Δημιουργία αγγείων από ανθρώπινο ομφάλιο λώρο και μελέτη της λειτουργικότητας τους πριν και μετά την κρυοκατάψυξη τους

Abstract

One of the biggest challenges in modern medicine is the development of functional small diameter vascular grafts (<2 mm). These grafts can be applied widely in coronary artery bypass surgery, hemodialysis treatment and reconstructive surgeries in pediatric patients. The cardiovascular disease (CAD) is one of the leading causes of death in developed countries. In addition, acute and chronic kidney disease is the 9th mortality reason, with 1.3 million of patients to be submitted in hemodialysis treatment. As primary therapeutic strategy is the use of autologous and polymer/synthetic vessels. However, their use is accompanied by major adverse reactions. Due to this, the use of alternative sources for the development of small diameter vascular grafts is an urgent need. This study aimed to the production of vascular grafts with diameter < 2 mm utilizing the human umbilical arteries. Second goal of this study was the successful long term storage of the produced vascular grafts at -196oC and the evaluation of their fuctionality. For this purpose, human umbilical arteries derived from end term gestations (38-40 weeks) were used. These vessels were decellularized according to a previous described protocol, then vitrified with the use of VS55 solution and stored for a time period of 2 years. Histological analysis, biochemical and biomechanical analysis was performed in order to evaluate the ultrastructure of the produced vascular grafts. Contact and tissue extract cytotoxicity assay was also performed in order to assess the possibility of toxicity in the produced grafts. Furthermore, recellularization of the vascular grafts was performed by the use of differentiated cellular populations such as ECs and VSMCs. Finally, transplantation of the vitrified vascular grafts was performed in a porcine model. Based on the results of this study, the human umbilical arteries could serve as an alternative source for the production of small diameter vascular grafts, and moreover could be used in personalized patient treatment.

Η ανάπτυξη και η χρήση συμβατών αγγειακών μοσχευμάτων μικρής διαμέτρου (<2 mm) αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης ιατρικής. Tα συγκεκριμένα μοσχεύματα βρίσκουν εφαρμογή σε επεμβάσεις αρτηριακής παράκαμψης, αιμοκάθαρσης και σε περιπτώσεις αποκατάστασης σε άτομα μικρής ηλικίας. Με βάση τα νεώτερα δεδομένα, η καρδιαγγειακή νόσος (ΚΑΝ) αποτελεί την πρώτη αιτία θανάτου των μη μεταδιδόμενων νοσημάτων στις αναπτυγμένες χώρες. Επιπρόσθετα, η νεφρική νόσος (οξεία-χρόνια) αποτελεί την ένατη αιτία θανάτου, ενώ περίπου 1.3 εκατομμύρια ασθενείς υποβάλλονται σε αιμοκάθαρση. Ως κύρια στρατηγική αντιμετώπισης αποτελεί η χρήση αυτόλογων μοσχευμάτων και πολυμερών/ συνθετικών υλικών τα οποία όμως εμφανίζουν σημαντικές επιπλοκές. Η συγκεκριμένη διατριβή έχει δύο πρωταρχικούς στόχους: 1) Την ανάπτυξη αγγειακών μοσχευμάτων <2 mm προερχόμενα από τον ανθρώπινο ομφάλιο λώρο, και 2) την αποθήκευση τους στους -196ο C και τον λειτουργικό έλεγχο αυτών. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκαν ανθρώπινες ομφαλικές αρτηρίες προερχόμενες από τελειόμηνες κυήσεις (38-40 εβδομάδων). Τα συγκεκριμένα αγγεία αποκυτταροποιήθηκαν με τη χρήση κατάλληλου πρωτοκόλλου και στην συνέχεια, αποθηκεύτηκαν σε υγρό άζωτο στους -196ο C με την χρήση του κρυοσυντηριτικού διαλύματος VS55. Ακολούθησε η αξιολόγηση της τρισδιάστατης δομής των αγγείων μέσω ιστολογικών χρώσεων, ποσοτικοποίησης του κολλαγόνου, των γλυκοζαμινογλυκανών και του γενετικού υλικού, κατόπιν της διαδικασίας αποκυτταροποίησης και κρυοσυντήρησης. Επίσης, προκειμένου να διαπιστωθεί εάν τα διαλύματα της αποκυτταροποίησης και της κρυοσυντήρησης επέφεραν τοξικότητα στα «δημιουργηθέντα» ικριώματα, διενεργήθηκε έλεγχος κυτταροτοξικότητας των δειγμάτων. Επιπρόσθετα πειράματα περιλάμβαναν την επανακυτταροποίηση των αγγεικών μοσχευμάτων με διαφοροποιημένους κυτταρικούς πληθυσμούς καθώς επίσης και πειράματα μεταμόσχευσης σε ζωικά μοντέλα. Συμπερασματικά, οι ανθρώπινες ομφαλικές αρτηρίες μπορούν να αποτελέσουν σημαντική πηγή για την ανάπτυξη εξατομικευμένων αγγειακών μοσχευμάτων μικρής διαμέτρου, καθιστώντας τα άμεσα προς διάθεση και χρήση στην περίπτωση που αυτά απαιτηθούν.