Smooth Muscle and Other Cell Sources for Human Blood Vessel Engineering

Abstract

Despite substantial progress in the field of vascular tissue engineering over the past decades, transition to human models has been rather challenging. The limited replicative life spans of human adult vascular cells, and their slow rate of collagenous matrix production in vitro, have posed important hurdles in the development of mechanically robust and biologically functional engineered grafts. With the more recent advances in the field of stem cells, investigators now have access to a plethora of new cell source alternatives for vascular engineering. In this paper, we review various alternative cell sources made available more recently for blood vessel engineering and also present some recent data on the derivation of smooth muscle cells from human induced pluripotent stem cells.

Vascular tissue engineering: building perfusable vasculature for implantation

“…A remaining challenge, however, is the donor age-dependency and donor-to-donor variation in the abilities of human SMCs to make ECM in vitro. In response, we have used alternative cell sources such as human inducible pluripotent stem cell (iPSC)-derived SMCs [14], which may help overcome these limitations in the long term.…”

Stammzell-basierter biologischer Gefäßersatz

“…Bei einem Berstungsdruck von 1400 bis 1600 mmHg und guter Compliance erreichten diese durchaus die mechanischen Eigenschaften nativer Arterien. Sowohl 2 mm als auch 4 mm große Arte-riensegmente wurden so mit adäquater Nahtfestigkeit für eine Implantation in einem experimentellen Modell hergestellt [24]. Initial verwendete allogene glatte Muskelzellen konnten nach ausreichendem Aufbau der extrazellulären Matrix mittlerweile auch durch andere allogene, nach Dezellularisierung des Transplantats nicht mehr immunogene Gefäßzellen ausgetauscht werden (Prinzip der Dezellularisierung des Transplantats, um die immunogene zelluläre Komponente zu entfernen) [2].…”

“…Die dezellularisierten Transplantate wiesen ausreichend große Durchmesser von 6 mm und einen hohen Berstungsdruck von sogar 3000 mmHg auf, was nativen Gefäßen dieses Durchmessers in vivo entsprach. Auch nach 12-monatiger Zwischenlagerung bei +4°C veränderten sich diese Parameter nicht und die biologischen Gefäßkonstrukte zeigten nach 1 bis 6 Monaten eine nahezu 90%ige primäre Offenheit als arteriovenöse Fisteln im Großtiermodell [24].

Fast jeder Patient kann ein passendes biologisches Gefäßtransplantat erhalten

…”

The Heart and Great Vessels

“…Cell sources for TEVG fabrication include mature somatic cells, adult progenitor cells, and induced pluripotent stem (iPS) cells (Sundaram and Niklason 2012). Mature somatic cells, such as fibroblasts, SMCs, and ECs, can be harvested from the recipient, seeded on a selected scaffold, and implanted with little risk of immunogenic response.…”