Design, fabrication and in-vitro validation of a three-layered, bio-inspired, small-diameter vascular graft for tissue engineering applications

This study aims to apply tissue engineering knowledge to create and validate an innovative small diameter vascular graft. This biomedical device has been designed, combining different processing technologies, to duplicate the heterogeneous functionality of the native vessel and modulate the porosity gradient. This, to control cell proliferation and migration to minimize intimal hyperplasia, which is one of the main causes of failure for small-caliber vascular prostheses in clinical practice. The prototype realized in this study was designed as a synthesis of the benefits deriving from synthetic grafts (control of structure and function) and those of grafts made with tissue of biological origin (bioactivity, fabric plasticity). Vascular grafts consisting of three concentric layers were made with: 1) Electrospinning (ES); 2) decellularized extracellular matrix gel (ECM) 3) Thermally Induced Phase Separation (TIPS). Each layer was designed to replicate the functions of the tunicae constituting the native vessel (intimate, medium, adventitia). The layer made by ES should act as a barrier to cell infiltration, while the TIPS layer was used to promote cell migration.

L’obiettivo principale del presente studio è di applicare le conoscenze dell’ingegneria tissutale per realizzare e validare un’innovativa protesi vascolare di piccolo diametro. Questo dispositivo biomedicale è stato progettato, combinando diverse tecnologie di lavorazione, al fine di duplicare la funzionalità eterogenea del vaso nativo e modulare il gradiente di porosità. Questo, al fine di controllare proliferazione e migrazione cellulare in modo tale da minimizzare l’iperplasia dell’intima, che è una delle principali cause di fallimento per le protesi vascolari di piccolo calibro nella pratica clinica. Il prototipo che viene realizzato in questo studio, è stato progettato come sintesi dei benefici derivanti dai graft sintetici (controllo di struttura e funzione) e da quelli dei graft realizzati con tessuto di origine biologica (bioattività, plasticità di tessuto). Graft vascolari costituiti da tre strati concentrici sono stati realizzati con: 1) Elettrofilatura (ES); 2) gel di matrice extracellulare (ECM) decellularizzata 3) Separazione di fase termo-indotta (TIPS). Ogni strato è stato progettato al fine di replicare le funzioni delle tunicae costituenti il vaso nativo (intima, media, avventizia). Lo strato realizzato tramite ES dovrebbe agire come barriera all’infiltrazione cellulare, mentre lo strato in TIPS è stato utilizzato al fine di promuovere la migrazione cellulare.