Development of a novel bioreactor system for parallel endothelialization of synthetic and natural vascular scaffolds

Abstract

[EN] Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide, therefore it is very important to focus strongly on trying to find solutions such as stents grafts and cardiovascular implants. Within this field, reendothelialization of decellularized animal arteries and endothelization of synthetic vessels are essential processes to test mentioned implants and stents under optimal physiological conditions and the cell-stent interactions. To accomplish this, a vital prerequisite is the lumen’s vessel endothelialization, as well as achieving a proper environment with different characteristics and requirements such as temperature, pressure, vessel rotation, gas exchange control and so on. For these conditions to be fulfilled, an appropriate system is required i.e., a bioreactor capable of regulating the reendothelialization/endothelialization process. The aim of this project was, firstly, to understand properly the process of endothelization and its optimal conditions and then, develop an innovative bioreactor system that can endothelialize in parallel up to 5 rotation different vessel models such as hydrogel blood vessel models or animal vessels. To make this happen, the environment parameters including the amount of O2, CO2, temperature, etc. have been defined, monitored, and controlled. These parameters are controlled by integrated sensors located in the optimal places into the circuit of the bioreactor as well as a gas exchanger, essential for cell survival and cell proliferation. The bioreactor has been tested and serves as a proof of concept and as a starting point for further work. In the outlook for the continuation of this project are the endothelialization trials with different parameters with either synthetic vessel models or animal vessel models.

[ES] Antecedentes

Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en todo el mundo, por lo que es muy importante centrarse en tratar de encontrar soluciones como injertos de stents e implantes cardiovasculares. Dentro de este campo, la reendotelización de arterias animales descelularizadas y la endotelización de vasos sintéticos son procesos esenciales para ensayar los mencionados implantes y stents en condiciones fisiológicas óptimas y sus interacciones célula-estent.

Para lograrlo, un requisito vital es la endotelización del lumen del vaso, así como conseguir un entorno adecuado con diferentes características y requisitos como la temperatura, la presión, el pH, la rotación del vaso, el control del intercambio de gases, etc. Para que estas condiciones se cumplan, se requiere un sistema apropiado, es decir, un biorreactor capaz de regular el proceso de reendotelización/endotelización.

Objetivo

El objetivo de este proyecto es, en primer lugar, comprender adecuadamente el proceso de endotelización y sus condiciones óptimas y, a continuación, desarrollar un sistema de biorreactor innovador que pueda endotelizar en paralelo hasta 5 modelos de vasos diferentes de rotación, como modelos de vasos sanguíneos de hidrogel o vasos animales.

Para ello, es muy importante definir, monitorizar y controlar los parámetros del entorno, incluyendo la cantidad de O2, CO2, pH, temperatura, etc. Estos parámetros se controlarán mediante sensores integrados situados en los lugares óptimos del circuito del biorreactor, así como un intercambiador de gases que será esencial. A continuación, se probará el biorreactor y se llevarán a cabo los primeros ensayos de endotelización con diferentes parámetros, ya sea con modelos de vasos sintéticos o con modelos de vasos anímicos. Por último, se analizarán los resultados y se extraerán conclusiones.