ES2614436T3

ES2614436T3 - Red bascular biomimética y dispositivos que la usan

Info

Publication number: ES2614436T3
Application number: ES08742923.9T
Authority: ES
Inventors: David M. Hoganson; Joseph P. Vacanti; Howard Pryor; Ira Spool
Original assignee: Charles Stark Draper Laboratory Inc; General Hospital Corp
Current assignee: Charles Stark Draper Laboratory Inc; General Hospital Corp
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2028-04-14
Also published as: US20100234678A1; WO2008127732A2; JP2014237003A; EP2154955A2; US10939989B2; EP3192369B1; US20180256312A1; DK3473093T3; US8951302B2; EP2154955A4; EP3473093B1; US20150366651A1; US10327885B2; JP6715137B2; US9498320B2; JP2017038935A; EP2154955B1; US20100274353A1; JP2010523268A; ES2859575T3

Abstract

Una capa vascular artificial que comprende: un sustrato que define una red de canales que tiene al menos un canal de entrada y al menos un canal de salida y al menos dos canales intermedios que conectan al menos parcialmente el al menos un canal de entrada y el al menos un canal de salida, teniendo cada canal una altura, una longitud, una anchura y un diametro, en donde los canales intermedios estan formados de acuerdo con la ley de Murray variando dichas altura y anchura con respecto a partes adyacentes de los canales de entrada y de salida y la longitud de al menos uno de los canales esta formada basada en el diametro respectivo por lo que dichos canales tienen una longitud biomimetica, preferentemente una longitud biomimetica escalada.

Description

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descripcion

Red bascular biomimetica y dispositivos que la usan Solicitudes relacionadas Declaracion de apoyo gubernamental

Algunas de las obras descritas en el presente documento se patrocinaron por el Instituto Nacional de Salud, Concesion Numero 1 F32 DK076349-0l y T32DK07754-09. El Gobierno de los Estados Unidos tiene ciertos derechos sobre esta invencion.

Anteoedentes de la invencion

Aunque el trasplante de organos ha emergido como tratamiento viable para pacientes con enfermedades de organos en fase terminal, hay una escasez de organos en los Estados Unidos y en todo el mundo. Los pacientes que esperan trasplantes de higado, pulmon o corazon a menudo mueren antes de recibir un organo debido a los largos tiempos de espera de trasplante. Se podrian usar organos artificiales para ayudar o incluso reemplazar organos como una solucion a la escasez de organos.

El desarrollo de un organo solido derivado de ingenieria tisular tal como un higado o un rinon depende normalmente de dos componentes principales - las celulas parenquimatosas y la red vascular para suministrar oxigeno y nutrientes a las celulas parenquimatosas. La distancia de difusion de oxigeno y nutrientes desde un vaso sanguineo a traves de tejido es muy corta (por ejemplo, unos pocos cientos de micras). Si las celulas, tales como hepatocitos se cultivan en un recipiente tridimensional y se coloca en el cuerpo cerca de un vaso sanguineo, solo las celulas cercanas al vaso sanguineo sobreviviran. Con el tiempo, pueden cultivarse nuevos vasos sanguineos en las celulas implantadas, sin embargo, muchas de las celulas que estan en los vasos sanguineos existentes moriran sin suministro inmediato de sangre.

Los disenos actuales proporcionan una red vascular como una parte central del andamio para un organo solido de tejido disenado. Esta red vascular sirve como suministro sanguineo para administrar oxigeno y nutrientes a otras celulas que tambien estan colocadas en el andamio para dar al organo su funcion (por ejemplo, hepatocitos para un higado de tejido disenado). Este enfoque permite disenar una red vascular para el organo particular desde la entrada de tejidos que se anastomosa hasta la circulacion nativa y los vasos mas pequenos que inundan las celulas parenquimatosas. Este organo de tejido disenado se implementa con vasos sanguineos ya adecuadamente ubicados en la cercania de las celulas parenquimatosas. Esto permite un organo solido y grueso, tal como el higado, el pulmon, el corazon, el rinon u otros organos o tejidos que se crearan e implementaran.

En el cuerpo, los vasos sanguineos que proveen a los organos normalmente entran en los organos como un unico vaso (normalmente una arteria) y despues se ramifica en un patron, reduciendo su diametro y aumentando considerablemente su area superficial hasta que forman los vasos mas pequenos conocidos como capilares. Los capilares proporcionan a las celulas del organo oxigeno y nutrientes y eliminan los productos de residuos. Desde los capilares, los vasos se fusionan en un patron de ramificacion similar para salir del organo a menudo como un vaso unico (normalmente una vena). Existe una necesidad en la tecnica de organos derivados de la ingenieria tisular que tienen una tal red de vasculatura fisiologica para proporcionar una funcion sostenida despues de la implantacion.

El documento US 2006018838 muestra una construccion de tejido vascularizado previamente para trasplante que comprende una poblacion de celulas endoteliales mantenidas in vitro para formar una construccion tridimensional, en la que la construccion se vasculariza con una red de capilares que tienen diametros interiores patentes capaces de formar una anastomosis con vasculatura anfitriona seguida de trasplante.

Sumario de la invencion

Es un objetivo de la tecnologia objeto proporcionar un organo derivado de la ingenieria tisular que tiene una estructura similar a los organos naturales y es capaz de un rendimiento similar durante periodos de tiempo suficientes sin funcionamiento incorrecto. Preferentemente, el organo derivado de la ingenieria tisular tendra trombogenicidad baja y una alta eficacia de embalaje. La invencion se refiere a una capa vascular artificial como se describe en la reivindicacion 1 y el metodo de fabricacion de un andamiaje como se describe en la reivindicacion 11. En la medida de lo posible, al igual que los terminos invencion y/o realizacion se utilizan posteriormente, y/o las caracteristicas se presentan de forma opcional, esto ha de interpretarse de modo tal que unicamente la proteccion pretendida es la de la invencion que se reivindica.

Se contempla que la tecnologia objeto puede usarse para reemplazar un organo, in vivo o ex vivo, asistir a un organo, temporalmente reemplazar a un organo y determinar la eficacia y la seguridad de un farmaco en celulas humanas.

