Transplantate spielen könnten“, sagt Zhang.

Die MHC -Wildtyp -Transplantate hingegen behielten 6 Monate lang die normale Funktion bei, erfolgreicher als die anderen Transplantate. Die Autoren beobachteten auch, dass das Transplantatendothel mit den Wirtszellen neu bevölkert wurde, was zum langfristigen Erfolg beitrug. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass diese biogenerierten Transplantate das Gebiet der Gefäßbypass -Operation und offene Möglichkeiten für klinische Studien menschlicher Menschen vorantreiben könnten.

„Dies ist ein aufregendes, kollaboratives Projekt mit dem Potenzial, eine echte Bank für den Aufstieg des Nachts zu sein“, sagt Samuel Poore, Vorsitzender der Abteilung für plastische Chirurgie bei UW-Madison und Co-Autor der Studie.

Er fügt hinzu: „Stammzellbasierte, außersteuergefährdete Gefäßtransplantate, haben das Potenzial, chirurgische Indikationen zu erweitern, die Morbidität von Operationen zu begrenzen und operiert zu werden, die derzeit nicht existieren, was sich auf Unterschiede wie plastische und rekonstruktive Chirurgie, Gefäß- und Herzchirurgie auswirkt.“

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