Materials that are currently used to fabricate vascular prostheses are non-degradable and thrombogenic. The aim of this project is to develop new tubular degradable scaffold made of nanofibers with three-dimensional double-layered structure. Biodegradable polymers will be electrospun to obtain nanofibrous vascular graft with desired properties. Inner layer will be made from thin fibers that will facilitate endothelial cell spreading from adjacent vessel. Outer layer will be composed of thicker fibers to enable smooth muscle cell infiltration into the 3D structure as in native vessel. These double-layered scaffolds will be tested mechanically to meet all requirements for vascular replacement in terms of tensile strength, elongation and sututre retention. The graft will be tested in vitro in static and dynamic conditions in bioreactor using endothelial and smooth muscle cells. The tissue remodeling process following the implantation will be predicted by macrophage polarization testing. Further in vivo tests will be carried out to investigate the patency of produced grafts.

Klinicky používané cévní náhrady jsou vyráběny z inertních materiálů a selhávají zejména díky trombogenicitě. Cílem tohoto projektuje je vyvinout nanovlákenný tkáňový nosič, který bude složen ze dvou vrstev. Biodegradabilní polymery budou zvlákněny metodou elektrostatického zvlákňování pro výrobu ideálního cévního bypassu. Vnitřní vrstva tohoto tkáňového nosiče bude tvořena tenkými nanovlákny, které budou usnadňovat endotelizaci vnitřního povrchu. Vnější vrstva bude vyrobena z vláken s větším průměrem, jejichž struktura bude umožňovat infiltraci hladkosvalových buněk dovnitř 3D struktury, jako je tomu u nativní cévy. Tyto dvouvrstevné cévní náhrady budou testovány mechanicky a poté optimalizovány tak, aby splňovaly nároky na pevnost v tahu, elasticitu a pevnost švu. Vyrobené cévní náhrady budou osázeny in vitro endotelovými a hladkosvalovými buňkami při statických i dynamických podmínkách v bioreaktoru. Proces remodelace tkáně, která následuje po implantaci do organismu, bude předpovídán sledováním polarizace makrofágů. Funkčnost náhrad bude testována in vivo.

• MeSH
• cévní protézy MeSH
• nanovlákna MeSH
• polymery MeSH
• testování materiálů MeSH
• vstřebatelné implantáty MeSH

• Konspekt
• Patologie. Klinická medicína
• NLK Obory
• technika lékařská, zdravotnický materiál a protetika
• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Úvod: Kardiovaskulární choroby jsou zodpovědné za významnou morbiditu i mortalitu ve společnosti. Užití umělých cévních materiálů je často nezbytnou součástí v rámci chirurgické léčby, ať již je tato radikální nebo paliativní. V současné době dochází k vývoji řady nových biodegradabilních materiálů určených pro tyto účely. Preklinické testování každého nového materiálu je naprosto nezbytné, je prováděno jak in vitro, tak in vivo. Z tohoto důvodu jsou zvířecí experimentální modely nadále nutnou součástí testování před klinickým užitím. Cílem této práce je prezentovat možnosti užití různých zvířecích modelů na poli kardiovaskulární chirurgie a jejich extrapolace do klinické medicíny. Metody: Autoři prezentují jejich obecné zkušenosti s experimentální chirurgií, na jejich podkladě diskutují optimální výběr zvířecího modelu pro testování nových materiálů pro kardiovaskulární chirurgii a stejně tak optimální lokalitu implantace. Výsledky: Jako optimální experimentální zvířecí modely pro testování hemokompatibility a degradability nových materiálů uvádějí autoři modely potkana, králíka a prasete. Intraperitoneální implantace u potkana je snadná a lehce proveditelná procedura, stejně tak jako arteriální bandáž na aortě králíka či prasete. Rovněž karotické tepny jsou dobře využitelné. Bandáž na prasečí pulmonální tepně je již složitější zákrok s četnějšími komplikacemi. Explantované bandážované cévy po předem definované době jsou vhodné pro další mechanické testování ve smyslu biomechanických analýz, např. inflačně-extenzního testu. Závěr: V posledních fázích preklinického testování nových materiálů se nelze nadále obejít bez in-vivo experimentů. Naší snahou je však striktně dodržovat koncept 3R – Replacement, Reduction a Refinement. V tomto smyslu je třeba využít co nejvíce potenciál každého zvířete tak, abychom mohli redukovat počty zvířat.

