Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering
Increasing morbidity of cardiovascular diseases in modern society has made it crucial to develop small caliber arterial grafts, as alternatives to the gold standard autologous implants, to replace diseased coronary arteries. Synthetic small caliber grafts are still not in use due to increased risk o...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2021
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14450 |
id |
nemertes-10889-14450 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
Biomedical engineering Biomaterials Tissue engineering Tubular scaffolds Βιοϊατρική μηχανική Βιοϋλικά Αγγειακά μοσχεύματα |
spellingShingle |
Biomedical engineering Biomaterials Tissue engineering Tubular scaffolds Βιοϊατρική μηχανική Βιοϋλικά Αγγειακά μοσχεύματα Δημόπουλος, Ανδρέας Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
description |
Increasing morbidity of cardiovascular diseases in modern society has made it crucial to develop small caliber arterial grafts, as alternatives to the gold standard autologous implants, to replace diseased coronary arteries. Synthetic small caliber grafts are still not in use due to increased risk of restenosis, lack of lumen re-endothelialization and mechanical mismatch, leading sometimes either to graft failure or to unsuccessful remodeling and pathology of the distal parts of the anastomosed healthy vascular tissues.
In this work, we aimed to synthesize small caliber polymeric (polycaprolactone) tissue-engineered vascular scaffolds that mimic the structure and biomechanics of natural vessels. Electrospinning was implemented to prepare micro structured polymeric membranes with controlled parallel fiber alignment. Consequently, we designed small caliber multilayer anisotropic biodegradable nanofibrous tubular scaffolds, giving attention to their radial compliance.
Polycaprolactone scaffold morphology and mechanical properties were assessed, quantified and compared with those of native vessels and commercial synthetic grafts. Results showed a highly hydrophobic scaffold material with a 3-layered tubular morphology, 4 mm internal diameter/0.25 ± 0.09 mm thickness, consisting of predominantly axially aligned thin (1.156 ± 0.447 um), homogeneous and continuous microfibers, with adequate (17.702 ± 5.369 um) pore size. Mechanical anisotropy was attained as a result, almost one order of magnitude difference for the elastic modulus (18±3 MPa axially/1±0.3 MPa circumferentially), similar to that of natural arterial walls. Furthermore, a desirable (physiological) radial compliance (5.04±0.82%, within the physiological pressure range) as well as cyclic stability of the tubular scaffold were achieved. |
author2 |
Dimopoulos, Andreas |
author_facet |
Dimopoulos, Andreas Δημόπουλος, Ανδρέας |
author |
Δημόπουλος, Ανδρέας |
author_sort |
Δημόπουλος, Ανδρέας |
title |
Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
title_short |
Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
title_full |
Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
title_fullStr |
Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
title_full_unstemmed |
Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
title_sort |
α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering |
publishDate |
2021 |
url |
http://hdl.handle.net/10889/14450 |
work_keys_str_mv |
AT dēmopoulosandreas anovelpolymericfibrousmicrostructuredbiodegradablesmallcalibertubularscaffoldforcardiovasculartissueengineering AT dēmopoulosandreas synthesēinōdōnpolystrōmatikōnbiodiaspōmenōnangeiakōnikriōmatōnmoscheumatōngiakardioangeiakesepharmoges |
_version_ |
1801184883311116288 |
spelling |