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Un aspecto de la tecnologia objeto proporciona un metodo de fabricacion de un andamiaje que comprende una red de fluido. El metodo incluye las etapas de: (a) generar una capa vascular inicial para envolver la camara y proporcionar fluido a las celulas, teniendo la capa vascular inicial una red de canales para fluido; (b) traducir la capa vascular inicial en un modelo para analisis de mecanica de fluidos; (c) analizar la capa vascular inicial basandose en los parametros deseados seleccionados del grupo que consiste en una caracteristica de un fluido especifico, una presion de entrada, una presion de salida, un caudal y combinaciones de los mismos para determinar la tension de cizalladura y la velocidad dentro de la red de canales; (d) medir la tension de cizalladura y la velocidad y comparar los valores obtenidos con valores predeterminados; (e) determinar si tanto la tension de cizalladura como la velocidad son superiores o inferiores a los valores predeterminados, y (f) opcionalmente modificar la capa vascular inicial y repetir las etapas (b)-(e). La capa vascular inicial puede fabricarse a partir de colageno.

Otro aspecto de la tecnologia objeto se dirige a una composicion que comprende una capa vascular para su uso en una lamina de tejido. La capa vascular incluye un sustrato que define una red de canales que tiene al menos un canal de entrada y al menos un canal de salida y al menos dos canales intermedios que conectan al menos parcialmente el al menos un canal de entrada y el al menos un canal de salida, teniendo cada canal una altura y una anchura, en la que los canales intermedios se forman de acuerdo con la ley de Murray variando dicha altura y anchura con respecto a las partes adyacentes de los canales de entrada y salida.

La tecnologia objeto tambien proporciona una red vascular artificial que incluye un sustrato que define una red de canales que tiene al menos un canal de entrada y al menos un canal de salida y al menos dos canales intermedios que conectan al menos parcialmente el al menos un canal de entrada y el al menos un canal de salida. Cada canal tiene una altura y una anchura, en las que los canales intermedios se forman de acuerdo con la ley de Murray variando dicha altura y anchura con respecto a las partes adyacentes del canal de entrada y de salida. La red vascular artificial se prepara mediante un proceso que incluye las etapas de: (a) fabricar un sustrato que define una red de canales, en el que los canales proporcionan fluido a las celulas; (b) traducir la red de canales a un modelo para analisis de mecanica de fluidos; (c) analizar la red de canales basandose en parametros deseados seleccionados a partir del grupo que consiste en una caracteristica especifica de un fluido especifico, una presion de entrada, una presion de salida, un caudal global y combinaciones de los mismos para determinar la tension de cizalladura y la velocidad dentro de la red de canales; (d) medir la tension de cizalladura y la velocidad y comparar los valores obtenidos con valores predeterminados; y (e) determinar si tanto la tension de cizalladura o la velocidad son superiores o inferiores que los valores predeterminados.

Otro aspecto es un dispositivo medico para asistir o reemplazar un organo que incluye una capa de cabecera que tiene una boquilla para conectarse a un vaso y que define una red de distribution en comunicacion fluida con la boquilla, y una primera capa vascular que tiene un sustrato que define una red vascular de canales en comunicacion fluida con la red de distribucion, incluyendo la red vascular al menos un canal de entrada que se bifurca repetidamente en partes, que se juntan para formar un canal de salida, teniendo el canal de entrada y de salida una altura y una anchura, en las que las partes bifurcadas se forman de acuerdo con la ley de Murray variando dicha altura y dicha anchura con respecto a partes adyacentes del canal de entrada y de salida. Otra capa define una camara para mantener celulas parenquimatosas que se configura para recibir oxigeno y nutrientes desde un fluido en la capa vascular.

Una membrana separa la capa vascular de la camara parenquimatosa. Preferentemente, la membrana es semipermeable y el tamano del poro de la membrana es menor que los diametros de las celulas, por lo tanto, las celulas no podran pasar a traves (es decir, una baja permeabilidad para celulas animales), mientras que nutrientes, gases y fluidos de bajo peso molecular pueden pasar a traves (es decir, una alta permeabilidad para componentes pequenos), proporcionando asi una adecuada serialization celula a celula. Los tamanos de las celulas varian, pero en general, los tamanos de las celulas estan en un intervalo de micras. Por ejemplo, un globulo rojo tiene un diametro de aproximadamente 8 |jm. Preferentemente, el tamano medio de los poros de la membrana esta en una escala submicronica para garantizar la detection eficaz de las celulas. Para una aplicacion en pulmon y similares, la membrana deberia tambien permitir el paso de dioxido de carbono, oxigeno y gases similares a traves de ella.

Una red vascular para crear organos derivados de la ingenieria tisular de acuerdo con una tecnologia objeto sigue el mismo enfoque que los vasos sanguineos dentro del organo natural. Se hace referencia a la aplicacion de principios de diseno fisiologico en redes vasculares en el presente documento mediante la frase "redes vasculares biomimeticas".

La tecnologia objeto descrita en el presente documento incluye la teoria, conceptos, diseno, fabricacion, prueba y aplicaciones para redes vasculares biomimeticas. Estas redes vasculares tienen una aplicacion primara como una parte central de un andamiaje para crear una estructura derivada de ingenieria tisular tal como un organo u otro tejido de mamifero. Hay aplicaciones adicionales de esta tecnologia, por ejemplo, como una herramienta, por ejemplo, una plataforma para el descubrimiento de farmacos, desarrollo y/o evaluation (por ejemplo, toxicidad, seguridad y/o eficacia) y como una plataforma para investigation y pruebas in vitro o in vivo.