Introduction: Cardiovascular diseases are responsible for significant morbidity and mortality in the population. Artificial vascular grafts are often essential for surgical procedures in radical or palliative treatment. Many new biodegradable materials are currently under development. Preclinical testing of each new material is imperative, both in vitro and in vivo, and therefore animal experiments are still a necessary part of the testing process before any clinical use. The aim of this paper is to present the options of using various experimental animal models in the field of cardiovascular surgery including their extrapolation to clinical medicine. Methods: The authors present their general experience in the field of experimental surgery. They discuss the selection process of an optimal experimental animal model to test foreign materials for cardiovascular surgery and of an optimal region for implantation. Results: The authors present rat, rabbit and porcine models as optimal experimental animals for material hemocompatibility and degradability testing. Intraperitoneal implantation in the rat is a simple and feasible procedure, as well as aortic banding in the rabbit or pig. The carotid arteries can also be used, as well. Porcine pulmonary artery banding is slightly more difficult with potential complications. The banded vessels, explanted after a defined time period, are suitable for further mechanical testing using biomechanical analyses, for example, the inflation-extension test. Conclusion: An in vivo experiment cannot be avoided in the last phases of preclinical research of new materials. However, we try to strictly observe the 3R concept – Replacement, Reduction and Refinement; in line with this concept, the potential of each animal should be used as much as possible to reduce the number of animals.

• MeSH
• biokompatibilní materiály MeSH
• biologicky odbouratelné plasty * MeSH
• kardiovaskulární chirurgické výkony * MeSH
• králíci MeSH
• modely u zvířat MeSH
• potkani Wistar MeSH
• prasata MeSH
• zvířata MeSH
• Check Tag
• králíci MeSH
• zvířata MeSH
• Publikační typ
• práce podpořená grantem MeSH

Additive manufacturing, also called 3D printing, is an effective method for preparing scaffolds with defined structure and porosity. The disadvantage of the technique is the excessive smoothness of the printed fibers, which does not support cell adhesion. In the present study, a 3D printed scaffold was combined with electrospun classic or structured nanofibers to promote cell adhesion. Structured nanofibers were used to improve the infiltration of cells into the scaffold. Electrospun layers were connected to 3D printed fibers by gluing, thus enabling the fabrication of scaffolds with unlimited thickness. The composite 3D printed/nanofibrous scaffolds were seeded with primary chondrocytes and tested in vitro for cell adhesion, proliferation and differentiation. The experiment showed excellent cell infiltration, viability, and good cell proliferation. On the other hand, partial chondrocyte dedifferentiation was shown. Other materials supporting chondrogenic differentiation will be investigated in future studies.

• MeSH
• 3D tisk * MeSH
• buněčná adheze fyziologie   MeSH
• buněčná diferenciace fyziologie   MeSH
• chondrocyty cytologie   MeSH
• kultivované buňky fyziologie   MeSH
• lidé MeSH
• nanovlákna * chemie   MeSH
• proliferace buněk fyziologie   MeSH
• tkáňové inženýrství metody   MeSH
• tkáňové podpůrné struktury * MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