nemertes-10889-144502022-09-05T13:56:16Z Α novel polymeric fibrous microstructured biodegradable small caliber tubular scaffold for cardiovascular tissue engineering Σύνθεση ινώδων πολυστρωματικών βιοδιασπώμενων αγγειακών ικριωμάτων/μοσχευμάτων για καρδιοαγγειακές εφαρμογές Δημόπουλος, Ανδρέας Dimopoulos, Andreas Biomedical engineering Biomaterials Tissue engineering Tubular scaffolds Βιοϊατρική μηχανική Βιοϋλικά Αγγειακά μοσχεύματα Increasing morbidity of cardiovascular diseases in modern society has made it crucial to develop small caliber arterial grafts, as alternatives to the gold standard autologous implants, to replace diseased coronary arteries. Synthetic small caliber grafts are still not in use due to increased risk of restenosis, lack of lumen re-endothelialization and mechanical mismatch, leading sometimes either to graft failure or to unsuccessful remodeling and pathology of the distal parts of the anastomosed healthy vascular tissues. In this work, we aimed to synthesize small caliber polymeric (polycaprolactone) tissue-engineered vascular scaffolds that mimic the structure and biomechanics of natural vessels. Electrospinning was implemented to prepare micro structured polymeric membranes with controlled parallel fiber alignment. Consequently, we designed small caliber multilayer anisotropic biodegradable nanofibrous tubular scaffolds, giving attention to their radial compliance. Polycaprolactone scaffold morphology and mechanical properties were assessed, quantified and compared with those of native vessels and commercial synthetic grafts. Results showed a highly hydrophobic scaffold material with a 3-layered tubular morphology, 4 mm internal diameter/0.25 ± 0.09 mm thickness, consisting of predominantly axially aligned thin (1.156 ± 0.447 um), homogeneous and continuous microfibers, with adequate (17.702 ± 5.369 um) pore size. Mechanical anisotropy was attained as a result, almost one order of magnitude difference for the elastic modulus (18±3 MPa axially/1±0.3 MPa circumferentially), similar to that of natural arterial walls. Furthermore, a desirable (physiological) radial compliance (5.04±0.82%, within the physiological pressure range) as well as cyclic stability of the tubular scaffold were achieved. Η αυξημένη καρδιοαγγειακή νοσηρότητα έχει οδηγήσει σε προσπάθειες παρασκευής αγγειακών μοσχευμάτων ως εναλλακτική των αυτόλογων μοσχευμάτων που δύναται να χρησιμοποιηθούν για την αντικατάσταση νοσούντων αγγείων. Ο αυξημένος κίνδυνος επαναστένωσης, η απουσία επιθηλιοποίησης και η μηχανική αναντιστοιχία παραμένουν τα κύρια προβλήματα που οδηγούν σε αποτυχία τα συγκεκριμένα μοσχεύματα. Προσπαθήσαμε να συνθέσουμε ένα μικρής διαμέτρου πολυμερικό αγγειακό ικρίωμα που μιμείται τη δομή και τις εμβιομηχανικες ιδιότητες των γηγενών αγγείων. Χρησιμοποιήθηκε η ηλεκτροστατική ινοποίηση για τη δημιουργία πολυμερικών μεμβρανών με ελεγχόμενη ευθυγράμμιση των επιμέρους ινών. Ακολούθως σχεδιάσαμε μικρής διαμέτρου πολυστρωματικά βιοδιασπώμενα αγγειακά ικριώματα/μοσχεύματα δίνοντας ιδιαίτερη σημασία στην ακτινική τους ενδοτικότητα. Εκτιμήσαμε τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και τις μηχανικές τους ιδιότητες τις οποίες και συγκρίναμε με τα αντίστοιχα των γηγενών αγγείων και των υπαρχόντων συνθετικών μοσχευμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ένα υψηλά υδρόφοβο ικρίωμα με κυλινδρική μορφολογία τριών στρωμάτων με εσωτερική διάμετρο 4 mm, πάχους 0.25±0.09 mm αποτελούμενο από ευθυγραμμισμένες ομοιογενείς λεπτού πάχους (1.156 ± 0.447 um) μικροίνες με επαρκών διαστάσεων πόρους (17.702 ± 5.369 um) που θα μπορούσαν να επιτρέψουν την κυτταρική διείσδυση in vivo και ενδεχόμενα την επιθηλιοποίηση. Η βιοδιάσπαση του υλικού in vitro έδειξε απώλεια μάζας της τάξης του 5% εντός χρονικού διαστήματος 17-25 εβδομάδων.Επίσης αποδείχθηκε ότι τα ικριώματα/μοσχεύματα είχαν επαρκή μηχανική ανισοτροπία (18±3 MPa κατά μήκος/1±0.3 MPa κυκλοτερώς), αντίστοιχη αυτής των γηγενών αγγείων. Επιπλέον, επετεύχθη επαρκής ακτινική ενδοτικότητα (5.04±0.82%, εντός του φυσιολογικού εύρους πίεσης), αντίστοιχη αυτής των γηγενών αγγείων και καλύτερη αυτής των συνθετικών μοσχευμάτων. Τέλος η κυκλική σταθερότητα της κυλινδρικής δομής απεδείχθη διατηρήσιμη. Τα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά σχετικά με τη χρήση της ηλεκτροστατικής ινοποίησης για την κατασκευή αγγειακών μοσχευμάτων για την αντικατάσταση αγγείων μικρής διαμέτρου. Το κύριο πλεονέκτημα στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι η άριστη ακτινική ενδοτικότητα που προσομοιάζει αυτή των γηγενών αγγείων. Ο συνδυασμός με υδρόφιλα πολυμερή θα μπορούσε να βελτιώσει περαιτέρω τη δυνατότητα επιθηλιοποίησης. 2021-02-02T07:30:46Z 2021-02-02T07:30:46Z 2021-02-27 http://hdl.handle.net/10889/14450 en application/pdf |