Aligned Nanofibrillar Scaffolds Enhance Angiogenesis and Viability in Ischemia

对齐的纳米纤维支架增强缺血中的血管生成和活力

基本信息

  • 批准号:
    9208640
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.18万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-02-01 至 2021-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Over 8 million people in the US suffer from peripheral arterial disease (PAD), which is characterized by narrowing of the arteries that supply blood flow to the limbs, leading to tissue ischemia. A central feature of PAD is dysfunction of the vascular endothelial cells (ECs) that control vascular reactivity and angiogenesis. We previously demonstrated that ECs derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC-ECs) can improve blood perfusion in animals with induced hindlimb ischemia, an experimental model of PAD. However, poor cell survival limited their angiogenic potential. To address this limitation, we seek to develop aligned nanofibrillar collagen scaffolds that mimic the crimped (wavy) structure of native collagen fibrils. In comparison to injectable scaffolds, which lack organized nano-scale structure and mechanical integrity, our preliminary data suggests that aligned nanofibrillar scaffolds provide structural support for guiding the organization of newly formed vessels, directing cell survival, and stimulating angiogenesis. The global hypothesis is that crimped aligned nanofibrillar scaffolds seeded with iPSC-ECs will enhance cell survival, accelerate vascular network formation, and induce angiogenesis in the ischemic limb in small and large animal PAD models. In this resubmission application, Specific Aim 1 will test the hypothesis that crimped aligned nanofibrillar scaffolds, in contrast to randomly oriented scaffolds, will enhance iPSC-EC survival and angiogenesis in vitro. For up to 14 days, cell viability and angiogenesis (migration, vascular network formation, and cytokine production) will be quantitatively compared between iPSC-ECs that are seeded on aligned or randomly oriented scaffolds under hypoxia (1% O2). To validate these findings in vivo, Specific Aim 2 will compare the temporal process of angiogenesis, arteriogenesis, and cell survival after implantation of the iPSC-EC-seeded aligned nanofibrillar scaffold into the ischemic limb. Over 28 days, cell survival, blood perfusion recovery, and formation of new microvasculature will be quantitatively assessed by bioluminescence imaging, laser Doppler blood spectroscopy, and micro computed tomography imaging, respectively, between cells seeded on aligned or randomly oriented scaffolds. Towards clinical translation, Specific Aim 3 will be an exploratory study in which iPSC-ECs seeded on aligned or randomly oriented scaffolds will be implanted into an ovine limb ischemia model. Cell survival will be tracked by. The temporal process of microvessel formation and blood perfusion recovery will be assessed by computed tomography and fluorescence assisted angiography, respectively. Anatomical tunneling of the scaffolds to the ischemic limb will also be examined as a clinically translatable minimally invasive delivery approach. Together, the results of these studies will lead to the development of biomimetic nanofibrillar scaffolds to improve the clinical efficacy of stem cell therapy to PAD patients. We have generated the preliminary scientific components and assembled the expertise to hopefully successfully achieve these goals.
 描述(由适用提供):美国超过800万人患有周围动脉疾病(PAD),其特征是狭窄的动脉向四肢供应血液流动,导致组织缺血。 PAD的一个主要特征是控制血管反应性和血管生成的血管内皮细胞(EC)的功能障碍。我们先前证明,源自人类诱导的多能干细胞(IPSC-EC)的EC可以改善患有诱导后肢缺血的动物的血液灌注,这是PAD的实验模型。但是,细胞存活不足限制了其血管生成潜力。为了解决这一限制,我们试图开发对齐的纳米纤维胶原蛋白支架,以模仿天然胶原纤维的压接(波浪)结构。与缺乏有组织的纳米尺度结构和机械完整性的可注射脚手架相比,我们的初步数据表明,排列的纳米纤维支架为指导新形成的血管,指导细胞存活和刺激血管生成提供了结构支持。全球假设是,用IPSC-ECs播种的截匹配的纳米纤维支架将增强细胞存活,加速血管网络形成,并在小型和大型动物垫模型中诱导缺血性肢体中的血管生成。在此重新提交的应用中,特定的目标1将检验以下假设:与随机定向的支架相比,批判性比对的纳米纤维支架将增强体外IPSC-EC的存活和血管生成。在长达14天的时间里,将在缺氧下在缺氧(1%O2)下在对齐或随机定向的支架上的IPSC-EC之间进行定量比较细胞活力和血管生成(迁移,血管网络形成和细胞因子产生)。为了在体内验证这些发现,特定的目标2将比较植入IPSC-ec种子对齐的纳米纤维支架后的血管生成,动脉生成和细胞存活的临时过程。在28天的时间里,将分别通过生物发光成像,激光多普勒血液光谱法和微计算机断层扫描成像在定量评估细胞存活,血液灌注恢复和新的微脉管系统的形成。对于临床翻译,特定的目标3将是一项探索性研究,其中iPSC-EC在对齐或随机定向的支架上播种的IPSC-EC将植入卵巢肢体缺血模型中。细胞存活将通过。微血管形成和血液灌注恢复的临时过程将分别通过计算机断层扫描和荧光辅助血管造影评估。脚手架对缺血性肢体的解剖隧道也将被检查为一种临床上可翻译的微创递送方法。总之,这些研究的结果将导致仿生纳米纤维支架的发展,以提高干细胞治疗对PAD患者的临床效率。我们已经产生了初步的科学组成部分,并组装了专业知识,希望成功实现这些目标。

项目成果

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