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Arteria biodegradabile migliorerà chirurgia dell'innesto di bypass

Traduzione di Matteo Scibilia:

Un'interessante ricerca pubblicata su Nature Medicine il 24/06/2012:


L'Università di Pittsburgh ha realizzato un innesto biodegradabile per l'arteria , che potrebbe portare ad una trasformazione della chirurgia di bypass coronarico: entro 90 giorni dopo l'intervento chirurgico, il paziente avrà una arteria rigenerata con nessuna traccia di materiali sintetici d'innesto lasciati nel corpo.

La ricerca guidata dal ricercatore principale Yadong Wang, un professore della scuola Swanson Pitt di Ingegneria e Facoltà di Medicina- Dipartimento di Chirurgia, ha progettato innesti che sfruttano appieno la capacità rigenerativa del corpo.
Questo nuovo approccio è uno spostamento concettuale dall'approccio dominante basato sull' ingegneria dei tessuti dei vasi sanguigni.

"Il sito host, l'arteria in questo caso, è una fonte eccellente di cellule e fornisce un ambiente di crescita molto efficiente", ha detto Wang. "Questo è ciò che ci ha ispirato per saltare la coltura cellulare del tutto e creare questi innesti sintetici privi di cellule."

Wang e i colleghi ricercatori Wei Wu e Robert Allen hanno  progettato l'innesto avendo tre proprietà in mente. In primo luogo, hanno scelto un materiale di innesto - un polimero elastico chiamato PGS - che viene rapidamente riassorbito dal corpo. Poi, hanno esaminato la porosità  dell'innesto e selezionato i parametri che consentono una immediata infiltrazione cellulare.

Il team di Wang ha preso in prestito una procedura sviluppata da un altro team di ricercatori della Pitt - David Vorp, professore di bioingegneria e chirurgia, e William R. Wagner, direttore ad interim dell'Università McGowan Institute for Regenerative Medicine e professore di chirurgia al Pit - avvolgendo l'innesto vascolare con una guaina fibrosa per intrappolare le cellule.

Infine, Wang e i suoi colleghi ricercatori hanno voluto un rivestimento per gli innesti che riducesse i fattori di coagulazione del sangue e si legasse ai fattori di crescita, e quindi hanno usato l'eparina, una molecola che fa proprio questo.

"I risultati sono stati innesti porosi che sono suturabili", ha detto Wang. "E il rapido rimodellamento degli innesti ha portato a nuove arterie forti e adattabili. La portata dei cambiamenti che si sono verificati negli innesti in soli 90 giorni è stata notevole."

Wang ed i suoi colleghi hanno realizzato innesti piccoli anche 1 mm di diametro e monitorato la trasformazione in vivo per tre mesi. Essendo l'innesto altamente poroso, le cellule sono facilmente in grado di penetrare la parete dell'innesto, e cellule mononucleate hanno occupato molti dei pori entro tre giorni.

Entro 14 giorni, sono apparse le cellule muscolari lisce - un importante costruttore di vasi sanguigni.

A 28 giorni, le cellule sono state distribuite in modo più uniforme in tutto l'innesto.

A 90 giorni, la maggior parte delle cellule infiammatorie erano sparite, insieme alla scomparsa dei materiali protesici.

L'arteria è stata rigenerata in situ e pulsava in sincronia con l'host. Inoltre, la composizione e le proprietà delle nuove arterie sono quasi le stesse delle arterie native.

"Questo rapporto è il primo che mostra una trasformazione quasi completa di un tubo di plastica sintetica in una nuova arteria con ottima integrazione con l'host entro tre mesi", ha detto Wang. "Probabilmente, il tempo necessario per rigenerare una arteria può essere ulteriormente ridotto perfezionando il sistema".

Gli attuali approcci per la generazione di tessuto arteriale richiedono un lungo ciclo di produzione a causa dei passaggi necessari per le colture cellulari. Questa nuova tecnica permette di realizzarlo in pochi giorni, di conservarlo in un sacchetto a temperatura ambiente, ed è prontamente disponibile. La facilità d'uso e di stoccaggio sono simili agli innesti tradizionali Dacron ®.

Fonte: https://www.box.com/s/af9f1b02566d8de72248



ScienceDaily (June 24, 2012) — With the University of Pittsburgh's development of a cell-free, biodegradable artery graft comes a potentially transformative change in coronary artery bypass surgeries: Within 90 days after surgery, the patient will have a regenerated artery with no trace of synthetic graft materials left in the body.
Research published online June 24 in Nature Medicinehighlights work led by principal investigator Yadong Wang, a professor in Pitt's Swanson School of Engineering and School of Medicine's Department of Surgery, who designed grafts that fully harness the body's regenerative capacity. This new approach is a philosophical shift from the predominant cell-centered approaches in tissue engineering of blood vessels.
"The host site, the artery in this case, is an excellent source of cells and provides a very efficient growth environment," said Wang. "This is what inspired us to skip the cell culture altogether and create these cell-free synthetic grafts."
Wang and fellow researchers, Wei Wu, a former Pitt postdoctoral associate (now a postdoctoral associate at Yale University), and Robert Allen, a PhD student in bioengineering, designed the graft with three properties in mind. First, they chose a graft material -- an elastic polymer called PGS -- that is resorbed quickly by the body. Then, they examined graft porosity and selected parameters that allow immediate cell infiltration. Wang's team borrowed a procedure developed by another team of Pitt researchers -- David Vorp, professor of bioengineering and surgery, and William R. Wagner, interim director of the University's McGowan Institute for Regenerative Medicine and a Pitt professor of surgery, bioengineering, and chemical engineering -- wrapping the vascular graft with a fibrous sheath to trap the cells. Finally, Wang and his fellow researchers wanted a coating for the grafts that would reduces blood clotting and bind many growth factors, so they used heparin, a molecule that does just that.
"The results were porous grafts that are suturable," said Wang. "And the rapid remodeling of the grafts led to strong and compliant new arteries. The extent of the changes in the grafts that occurred in just 90 days was remarkable."
Wang and his colleagues made grafts as small as 1 mm in diameter and monitored the graft's transformation in vivo for three months. Because the graft was highly porous, cells were easily able to penetrate the graft wall, and mononuclear cells occupied many of the pores within three days. Within 14 days, smooth muscle cells -- an important blood vessel builder -- appeared. At 28 days, cells were distributed more evenly throughout the graft. At 90 days, most inflammatory cells were gone, which correlated with the disappearance of the graft materials. The artery was regenerated in situ and pulsed in sync with the host. Furthermore, the composition and properties of the new arteries are nearly the same as native arteries.
"This report is the first that shows a nearly complete transformation of a synthetic plastic tube to a new host artery with excellent integration within three months," said Wang. "Most likely, the amount of time it takes to regenerate an artery can be further shortened as we refine the system."
Current approaches toward tissue-engineered arteries require a long production cycle because of the required cell culture steps. The newly developed graft is made in a few days, stores in a dry pouch at ambient temperature, and is readily available off the shelf. The ease of use and storage are similar to the conventional Dacron® grafts.


Source: http://www.sciencedaily.com/releases/2012/06/120624134943.htm

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