Deberia apreciarse que la presente invention se puede implementar y utilizar en numerosos modos, que incluyen sin limitation como un proceso, un aparato, un sistema, un dispositivo, un kit (por ejemplo, un kit que comprende una de

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las plataformas descritas en el presente documento e instrucciones de uso), un metodo para aplicaciones ahora conocido y mas tarde desarrollado o un medio legible por ordenador. Estas y otras caracteristicas exclusivas del sistema divulgado en el presente documento se haran mas evidentes a partir de la siguiente descripcion y los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de Ios dibujos

Otros aspectos y muchas otras ventajas auxiliares de esta invencion se apreciaran mas facilmente como conforme el mismo se entiende mejor con referencia a la siguiente descripcion detallada cuando se considera en conexion con los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una parte que se bifurca con una red vascular de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 2 ilustra una vista en perspectiva de una parte que se trifurca de una red vascular de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 3 es una vista superior de un diseno de red vascular de acuerdo con la tecnologia objeto; la figura 4 es una vista superior mas detallada de una parte del diseno de la red vascular de la figura 3; la figura 5 es una vista despiezada de componentes de implante que usan el diseno de red vascular de la figura 3 de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 6 es una vista en perspectiva montada del implante de la figura 5;

la figura 7 es una vista en seccion transversal montada de un implante que usa un diseno de red vascular de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 8 es una vista en seccion transversal de otro implante con multiples capas vasculares de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 9 es un grafico de los resultados de las pruebas de sangre in vitro y el analisis del flujo sanguineo a traves del implante de la figura 6;

la figura 10 es una vista en perspectiva de otro diseno de red vascular de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 11 es una vista detallada de la capa vascular de la figura 10;

La figura 12 es un grafico de los resultados de las pruebas de sangre in vitro y el analisis de caudal sanguineo a

traves de un implante que usa la capa vascular de la figura 10;

la figura 13 es un diseno de red vascular que utiliza un patron poligonal que se repite de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 14 es una parte de una red vascular creada con una pelicula de colageno de acuerdo con la tecnologia objeto;

la figura 15 es un implante de acuerdo con la tecnologia objeto colocada como un dispositivo de asistencia al higado; y

la figura 16 es un implante de acuerdo con la tecnologia objeto colocado como un dispositivo de asistencia al pulmon.

Descripcion detallada de realizaciones preferentes

La presente invencion supera muchos de los desafios de la tecnica anterior asociados con redes vasculares derivadas de tecnologia tisular y organos solidos artificiales. Las ventajas, y otras caracteristicas de la tecnologia divulgada en el presente documento, se haran mas aparentes a aquellos normalmente expertos en la materia a partir de la siguiente descripcion detallada de ciertas realizaciones tomadas junto con los dibujos que exponen realizaciones representativas de la presente invencion y en los que las referencias numericas identifican elementos estructurales similares.

Debe entenderse que la tecnologia objeto no se dirige a limitarse a las construcciones y metodos particulares descritos en las realizaciones descritas, como una persona experta en la materia puede extender los conceptos implicados usando variaciones que son obvias despues de leer la presente divulgacion. Aunque cualquier metodo y materiales similares o equivalentes a aquellos descritos en el presente documento puede ser util en la practica de la tecnologia objeto, ciertas composiciones, peliculas, metodos y materiales se describen a continuacion. Todas las descripciones relativas en el presente documento, tal como superior, inferior, izquierda, derecha, superior, e inferior son con referencia a las figuras, y no tienen un sentido limitante.

El proceso de crear un diseno de red vascular optimo que tenga un rendimiento suficiente se ayuda identificando y aprendiendo de la estructura fundamental de los vasos sanguineos en el cuerpo. La red vascular de las arterias, capilares y venas es compleja. Sin embargo, los principios de la estructura basica se pueden utilizar dentro de los limites de los procesos de fabricacion disponibles actualmente. Existen varios principios fundamentales de los vasos sanguineos que se han utilizado en la tecnologia objeto y se han incorporado en el diseno de las redes vasculares biomimeticas descritas en el presente documento. Los conceptos y los disenos resultantes se perfeccionan tambien ventajosamente usando analisis de mecanica de fluidos computacional (CFD).

Los vasos sanguineos en el cuerpo tienen una relacion particular entre el diametro de un vaso primario y los diametros de los vasos secundarios resultantes conocida como la ley de Murray. Generalmente, la ley de Murray

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afirma que el cubo del diametro del vaso primario es igual a la suma de los diametros al cubo de todos los vasos secundarios. Para un canal de bifurcacion, la ley de Murray se expresa como do3 = do3 + do3, donde do es el diametro del vaso primario y di, y d2 son los diametros de los vasos secundarios. La referencia de diametro respecto a un canal rectangular se refiere al diametro hidraulico del canal definido como diametro hidraulico = 4* (area en seccion transversal del canal) / (perimetro del canal).

El principio de la ley de Murray se describio en la decada de 1930 y desde entonces ha sido confirmado en muchos estudios. El principio de la ley de Murray es optimizar la eficacia del transporte masivo de la sangre y controlar la tension de cizalladura dentro de los vasos o canales. La tension de cizalladura en los vasos sanguineos dentro del cuerpo se controla solidamente dentro de un intervalo fisiologico. La tension de cizalladura para arterias esta normalmente sobre el intervalo de entre 15 a 70 dyn/cm2 y para las venas la fuerza hemodinamica esta sobre el intervalo de 1-5 dyn/cm2. Las bifurcaciones de los vasos tienen una tension de cizalladura que es bastante uniforme sobre la red completa.

Controlar la tension de cizalladura es muy importante para reducir la formacion de trombos dentro de la red y garantizar que el intercambio de oxigeno y nutriente tiene lugar dentro de parametros fisiologicos normales. El principio biomimetico de disenar para una tension de cizalladura apropiada se empleo en el diseno de las redes vasculares descritas en el presente documento para reducir o eliminar trombosis con las redes.

Un diseno de red vascular

En referencia a la figura 1, una parte 10 de bifurcacion de una red vascular simple representativa se muestra vista en perspectiva. La parte 10 de red incluye un sustrato 11 que tiene canales formados en la misma. Un vaso o canal 12 primario se bifurca en dos vasos 14 secundarios. De acuerdo con la ley de Murray, si los vasos 14 secundarios son iguales, entonces la ley de Murray se simplifica a do3 = 2(di3). Por ejemplo, si el vaso 12 primario tiene 1000 |jm de diametro entonces los vasos 14 secundarios tendrian de diametro 794 jm. Los vasos 14 secundarios ademas se bifurcan en vasos 16 mas pequenos. De acuerdo con la ley de Murray, los vasos 18 20 mas pequenos resultantes tendrian 630 jm de diametro para este ejemplo.

