A Translational Bioreactor for the Construction of Off-the-Shelf, Patient-Specific Heart Tissue for the Permanent Correction of Congenital Heart Defects

用于构建现成的患者特异性心脏组织以永久纠正先天性心脏缺陷的转化生物反应器

基本信息

  • 批准号:
    10462475
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Congenital heart defects (CHDs) are the most common birth defect worldwide and the number one killer of live-born infants in the United States. Approximately 1% of infants are born with a CHD, and 25% of them require surgery within one year of birth. The current materials available to pediatric heart surgeons for these reconstructive surgeries are exclusively non-living and inert; they do not grow with the child or restore heart function while also increasing the risk of follow-up surgeries and arrhythmias. Furthermore, since the heart develops very early in embryogenesis, it is unlikely that CHDs will ever be fully preventable. Therefore, the most promising approach for the clinical correction of CHDs is to provide surgeons with living, engineered cardiac tissue that can fully integrate with the heart and permanently restore heart function. The overall goal of this proposal is to create suturable, autologous induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cardiac tissue patches (CTPs) in an automated bioreactor system that can be used for the correction of full wall-thickness CHDs. Towards this goal, my lab has identified amniotic fluid cells (AFCs) as a suitable source of patient- specific cells. AFCs belong to the baby, can be safely harvested before birth, and can be reprogrammed to iPSC, which I have successfully differentiated to several cardiac cell types. In addition, my lab has developed a suturable, fully-degradable scaffold that supports iPSC encapsulation and subsequent 3D cardiomyocyte differentiation. These preliminary results direct the project hypothesis that a hands-off bioreactor can be used to generate and maintain living and autologous CTPs, which will integrate with the heart and permanently correct full-thickness heart defects. To achieve our overall goal, we will next pursue two specific aims: 1) Construct an automated perfusion bioreactor that can drive the differentiation, growth, and maintenance of the CTPs in a hands-off manner, and 2) Assess the CTPs in vivo using our established rat model of a full-thickness right ventricular defect (a myocardial replacement model). Collectively, this technology will be promising for the permanent correction of many CHDs while also establishing a translational method for the production of engineered tissues that could be applied to the entire spectrum of tissue engineering.
项目摘要/摘要 先天性心脏缺陷(CHD)是全球最常见的先天缺陷,第一 在美国,活出生婴儿的杀手。大约有1%的婴儿出生有冠心病,并且 其中25%需要在出生后一年内进行手术。当前可用于小儿心脏的材料 这些重建手术的外科医生仅是非生命和惰性的。他们不会随着 儿童或恢复心脏功能,同时还增加了随访手术和心律不齐的风险。 此外,由于心脏在胚胎发生中很早就发展,因此CHD不太可能是 完全可以预防。因此,CHD临床校正最有前途的方法是 为外科医生提供可以与心脏完全融合的生活,工程的心脏组织 永久恢复心脏功能。该提案的总体目标是创建可怕的, 自体诱导多能干细胞(IPSC)衍生的心脏组织斑块(CTP) 可用于校正全墙厚度冠状动物的自动化生物反应器系统。 为了实现这一目标,我的实验室已将羊水细胞(AFC)确定为患者的合适来源。 特定细胞。 AFC属于婴儿,可以在出生前安全收获,并且可以重新编程 对于IPSC,我已成功区分了几种心脏细胞类型。此外,我的实验室有 开发了一个可谋取的,完全可降解的脚手架,支持IPSC封装和随后的3D 心肌细胞分化。这些初步结果指导了项目假设 生物反应器可用于生成和维持生活和自体CTP,这将与 心脏和永久纠正全厚性心脏缺陷。为了实现我们的整体目标,我们将接下来 追求两个具体的目的:1)构建一个可以推动的自动灌注生物反应器 CTP的分化,增长和维护以动力方式,2)评估CTP 在体内使用我们既定的全厚度右心缺损的大鼠模型(心肌 替换模型)。总的来说,这项技术将有望永久纠正 许多CHD同时还建立了一种用于生产工程组织的转化方法 可以应用于整个组织工程范围。

项目成果

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