Quantification of the structure and composition of biomaterials using micro-CT requires image segmentation due to the low contrast and overlapping radioopacity of biological materials. The amount of bias introduced by segmentation procedures is generally unknown. We aim to develop software that generates three-dimensional models of fibrous and porous structures with known volumes, surfaces, lengths, and object counts in fibrous materials and to provide a software tool that calibrates quantitative micro-CT assessments. Virtual image stacks were generated using the newly developed software TeIGen, enabling the simulation of micro-CT scans of unconnected tubes, connected tubes, and porosities. A realistic noise generator was incorporated. Forty image stacks were evaluated using micro-CT, and the error between the true known and estimated data was quantified. Starting with geometric primitives, the error of the numerical estimation of surfaces and volumes was eliminated, thereby enabling the quantification of volumes and surfaces of colliding objects. Analysis of the sensitivity of the thresholding upon parameters of generated testing image sets revealed the effects of decreasing resolution and increasing noise on the accuracy of the micro-CT quantification. The size of the error increased with decreasing resolution when the voxel size exceeded 1/10 of the typical object size, which simulated the effect of the smallest details that could still be reliably quantified. Open-source software for calibrating quantitative micro-CT assessments by producing and saving virtually generated image data sets with known morphometric data was made freely available to researchers involved in morphometry of three-dimensional fibrillar and porous structures in micro-CT scans.

• MeSH
• biokompatibilní materiály analýza   MeSH
• povrchové vlastnosti MeSH
• rentgenová mikrotomografie metody   MeSH
• software MeSH
• testování materiálů * metody   MeSH
• zobrazování trojrozměrné MeSH
• Publikační typ
• práce podpořená grantem MeSH

Fibrous scaffolds are desired in tissue engineering applications for their ability to mimic extracellular matrix. In this study we compared fibrous scaffolds prepared from polycaprolactone using three different fabrication methods, electrospinning (ES), electro-blowing and melt-blown combined with ES. Scaffolds differed in morphology, fiber diameters and pore sizes. Mesenchymal stem cell adhesion, proliferation and osteogenic differentiation on scaffolds was evaluated. The most promising scaffold was shown to be melt-blown in combination with ES which combined properties of both technologies. Microfibers enabled good cell infiltration and nanofibers enhanced cell adhesion. This scaffold was used for further testing in critical sized defects in rabbits. New bone tissue formation occurred from the side of the treated defects, compared to a control group where only fat tissue was present. Polycaprolactone fibrous scaffold prepared using a combination of melt-blown and ES technology seems to be promising for bone regeneration. The practical application of results is connected with enormous production capacity and low cost of materials produced by melt-blown technology, compared to other bone scaffold fabrication methods.

• MeSH
• buněčná adheze MeSH
• femur patologie   MeSH
• kosti a kostní tkáň patologie   MeSH
• králíci MeSH
• mezenchymální kmenové buňky cytologie   MeSH
• mikroskopie elektronová rastrovací MeSH
• nanovlákna chemie   MeSH
• osteogeneze účinky léků   MeSH
• polymery chemie   MeSH
• proliferace buněk MeSH
• regenerace kostí MeSH
• tkáňové inženýrství metody   MeSH
• tkáňové podpůrné struktury chemie   MeSH
• viabilita buněk MeSH
• zvířata MeSH
• Check Tag
• králíci MeSH
• mužské pohlaví MeSH
• zvířata MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

• Publikační typ
• abstrakt z konference MeSH

• Publikační typ
• abstrakt z konference MeSH

• MeSH
• bazocelulární karcinom terapie   MeSH
• elektrická vodivost MeSH
• fibroblasty MeSH
• hojení ran * fyziologie   účinky léků   MeSH
• kolagen MeSH
• kožní nemoci terapie   MeSH
• kultivační techniky MeSH
• kultivované buňky MeSH
• kyselina hyaluronová MeSH
• lidé MeSH
• mikroskopie elektronová rastrovací MeSH
• molekulární konformace MeSH
• nanovlákna * dějiny   chemie   ultrastruktura   využití   MeSH
• nemoci nosu terapie   MeSH
• polyethylenglykoly chemie   MeSH
• polymery MeSH
• povrchové vlastnosti MeSH
• senioři nad 80 let MeSH
• senioři MeSH
• testování materiálů MeSH
• tkáňové inženýrství * metody   využití   MeSH
• vřed terapie   MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• mužské pohlaví MeSH
• senioři nad 80 let MeSH
• senioři MeSH
• ženské pohlaví MeSH
• Publikační typ
• kazuistiky MeSH
• práce podpořená grantem MeSH
• přehledy MeSH