Los vasos 16 mas pequenos se unen para formar vasos 18 mas grandes, que seguidamente se unen para formar un vaso 20. En una realizacion, los vasos 16 mas pequenos son mas representativos de los vasos capilares encontrados en el cuerpo. Sin embargo, los canales 12, 14 primarios pueden participar en intercambio de nutriente, gas, y residuos de una manera similar a los canales 16 mas pequenos. Del mismo modo de los canales 18, 20, que se forman de canales 16 mas pequenos, son de alguna manera analogos a los capilares o venulas o venas en el cuerpo. De manera similar, los canales 18, 20 pueden participar tambien en el intercambio de nutriente, gas y residuos como los canales 16 mas pequenos.

Los vasos 12, 14, 16, 18, 20 se forman a partir de estructuras lineales y sustancialmente rectangulares. En otra realizacion, los vasos 12, 14, 16, 18, 20 pueden ser de naturaleza circular o eliptica. En caso de que los vasos 12, 14, 16, 18, 20 sean rectangulares, los vasos 12, 14, 16, 18, 20 pueden tener una relacion de aspecto de 1:1, por ejemplo, el ancho y la profundidad son iguales. En otra realizacion, los vasos 12, 14, 16, 18, 20 pueden tener una relacion de aspecto de 1:2; 2:1; o similares. Ademas, cualquier relacion de aspecto tal como el intervalo de 100:1 o 1:100 puede considerarse dependiendo de la aplicacion particular de la red vascular.

En referencia a la figura 2, se muestra una vista en perspectiva de una parte 30 de trifurcacion de una red vascular. La parte 30 de trifurcacion incluye tambien un sustrato 31 que forma un vaso 32 primario, que se divide en dos vasos 34 secundarios y un vaso 36 secundario mayor como ocurre normalmente en el cuerpo. En este caso, la ley de Murray es do3 = di3 + d23 + d33. Preferentemente, la ley de Murray se aplica con el fin de lograr una densidad de canal capilar adecuada para que la distancia entre los canales 32, 34, 36 no exceda la distancia de difusion maxima de oxigeno y nutrientes.

En una realizacion, la distancia maxima entre los canales no excederia los 40 jm. En otra realizacion, esta distancia maxima no excederia 500 jm. En otra realizacion, esta distancia maxima estaria en un intervalo de entre 200 jm a 300 jm. En otra realizacion, una mayoria de los canales caerian dentro de una distancia maxima de una minoria de canales que tendrian una distancia entre ellos superior al maximo preferente. Una red necesita seguir o aproximarse a la ley de Murray y los otros principios de diseno descritos en el presente documento y lograr una ramificacion estrategica que daria como resultado el logro de la distancia maxima entre canales.

Generalmente, el angulo de bifurcacion del vaso primario y los vasos secundarios en el cuerpo se refiere a los diametros relativos de los vasos secundarios. Estas relaciones se describen en la literatura. En principio, si hay dos vasos 14 secundarios que son de igual diametro como se muestra en la figura 1, el angulo 22 preferente entre un eje 24 del vaso 12 primario y el vaso secundario es aproximadamente de 45 grados.

Todavia en referencia a la figura 2, cuando uno o dos vasos 34 secundarios son mas pequenos que otro vaso 36 secundario, el angulo 38 preferente entre el eje 40 del vaso 32 primario y los vasos 34 secundarios deviene mayor de 45 grados y se acerca a los 90 grados conforme los vasos 34 secundarios devienen mucho mas pequenos que el

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vaso 32 primario y el otro vaso 36 secundario. Seguir estos principios biomimeticos de bifurcacion de angulos ayuda a lograr un flujo de sangre uniforme con interrupcion de cizalladura minima y, por lo tanto, la activacion plaquetaria.

En la realizacion de la figura 2, los canales 34 secundarios mas pequenos se orientan de tal manera que una parte inferior 42 del canal 34 no estan en el mismo plano con respecto a la parte inferior 44 del canal 32 primario, pero las respectivas partes superiores 32 y 34 estan en el mismo plano. Como resultado, un borde 46 se crea en la transicion entre los canales 32, 34. Adicionalmente, los bordes 48 verticales se crean en la misma transicion. Los bordes 46, 48 son un area potencial para contracciones de tension de cizalladura, separacion de flujo, estasis o turbulencia dentro del dispositivo.

Todavia en referencia a la figura 2, la parte inferior 44 del canal 32 primario incluye un radio de curvatura o filete 50 sobre cada lado. En ausencia de un radio de curvatura 50, hay una menor velocidad sanguinea en el area de esquina que en otras partes del canal 32. La adicion de filetes 50 crea una velocidad mas uniforme en el canal 32.

El tamano, la forma y la posicion de los filetes 50 se seleccionan usando analisis de mecanica de fluidos computacional (CFD). que es una herramienta usada para analizar caudales para predecir el comportamiento de un fluido dentro de un modelo definido. Una version de una herramienta CFD es el modulo FLOWORKS® dentro del software CAD 3D SOLIDWORKS® disponible de SolidWorks Corporation of Concord, Massachusetts. Los disenos de red vascular se moldean en tres dimensiones y despues se analizan con analisis CFD para recorrer y evaluar el rendimiento de las caracteristicas con respecto a los parametros seleccionados.

La modificacion de los elementos de diseno de las redes a partir de los principios biomimeticos conocidos puede llevarse a cabo, sin embargo, tres son los objetivos o criterios del flujo de fluido a traves de la red que se establecen y usan como una guia o como condicion de limite. Por ejemplo, la tension de cizalladura, la presion de entrada, la presion de salida y el caudal resultante pueden ser los objetivos primarios del diseno. Otros objetivos del diseno pueden incluir minimizar la separacion de flujo, minimizar las areas de baja velocidad de flujo y/o el estancamiento.

