A simple bioreactor for tunable pulsatile conditioning of vascular constructs

Tissue-engineered blood vessels (TEBVs) are currently used as vascular grafts and, most commonly, as disease models. Bioreactors are generally required to culture TEBVs in order to generate mechanical stimulation and promote tissue maturation. This work focuses on developing a bioreactor for vascular constructs, capable of producing a tunable pulsatile pressure. The system makes use of two tunable resistive elements to control both diastolic and systolic pressures. In addition, an electronic control unit was developed to control the actuators and the sensor of the bioreactor. The system was tested with Tissue Tubes, a scaffold-free TEBV composed of ring-shaped cellular aggregates. At first, these cellular constructs were tested in order to investigate their mechanical properties. Afterward, Tissue Tubes were cultured in the bioreactor, subjected to cyclic circumferential stretch for seven days. Histological analysis and image-processing analysis were performed at the end of the culture period to study the effect of the stimulation given to the cellular constructs.

Ad oggi, i vasi sanguigni ingegnerizzati (TEBVs) vengono utilizzati sia come graft vascolari che, più comunemente, come modelli per lo studio di malattie cardiovascolari. Generalmente, si utilizzano bioreattori per coltivare i TEBVs con stimoli meccanici che possano favorire la maturazione del tessuto. Questo lavoro consiste nello sviluppo di un bioreattore per costrutti vascolari in grado di generare uno stimolo pressorio di ampiezza regolabile. Questo dispositivo utilizza due resistenze idrauliche regolabili per poter controllare pressione sistolica e diastolica. Inoltre, il bioreattore è dotato di una centralina elettrica per l'alimentazione delle parti meccaniche e per l'acquisizione dei segnali provenienti dai sensori. Il bioreattore è stato sviluppato per la coltura di Tissue Tubes, TEBV composti da aggregati cellulari di forma ad anello fusi insieme. In un primo momento sono state studiate le proprietà meccaniche di tali costrutti prima della coltura nel bioreattore. I Tissue Tubes sono stati, poi, coltivati nel bioreattore per sette giorni, sottoposti ad uno stretch circonferenziale ciclico. Infine, sono state eseguite analisi istologiche ed analisi di image-processing per valutare l'effetto della stimolazione sul campione.