Computational and in vivo modeling of small intestinal submucosa (SIS) as a 3D scaffold for tissue-engineered vascular grafts

Abstract

Due to the high mortality associated with cardiovascular diseases (CD) and alterations in the peripheral circulatory system, tissue engineering for the development of new treatments is presented as a very attractive approach. Tissue engineering seeks the development of new devices to improve current solutions and in the process increase our knowledge about the physiology of the human body to be able to obtain the greatest impact in the use of this technology in patients. This thesis is aimed at the study of the regeneration of arteries through the use of a porcine intestinal submucosa graft (SIS). Previous studies have shown the potential of this material for its use as a cardiovascular graft. In this thesis, we sought to understand the effect of the physical properties of SIS on tissue regeneration. In order to fulfill this objective, mechanical characterization, multi-scale simulation and in vivo experimentation were combined in order to understand the biomechanical environment provided by this material. Among the results obtained, it was possible to characterize the fatigue of the SIS under specific conditions of a vascular graft and to identify the effect of the orientation of the fibers in the transmission of stresses to the cells

Dada la alta mortalidad asociada a enfermedades cardiovasculares (EC) y a alteraciones en el sistema circulatorio periférico, el uso de la ingeniería de tejidos para el desarrollo de nuevos tratamientos se presenta como una alternativa muy atractiva. La ingeniería de tejidos busca en el desarrollo de nuevos dispositivos mejorar las soluciones actuales y en el proceso aumentar nuestro conocimiento sobre la fisiología del cuerpo humano para poder llegar a obtener el mayor impacto en el uso de esta tecnología en pacientes. La presente tesis está encaminada al estudio de la regeneración de arterias mediante el uso de un injerto de submucosa intestinal porcina (SIS por sus siglas en inglés). Estudios previos han demostrado el potencial de este material para su uso como injerto cardiovascular. En esta tesis se buscó entender el efecto de las propiedades físicas de la SIS en la regeneración tisular. Para esto se combinaron técnicas de caracterización mecánica, simulación multi-escala y experimentación in vivo, con el fin de entender el entorno biomecánico proveído por este material. Entre los resultados obtenidos, se pudo caracterizar la fatiga de la SIS bajo condiciones propias de un injerto vascular e identificar el efecto de la orientación de las fibras en la transmisión de esfuerzos a las células