En una realizacion, las condiciones limitantes definidas para el analisis CFD de la red son una combinacion de la presion de entrada, la presion de salida y el caudal. El analisis se centra en la sangre en un modelo no newtoniano conforme el fluido fluye a traves de la red vascular. Despues de que el modulo CFD complete el analisis, los resultados se revisan, especificamente la caida de presion a traves de la red, el flujo dentro de la red, la tension de cizalladura sobre todas las paredes de la red, y la velocidad dentro de los canales, incluyendo la uniformidad de la velocidad. Si cualquiera de los parametros queda fuera de un intervalo meta, entonces el diseno se modifica y el analisis se repite.

Por ejemplo, si la tension de cizalladura dentro de una cierta area es demasiado alta, esa area del diseno se modifica y el analisis se ejecuta de nuevo. La secuencia iterativa de revisar un analisis, determinar un area del diseno que no es optimo, cambiar el diseno y ejecutar el analisis de nuevo se repite para optimizar muchas de las caracteristicas del diseno. Por ejemplo, el filete o la curvatura definida de cada borde para un flujo optimo se puede variar en respuesta al analisis CFD. En referencia de nuevo a la figura 2, las dimensiones de los filetes 50 en relacion con las del canal 32 se optimizaron usando un analisis CFD.

Ademas, los filetes 46, 48 y 49 en la transicion entre el canal 32 y el canal 34 son cada uno parametros diferentes. Las iteraciones en serie de cambios de diseno, los analisis CFD y la revision de los resultados pueden optimizar no solo cada filete sino la bifurcacion como una unidad asi el flujo en la convergencia de los canales 32, 34 y 36 es uniforme con cambios de tension de cizalladura minima y, por lo tanto, minimo riesgo de formacion de coagulo sanguineo. Como resultado del proceso iterativo, el diseno del canal de ramificacion se puede formar con perturbaciones de flujo minimas.

En referencia ahora a las figuras 3 y 4, se ilustran vistas superiores de un diseno 60 de red vascular. El diseno 60 de red vascular replica la estructura basica del sistema vascular del higado, que se dispone en un patron hexagonal radial. El diseno 60 de red vascular incluye un sustrato 61 que forma canales 62 con areas hexagonales o lobulillos 64 hepaticos (mejor visto en la figura 4) entre medias de los canales 62. Cada area hexagonal de un higado tiene varios (normalmente seis) vasos sanguineos en la periferia del lobulillo que experimenta una ramificacion hacia la vena central. El diseno basico para el diseno 60 de la red vascular se organizo de la misma manera que un lobulillo hepatico. El diseno 60 de la red vascular tiene seis canales 66 de entrada separados de manera radial que experimentan multiples bifurcaciones hacia una vena 68 de drenaje central.

A diferencia del lobulillo hepatico, que es una estructura solidamente embalada de vasos sanguineos y celulas, uno puede observar claramente que en ciertos puntos del diseno 60 de la red vascular, hay una distancia significativa entre los canales adyacentes. Un objetivo del diseno 60 de la red vascular fue tomar una etapa hacia la estructura fundamental de un lobulillo hepatico, pero mantener el patron de ramificacion de la red vascular simple para entender la utilidad de los principios de diseno biomimetico. Otros disenos pueden seguir un patron mucho mas denso para lograr la administracion eficaz de oxigeno y nutrientes.

Por consiguiente, en el diseno 60 de la red vascular plana de la figura 3, los canales 66 de entrada y la vena 68

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central de salida se orientan ortogonales a los canales 62 de ramificacion. Los canales 62 son rectangulares con una relacion de aspecto de 1:1 y diametros hidraulicos de acuerdo con la ley de Murray. Los canales 62 empiezan con el canal 70 inicial en comunicacion fluida con los canales 66 de entrada. Los canales 70 iniciales se ramifican sucesivamente, de una manera bifurcada, en canales 72, 74, 76, 78 sucesivamente mas pequenos. Los canales 78 de diametro mas pequeno tienen un diametro de preferentemente 200 jm mientras que los canales 70 iniciales desde la entrada tienen un diametro de 608 |jm. Ya que los canales 62 experimentan bifurcaciones simples, los angulos de bifurcacion tienen 45 grados cada uno. De manera similar, los canales 62 se unen para formar sucesivamente canales 80, 82, 84, 86 mas grandes, que tambien tienen angulos de bifurcacion de 45 grados con los canales 86 de union mas grandes estando en comunicacion fluida con la vena 68 central de salida.

Generalmente, en el cuerpo, cuanto mas pequeno es el diametro del vaso sanguineo, mas corto es el vaso sanguineo, siendo los capilares los vasos sanguineos mas cortos. Mas especificamente, la literatura enumero las longitudes de diversos vasos segun un diametro de vasos a partir de arterias con un diametro de 4 mm hasta capilares con un diametro de 8 jm. Usando estos datos en un programa, una ecuacion polinomica de 3er orden se determino a traves del analisis que mejor coincide para derivar una longitud biomimetica para los canales de diametro diferente en el diseno 60 de la red vascular. Para un vaso sanguineo de diametro x, la longitud y se determino mediante la ecuacion y = -1E-09x3 + 8E-06x2 + 0,0259x + 0,1226.

Para el diseno 60 de la red vascular, los canales 78 mas pequenos tenian un diametro de 200 jm y la longitud biomimetica derivada de la ecuacion indicada anteriormente se uso para determinar una longitud biomimetica de 6,79 mm. Las ramas 70, 72, 74 y 76 que precedieron al canal 78 mas pequeno y las ramas 80, 82, 84, y 86 que siguieron, podrian no construirse con sus longitudes biomimeticas debido a las restricciones de tamano del molde. Por lo tanto, se uso la longitud biomimetica del canal 78 mas pequeno y las longitudes de los otros canales (70, 72, 74, 76, 80, 82 y 84) se escalaron al 39,2 % de su longitud biomimetica para permitir que la red vascular al completo encajara en el tamano de molde definido de 15,24 cm de diametro. Por lo tanto, el diseno 60 de la red vascular usa proporcionalmente longitudes mas pequenas a la vez que preserva las relaciones de longitud entre los canales de diferentes diametros. En otra realizacion, las longitudes biomimeticas de todos los canales se podrian escalar de igual manera.

