新的实验证据解开了血管组织工程的谜题

血管生成是在活体组织中形成分级血管网络的过程。其复杂性使得在实验室条件下控制血管的生成成为一项极具挑战性的任务

血管结构工程的一种很有前途的方法依赖于微结构生物材料的使用，该生物材料可能有助于引导血管生成，因此已在世界范围内进行了广泛研究&mdash；特别是考虑到血管疾病的治疗

最近，波兰科学院物理化学研究所的科学家成功解开了血管组织工程中的一个谜题，为理解和控制体外萌芽的血管生成提供了重要的实验证据。这项研究发表在《APL生物工程》杂志上。

血管生成是一个复杂的过程，涉及通过血管分裂和发芽的过程从已有的血管形成新的血管。血管生成可以发生在身体的任何部位，并且非常复杂，因此在实验室环境中控制和/或模仿血管生成已成为生物工程的核心挑战之一。

充分理解和控制血管网络的形成可以帮助管理广泛的疾病，从因创伤受损的血管再生到转移性癌症的治疗，使受控血管生成成为再生医学的圣杯

在这一领导下，波兰科学院物理化学研究所（ICP PAS）的研究人员使用纤维蛋白凝胶作为支持组织样材料，对发芽毛细血管网络的演变进行了一系列实验，并建立了控制发芽血管生成的可能的一般动力学原理

在这项突破性研究之前，对发芽微血管网络进化的研究主要基于对培养中单个或最多几个时间点的分析。尽管这种方法足以估计生长的总体趋势，但它从未允许在体外解读微血管进化的不同阶段

为了揭示控制血管生成动力学的可能规则，已经提出了许多不同复杂程度的不同理论方法。不幸的是，由于缺乏时间分辨的实验数据，理论预测与实验的直接比较受到限制，因此大多数理论研究仅依赖于后期形态的定性比较

最近，IPC PAS的一组研究人员和华沙大学理论物理研究所的合作者通过新的实验和定制开发的自动图像分析工具解决了这个难题。在他们的工作中，研究人员展示了提取详细统计数据的可能性&ndash；萌芽微血管网络的拓扑特征

该项目的目标之一是开发更可靠和可重复的基于血管生成的药物测试方法，以及血管组织工程的新策略。它是如何工作的

研究人员分离出发芽的微血管网络，并在控制良好的培养条件下每天监测其生长14天。他们记录了一系列形态测量参数，如芽的总长度、面积，以及单个分支长度或分支角度的统计分布

基于从多个平行实验中收集的微观图像，进行了大规模统计分析。同时，观察的重点是血管网络形成的动力学，以确定血管生成生长过程的特征。我们的目标是了解血管生成早期阶段的复杂性，包括芽的形成及其分叉，然后是相互连接的形成等。这项工作的第一作者Rojek博士说：“我们认为我们的工作是独特的，因为我们根据大量的生物数据建立了芽血管网络的形成和进化模型。”。这突出了实验学家和理论家之间的密切合作是多么重要。“

作者开发了新的图像分析协议，使他们能够以自动化的方式确定上述参数。

”我们的软件是用Python编程语言编写的，经过优化，可以处理来自多个实验的大量数据。它在实现方面提供了坚实的背景，并提供了快速的计算时间

领导数据分析软件开发的博士候选人Antoni Wrzos和Szymczak教授补充道：“跨越网络整个生命周期的时间分辨数据使我们能够提出控制发芽微血管拓扑发展的基本规则。”

科学家们使用Python编程语言，通过每天跟踪萌芽网络的演变进行研究，以提供网络拓扑的细节，包括分支角度及其分布。所进行的研究产生了一个关于典型网络形成阶段的广泛数据库

特别是，这些阶段包括（i）细胞增殖而不形成芽的初始失活阶段，（ii）芽伸长和分枝的快速生长阶段，以及（iii）生长速度减慢的最终成熟阶段。分析al