Хроническая болезнь почек влияет на жизнь миллионов людей. Это состояние, характеризующееся потерей нескольких ключевых функций почек, таких как удаление токсинов из крови. Чтобы компенсировать эту потерю, пациент может проходить регулярный диализ для очистки крови, что в некоторых случаях требует имплантации синтетической трубки для подключения к диализному аппарату. Однако эта трубка может быть заблокирована или заблокирована из-за нерегулярного роста клеток, что, в свою очередь, может отрицательно повлиять на диализ. Исследователи из Технологического университета Эйндховена в сотрудничестве с Маастрихтским университетом точно изучили, как новая ткань растет рядом с этими трубками. Статья опубликована в журнале Nature Communications Biology.
Пациенты с терминальной стадией хронического заболевания почек (или заболевания почек) должны часто проходить гемодиализ для удаления токсинов из крови. Во время лечения кровь пациента проходит через диализный аппарат, который действует как искусственная почка вне тела. Для этого лечения необходима стабильная и надежная точка доступа к системе кровообращения пациента, также известная как «сосудистый доступ»," который добавляется к телу хирургическим путем
В этой процедуре артерия (которая несет богатую кислородом кровь) и вена (которая несет кровь с низким содержанием кислорода) в руке соединяются вместе, соединяя их напрямую друг с другом или через синтетическую трубку, известную как артериовенозная (AV). прививать.
"В случае с AV-трансплантатами они делают свою работу, но, к сожалению, могут вызывать проблемы," говорит ведущий автор Элин ван Хаафтен, которая работала с Карлайном Бутеном и Николасом Курниаваном из TU / e над этим исследованием. "Возле вены они могут блокироваться из-за чрезмерного разрастания сосудистой ткани. Считается, что движущим фактором этого процесса является ненормальное поведение потока крови около вены."
Специализация
Создание синтетических трансплантатов – это специализация группы Карлайна Бутена, профессора кафедры биомедицинской инженерии TU / e, и в этих трансплантатах есть что-то особенное.
В их основе лежат каркасы или временные конструкции, которые можно разместить внутри тела. Эти структуры побуждают клетки расти на нем. И каркасы являются биорезорбируемыми, что означает, что они со временем поглощаются живой тканью. "Чтобы эти самовосстанавливающиеся трансплантаты для доступа к сосудам не блокировались внутри тела, нам необходимо лучше понимать, как кровь течет рядом со здоровой и избыточной сосудистой тканью," говорит Бутен.
Численно-экспериментальный подход
Чтобы изучить этот вопрос, исследователи TU / e обратились к численно-экспериментальному подходу. Они объединились с группой Воутера Хубертса из отдела биомедицинской инженерии Маастрихтского университета, который специализируется на математических моделях для конкретных пациентов для принятия клинических решений.
Во-первых, с данными пациентов они использовали числовые модели, разработанные Sjeng Quicken для анализа биомеханики на стыке вены и трансплантата. Затем исследователи использовали эти биомеханические данные для планирования экспериментов с лабораторной установкой in vitro, которая может имитировать рост сосудистой ткани рядом с трансплантатом.
Чтобы наилучшим образом приблизиться к окружающей среде внутри тела, они культивировали саморегенерирующийся трансплантат для доступа к сосудам в биореакторе, который позволял точно контролировать напряжения сдвига, вызванные кровотоком, и деформации, испытываемые трансплантатом. В этом случае напряжения сдвига могут деформировать ткань в боковом направлении.
Исследователи заметили, что пульсирующие или колебательные напряжения сдвига приводят к блокированию трансплантата, а также к чрезмерному и хаотическому росту ткани. Сведение к минимуму напряжения сдвига in vivo может помочь значительно снизить негативные эффекты, связанные с чрезмерным ростом тканей. Важно отметить, что эти результаты могут помочь в оптимизации конструкции будущих регенеративных трансплантатов.
Инженерные возможности на передний план
Эта работа важна тем, что сочетает в себе вычислительное моделирование и эксперименты, и Карлин Бутен сразу отмечает это: "Это исследование демонстрирует наши инженерные возможности в области регенеративной медицины. Мы объединили экспериментальный и вычислительный подходы, чтобы лучше понять ключевой клинический вопрос регенеративной медицины."
И соавтор Николас Курниаван также в восторге от результатов исследования: "Это демонстрация восходящего подхода. Мы использовали данные пациентов, чтобы настроить компьютерную модель, а затем использовали данные из модели, чтобы диктовать эксперименты. Это мощный подход к выявлению ключевых биофизических и механобиологических процессов, которые мы обычно не можем контролировать in vivo."
Для Элин ван Хаафтен, которая сейчас работает в Philips Healthcare, эта публикация заслуживает внимания – это последняя статья ее доктора философии.D. исследовать. "Это исследование было фактически последней главой моей диссертации, которую я защитил в октябре 2019 года. Но тогда он был еще не совсем готов для публикации в журнале, и командам в Эйндховене и Маастрихте требовалось немного поработать. Эта публикация действительно знаменует конец моей докторской.D. путешествие, и это отличный способ закончить!"