La tension de cizalladura en las arterias es de entre 15 y 70 dyn/cm2. Los canales 62 se disenan en respuesta al caudal sanguineo bajo el analisis CFD para formar curvas que minimizan las concentraciones de tension de cizalladura. A traves de un proceso de diseno iterativo que usa los resultados de repetidos analisis CFD, la curvatura del diseno 60 de la red vascular se mejoro para minimizar las concentraciones de tension de cizalladura. El diseno 60 de la red vascular tambien mantiene al menos algunos de los canales 70, 72, 74, 76, 78 de entrada en el intervalo de tension de cizalladura fisiologica para las arterias. Adicionalmente, como se describio anteriormente, los canales 62 pueden tener radios de curvatura o filetes, particularmente en los puntos de bifurcacion, para mejorar las caracteristicas de flujo. En resumen, todos los canales 62 pueden evaluarse y perfeccionarse usando resultados a partir de analisis CFD repetidos para minimizar la variacion de tension de cizalladura.

El sistema venoso en el cuerpo tiene diametros comparativamente mas grandes y menor tension de cizalladura que el sistema arterial. En consecuencia, la tension de cizalladura dentro del sistema venoso es normalmente de 1 a 5 dyn/cm2, que es menor que la tension de cizalladura en el sistema arterial. El diseno 60 de la red vascular tiene menor tension de cizalladura en los canales 80, 82, 84, 86 de salida para minimizar la resistencia e imitar los valores de tension de cizalladura venosa. Hay un equilibrio entre lograr un valor de tension de cizalladura bajo para replicar las venas humanas y tener un flujo sanguineo demasiado bajo de tal manera que se puede iniciar un trombo. Por lo tanto, los canales 80, 82, 84, 86 de salida se amplian en diametro en comparacion con los canales 70, 72, 74, 76, 78 de entrada para lograr un valor de tension de cizalladura de generalmente entre 6 y 10 dyn/cm2.

En otras realizaciones, los valores de tension de cizalladura para la parte de flujo de entrada de una red vascular pueden corresponder a los valores de tension de cizalladura arterial normales y las partes de flujo de salida de la red puede corresponder a valores de tension de cizalladura venosa normales. El grado de ampliation de los diametros del sistema venoso puede ser en el intervalo del 1 % al 50 % de los diametros de flujo de entrada correspondientes. En otra realizacion, el grado de escalado venoso puede estar en un intervalo del 5 % al 15 % de los diametros venosos correspondientes. Aunque el diseno 60 de la red vascular tiene un patron de ramificacion en la parte de flujo de salida que replica estrechamente el patron de ramificacion en la parte de flujo entrada, en otras realizaciones, el patron de ramificacion de las partes de flujo entrada y flujo salida pueden no ser similares. Ademas, el patron de ramificacion entre las partes de las areas de flujo entrada de la red puede ser diferentes a otras areas de la red de flujo entrada. Ademas, en otras realizaciones, el patron de ramificacion entre las partes de las areas de salida de la red puede ser diferente a otras areas de la red de salida.

Proceso para crear el diseno de la red vascular

Las redes vasculares anteriores para el desarrollo de organos derivados de ingenieria tisular se fabricaron utilizando moldes creados usando el proceso de fotolitografia y moldeado de replica usando silicona como se describio en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Numero 10/187.247, presentada el 28 de junio de 2002 y la solicitud de Patente de Estados Unidos Numero 10/983.213, presentada el 5 de noviembre de 2004. La fotolitografia es solo

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capaz de crear una unica profundidad de canal o multiples profundidades con transiciones de etapas verticales. En cambio, el diseno 60 de la red vascular tiene muchos diametros distintos de canales y estos canales pueden lograr el flujo sanguineo mas uniforme si los canales tienen una relacion de aspecto diferente a 1:1. Ademas, una transicion uniforme profunda entre los canales puede minimizar los cambios de tension de cizalladura. Minimizar los cambios de tension de cizalladura y las perturbaciones de flujo asociadas minimizaran la coagulacion dentro del dispositivo resultante. En este sentido, el dispositivo se puede caracterizar como teniendo una trombogenicidad baja.

Aunque se use la fotolitografia para crear un molde para fabricar el diseno 60 de la red vascular es posible, se utilizo un proceso de fabricacion diferente, es decir, mecanizado de descarga electrica (EDM) o equipo de herramientas de micromecanizado disponibles de Microlution, Inc. of Chicago, Illinois. En el proceso EDM, se crea un electrodo en forma de la imagen inversa o en espejo del diseno 60 de la red vascular sin grafito usando procesos de mecanizado de fresado tradicionales. El electrodo se usa entonces para vaporizar metal en el patron deseado para crear un molde metalico o vascular (no mostrado). El molde es preferentemente un molde positivo, asi las caracteristicas del canal son crestas que se proyectan desde una base. Para crear el diseno 60 de la red vascular, se coloca un material sobre el molde de una manera en la que el material tome la forma del patron de la red proyectada. El molde se retira entonces del material o sustrato 61, dejando la huella del diseno 60 de la red vascular en el material.

El implante montado usando el diseno de la red vascular

En referencia ahora a la figura 5, se muestra una vista despiezada de un implante 100 que usa el diseno 60 de la red vascular. El implante 100 incluye una capa 110 perforada y una capa 120 de cabecera, que se monta sobre la parte superior del diseno 60 de la red vascular para envolver los canales 62 sustancialmente como se muestra en la figura 6. El diseno 60 de la red vascular tiene entradas 66 que aceptan flujo de entrada en una direccion ortogonal al patron ramificado de los canales 62 en el diseno 60 de la red vascular. Para dirigir el flujo sanguineo desde un vaso sanguineo y a las entradas 66 del diseno 60 de la red vascular, la capa 120 de cabecera distribuye la sangre desde una unica entrada 122 central a traves de los canales 124 radiales.

En el extremo radialmente hacia afuera, los canales 124 radiales forman una abertura 126, que se alinea con un agujero 112 pasante respectivo en la capa 110 perforada. El agujero 112 pasante, a su vez, se alinea con las entradas 66 del diseno 60 de la red vascular de manera que la sangre fluya desde una unica entrada 122 central de las entradas 66. La sangre pasa a traves de la entrada 122 central de la capa de cabecera, los canales 124 radiales de la capa de cabecera, los agujeros 112 pasantes en la capa 110 perforada, a las entradas 66 del diseno 60 de la red vascular, a traves del patron ramificado de los canales 62, y fuera de la abertura 68 central del diseno 60 de la red vascular.

