Functional small-diameter neovessels created using endothelial progenitor cells expanded ex vivo

Abstract

Arterial conduits are increasingly preferred for surgical bypass because of inherent functional properties conferred by arterial endothelial cells, especially nitric oxide production in response to physiologic stimuli. Here we tested whether endothelial progenitor cells (EPCs) can replace arterial endothelial cells and promote patency in tissue-engineered small-diameter blood vessels (4 mm). We isolated EPCs from peripheral blood of sheep, expanded them ex vivo and then seeded them on decellularized porcine iliac vessels. EPC-seeded grafts remained patent for 130 days as a carotid interposition graft in sheep, whereas non-seeded grafts occluded within 15 days. The EPC-explanted grafts exhibited contractile activity and nitric-oxide-mediated vascular relaxation that were similar to native carotid arteries. These results indicate that EPCs can function similarly to arterial endothelial cells and thereby confer longer vascular-graft survival. Due to their unique properties, EPCs might have other general applications for tissue-engineered structures and in treating vascular diseases.

Endothelial progenitor cells: Implications for cardiovascular disease

“…Another important factor regulating the fate of the plated cells is the cell culture media ranging from EBM-2 (23-25), medium-199 (22,26,27), to x-vivo-20 (28) as basal media, and 20% fetal calf serum (1), brain extract (1,26), to commercial available single quots of VEGF, insulin-like growth factor (IGF), basic fibroblast growth factor (23,25) as supplements. An identification criteria often used for EPCs in the culture of MNCs for 4 or 7 days is the double-positive staining of EPCs for endothelial-specific lectin (e.g., Ulex europaeus agglutini-1) and Dil-labeled acetylated low-density lipoproteins (Ac-LDL) (26,29,30). An example of such a staining is shown in Figure 3.…”

Toward Engineering a Human Neoendothelium with Circulating Progenitor Cells

“…in vitro functional studies provide a foundation for in vivo animal studies as well as eventual clinical applications. Although there are a few studies that have investigated the feasibility of using endothelial-like cells to engineer a vascular graft, the characterization of the resulting endothelial-like cells is very limited [5,6,13,18,19]. In particular, there is a dearth of information on the antithrombogenic and fibrinolytic function of these cells, especially when cultured on a biomaterial.…”

Vaisseaux humains reconstitués par génie tissulaire

“…Un des grands avantages de la reconstitution par auto-assemblage est d'obtenir, en l'absence de tout matériau synthétique, une résistance à l'éclatement suffisante pour permettre la greffe du vaisseau [8] et même le montage en bain d'organe pour étudier sa contraction [10]. D'autres vaisseaux obtenus à partir de cellules animales ont égale-ment pu être montés de la même façon, mais leur résistance méca-nique à l'étirement était renforcée par un matériau synthétique [6,7] ou hétérologue [11].…”

“…Pour ce qui est des cellules endothéliales, les marqueurs les plus classiques que sont le facteur von Willebrand et l'aptitude à incorporer la lipoprotéine de faible densité acétylée ont été caractérisés dans les cellules endothéliales des vaisseaux reconstitués [8,11]. En outre, dans ces vaisseaux reconstitués, les cellules endothéliales répon-dent à des signaux appropriés par une libération de monoxyde d'azote (NO) ou de prostacycline, événement qui se traduit par une inhibition de l'adhésion des plaquettes [8] et une vasodilatation dépen-dant de l'endothélium [11]. …”

“…L'étude doit donc en être faite au cas par cas. [11]. Naturellement, le modèle devrait être perfectionné dans l'avenir, par exemple en soumettant son endothélium à un cisaillement approprié, en perfusant le vaisseau pendant sa préparation.…”