OBJECTIVES: We prepared 3D poly (ε-caprolactone) (PCL) nanofibre scaffolds and tested their use for seeding, proliferation, differentiation and migration of mesenchymal stem cell (MSCs). MATERIALS AND METHODS: 3D nanofibres were prepared using a special collector for common electrospinning; simultaneously, a 2D PCL nanofibre layer was prepared using a classic plain collector. Both scaffolds were seeded with MSCs and biologically tested. MSC adhesion, migration, proliferation and osteogenic differentiation were investigated. RESULTS: The 3D PCL scaffold was characterized by having better biomechanical properties, namely greater elasticity and resistance against stress and strain, thus this scaffold will be able to find broad applications in tissue engineering. Clearly, while nanofibre layers of the 2D scaffold prevented MSCs from migrating through the conformation, cells infiltrated freely through the 3D scaffold. MSC adhesion to the 3D nanofibre PCL layer was also statistically more common than to the 2D scaffold (P < 0.05), and proliferation and viability of MSCs 2 or 3 weeks post-seeding, were also greater on the 3D scaffold. In addition, the 3D PCL scaffold was also characterized by displaying enhanced MSC osteogenic differentiation. CONCLUSIONS: We draw the conclusion that all positive effects observed using the 3D PCL nanofibre scaffold are related to the larger fibre surface area available to the cells. Thus, the proposed 3D structure of the nanofibre layer will find a wide array of applications in tissue engineering and regenerative medicine.

• MeSH
• buněčná diferenciace * MeSH
• buněčné kultury přístrojové vybavení   metody   MeSH
• kultivované buňky MeSH
• lidé MeSH
• mezenchymální kmenové buňky cytologie   metabolismus   MeSH
• nanovlákna chemie   ultrastruktura   MeSH
• osteogeneze MeSH
• osteokalcin metabolismus   MeSH
• pohyb buněk MeSH
• polyestery chemie   MeSH
• povrchové vlastnosti MeSH
• proliferace buněk MeSH
• pružnost MeSH
• regenerativní lékařství MeSH
• sialoprotein vázající integrin metabolismus   MeSH
• tkáňové inženýrství MeSH
• tkáňové podpůrné struktury * MeSH
• viabilita buněk MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH

AIM: Platelet derivatives serve as an efficient source of natural growth factors. In the current study, α-granules were incorporated into coaxial nanofibers. MATERIALS & METHODS: A nanofiber scaffold containing α-granules was prepared by coaxial electrospinning. The biological potential of the nanofiber scaffold was evaluated in chondrocyte and mesenchymal stem cell cultivation studies. Additionally, the concentration of TGF-β1 was determined. RESULTs: Microscopy studies showed that intact α-granules were incorporated into the coaxial nanofibers. The cultivation tests showed that the novel scaffold stimulated viability and extracellular matrix production of chondrocytes and mesenchymal stem cells. In addition, the concentration of growth factors necessary for the induction of cell proliferation significantly decreased. CONCLUSION: The system preserved α-granule bioactivity and stimulated cell viability and chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Core/shell nanofibers incorporating α-granules are a promising system for tissue engineering, particularly cartilage engineering.

• MeSH
• chondrocyty cytologie   účinky léků   MeSH
• cytoplazmatická granula chemie   MeSH
• konfokální mikroskopie MeSH
• kultivované buňky MeSH
• lidé MeSH
• mezenchymální kmenové buňky cytologie   účinky léků   MeSH
• nanovlákna chemie   MeSH
• systémy cílené aplikace léků metody   MeSH
• tkáňové podpůrné struktury chemie   MeSH
• transformující růstový faktor beta1 MeSH
• viabilita buněk účinky léků   MeSH
• Check Tag
• lidé MeSH
• Publikační typ
• časopisecké články MeSH
• práce podpořená grantem MeSH