En referencia a la figura 7, se muestra una vista en corte transversal montada de un implante o andamiaje 100 que usa el diseno 60 de la red vascular simplificada. La sangre entra en el andamiaje 100 a traves de una boquilla 130 de entrada. La ruta del flujo sanguineo se designa con flechas "a". La sangre pasa a traves de una capa 120 de cabecera que separa y dirige la sangre de manera racial hacia afuera a traves de los canales 124. La sangre seguidamente fluye a traves del agujero 112 pasante a la capa 110 perforada y a las entradas 66 de la capa 60 vascular. La sangre seguidamente se dirige a traves de los canales 62 del diseno 66 de la red vascular, donde la sangre se recoge en una salida 68 central. La sangre seguidamente procede a traves de la boquilla 132 de salida.

Se colocan celulas particulares para el tipo de tejido que se esta generando (por ejemplo, hepatocitos para el higado) en al menos una camara 172 parenquimatosa definida por la capa 170 celular. La camara 172 parenquimatosa se separa de los canales 62 de la red vascular por una capa 110a de membrana semipermeable (ver figura 7). La membrana se puede formar a partir de una fuente fisiologica (por ejemplo, derivada de un tejido vivo), o a partir de material no degradable biologicamente compatible tal como celulosa, polidimetilsiloxano (PDMS), polimetilmetacrilato (PMMA), polietersulfona (PES), polisulfona (PS), policaprolactona (PCL) o biocaucho, pero la invention no esta se limita asi. Las "celulas parenquimatosas" incluyen los elementos funcionales de un organo, diferentes de la estructura o estroma. Las celulas parenquimatosas pueden incluir, pero no estan limitadas a, celulas de musculo lisas o esqueleticas, fibroblastos, condrocitos, adipocitos, fibromioblastos, celulas ectodermicas, que incluyen celulas ductiles y cutaneas, hepatocitos, celulas del rinon, celulas del higado, celulas cardiacas, celulas madre que incluyen celulas madre mesenquimatosas adiposas o derivadas del hueso, celulas madres embrionarias y celulas madre pluripotentes inducidas, osteoblastos y otras celulas que forman hueso o cartilago, y celulas hematopoyeticas. Las celulas no se limitan a celulas parenquimatosas, sino que pueden ser otros muchos tipos de celulas (celulas madre o progenitoras).

Conforme la sangre fluye a traves de la capa 60 de la red vascular, el oxigeno y los nutrientes se difunden a traves de la capa 110a de membrana para nutrir las celulas dentro de la camara 172. Los residuos generados por las celulas en la camara 172 se pueden difundir de vuelta a traves de la capa 110a de membrana y en los canales 62 de la capa 60 de la red vascular. La camara 172 puede tener una o mas entradas 174 donde las celulas se pueden infundir, inyectar o insertar de otra manera en la camara 172 del implante 100. La ruta del flujo de las celulas se designa con flechas "b".

En la realization de las figuras 5-7, hay seis canales 124 separados radialmente sobre la capa 120 de cabecera que

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se alinea con seis entradas 66 del diseno 66 de la red vascular. La entrada 122 y la salida 68 centrales unicas se alinean con las boquillas 132, 134 pero se pueden utilizar otras configuraciones como dos entradas y dos salidas. En otra realizacion, puede haber cuatro entradas y una salida. En otra realization, el numero de entradas puede estar en el intervalo de 1 a 120. En otra realizacion, el numero de salidas puede estar en un intervalo de 1 a 120.

El implante 100 tiene las boquillas 130, 132 para interconectarse con los vasos sanguineos del cuerpo. La boquilla 130 de entrada preferentemente se monta de manera permanente a la entrada 122 central de la capa 120 de cabecera y la boquilla 132 de salida se monta de manera permanente a la salida 68 del diseno 60 de la red vascular. Las boquillas 130, 132 pueden utilizar un injerto vascular artificial estandar, tal como un injerto PTFE. El injerto vascular puede asegurarse en los conectores o boquillas 130, 132 mediante comprension intrinseca del injerto alrededor de la boquilla 130, 132 respectiva, tal como mediante una o mas suturas, grapas, adhesivo, dispositivos de bloqueo o cualquier combination de los mismos. En otra realizacion se puede incorporar un injerto directamente en el material del andamiaje sin acoplarse a una boquilla. Un injerto se puede asegurar directamente a un componente del andamiaje tal como la capa 120 de cabecera mediante una o mas suturas, grapas, adhesivo, dispositivos de bloqueo o cualquier combinacion de los mismos.

Otro implante montado

En referencia a la figura 8, se muestra otro implante 200 montado en una vista en section transversal. Como se apreciara por aquellos normalmente experta en la materia pertinente, el implante 200 utiliza principios similares al implante 100 descrito anteriormente. Por consiguiente, las referencias numericas similares precedidas por el numero "2" en lugar del numero "1" se usan para indicar elementos similares siempre que sea posible. La diferencia fundamental del implante 200 en comparacion con el implante 100 es que tiene multiples capas vasculares o disenos 260a, 260b unidos a una unica capa 220 de cabecera. Cada diseno 260a, 260b de la red vascular se acopla a la capa 210a, 210b semipermeable y capa celular 270a, 270b respectivas.

El numero de capas vasculares puede variar tal como dentro del intervalo de 2 a 1000 o mas. El numero y el tamano de las capas para un implante depende del tejido particular, y de la cantidad de tejido necesario, y del tamano del paciente. El numero de andamiajes tambien se puede aumentar para acomodar las necesidades del paciente.

Para multiples capas 260a, 260b vasculares, las entradas 266a, 266b se redisenan para equilibrar el flujo entre las capas 260a, 260b. Por ejemplo, las entradas 266a, 266b pueden estrecharse. Alternativamente, cada capa 260a, 260b vascular puede alimentarse solo de la mitad de los canales 224 radiales de la capa 220 de cabecera. Como se muestra en la figura 8, la capa 260a vascular tiene agujeros 266 de entrada que se extienden a traves, de una manera estrechada. Asi, la sangre entra por ambos canales 262a, 262b de ambas capas 260a, 260b pasando parcialmente a traves de la capa 260a vascular en la capa 262b vascular inferior.

Durante su uso, la sangre del paciente entra en el implante 200 a traves de la boquilla 230 de entrada y procede en la capa 220 de cabecera, donde la sangre se dirige radialmente a traves de los canales 224 de distribution. La sangre procede a traves de los agujeros 212 pasantes en la capa 210 perforada y en las entradas 266a, 266b de las capas 260a, 260b vasculares.

Con mas de una capa 260a, 260b vascular, una parte del flujo sanguineo continua verticalmente hacia abajo pasada la capa 260a superior, a traves de las aberturas 212a respectivas en la capa 210a de membrana semipermeable y la capa 270a parenquimatosa y en las entradas 266b de la capa 260b vascular inferior. Como se senalo anteriormente, para facilitar incluso la distribucion de la sangre entre las capas 260a, 260b vasculares, las entradas 260a, 260b respectivas y las aberturas 212a deben estrecharse. Alternativamente, seleccionar canales 224 radiales puede alimentar diferentes capas 260a, 260b vasculares.

Dentro de las capas 260a, 260b vasculares, la sangre se dirige a traves de los canales 262a, 262b de bifurcacion en las salidas 268a, 268b de recoleccion central. Las salidas 268a, 268b de recoleccion se extienden a traves de las capas 210a, 210b de membrana semipermeable subyacentes y las capas 270a, 270b celulares para descargar la sangre a traves de la boquilla 232 de salida. La boquilla 232 de salida puede dirigir de vuelta la sangre en el vaso sanguineo del paciente o en otro dispositivo para procesamiento adicional antes del reingreso. Las membranas 210a, 210b semipermeables estan adyacentes a las capas 260a, 260b de la red vascular para separar las capas 260a, 260b de la red vascular de las capas 270a, 270b parenquimatosas adyacentes, pero aun permiten que el oxigeno y los nutrientes pasen. Las capas 270a, 270b parenquimatosas forman camaras 272a, 272b que contienen celulas que corresponden al tejido que el implante 200 esta supliendo o reemplazando.

Durante la operation, puede haber mas de un implante o andamiaje con una pluralidad de capas vasculares y otras capas. El numero de implantes o andamiajes puede estar en el intervalo de 1 a 50. En otra realizacion, el numero de implantes o andamiajes puede estar en un intervalo de 2 a 8. Los implantes pueden tener multiples entradas y salidas. Por ejemplo, se puede utilizar una serie de entradas para suministrar sangre a seis capas vasculares. Los implantes pueden conectarse tambien en una configuration en paralelo y/o en serie entre el vaso sanguineo de suministro y el vaso sanguineo de retorno. Se pueden usar injertos bifurcados si es necesario. El numero de andamiajes y por lo tanto de componentes celulares puede ser diferente para cada paciente y por lo tanto puede

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usarse un tamano o una configuration diferente del dispositivo para cada paciente. Las camaras 272a, 272b tienen dos entradas 274a, 274b donde las celulas pueden infundirse a lo largo de la ruta de flujo indicadas con flechas b, inyectadas o insertadas de otra manera en la camara 272a, 272b del implante 200.

Funcionamiento del implante

Se han construido y probado los implantes 100 de acuerdo con la figura 6. El molde para la capa 60 vascular se construyo con el proceso EDM como se describio anteriormente. El molde para la capa 120 de cabecera se construyo usando un proceso de fresado tradicional. La capa 110 perforada se formo usando un plato de Petri estandar como un molde con un proceso de golpe para crear los agujeros 112. Las boquillas 132 se crearon usando un proceso de mecanizado tradicional. El implante 100 se fabrico de un polidimetilsiloxano (PDMS), un material similar a la silicona, como material para la capa 120 de cabecera, las capas 60 vasculares y la capa 110 perforada. Las boquillas 132 se pueden realizar con policarbonato o nailon. Para el conjunto, la capa 120 de cabecera, las capas 60 vasculares y la capa 110 perforada se adhirieron entre si con conexion de plasma de oxigeno.

Los implantes 100 se probaron con sangre de oveja anticoagulada que fluia en varios caudales y las presiones de entrada del dispositivo se midieron. Los resultados se compararon con los resultados esperados de la presion de entrada de acuerdo con el analisis CFD. La figura 9 es un grafico de los resultados de las pruebas de sangre in vitro y los analisis de flujo de sangre a traves del implante 100 usando mecanica de fluidos computacional. Los resultados del flujo in vitro y los resultados del CFD tuvieron una buena correlation, especialmente en el punto de diseno de una caida de presion de 6 mmHg a traves del implante 100. Hubo menos del 5 % de variation entre el rendimiento in vitro y los datos CFD esperados.

Otra capa vascular

En referencia a las figuras 10 y 11, se muestra un molde 360 para fabricar otra capa vascular en vista en perspectiva. El molde 360 consiste en caracteristicas elevadas donde la capa vascular consiste en canales. Como se apreciara por aquellos normalmente expertos en la materia pertinente, una capa vascular fabricada a partir del molde 360 utiliza principios similares a los de las capas 60, 160, 260 descritas anteriormente. La diferencia fundamental de la capa vascular fabricada a partir del molde 360 en comparacion con las capas 60, 160, 260 vasculares es una densidad de los canales 362 aumentada.

La red de ramification de canales 362 en la capa vascular fabricada a partir del molde 360 tiene dos entradas 364 y dos salidas 366. Un canal 368 principal se extiende desde cada entrada 364 en canales 370 secundarios a traves de una serie de trifurcaciones y en ultima instancia en una bifurcation. Los canales 370 secundarios seguidamente se ramifican en subunidades 372 como capilares que se repiten.

Cada subunidad 372 es similar, aunque puede ser apropiado variaciones significativas para ciertas aplicaciones. Cada subunidad 372 tiene un canal 386 de entrada inicial seguido por una serie de tres bifurcaciones para formar una serie de canales 384, 382, 380 sucesivamente mas pequenos (como se ve mejor en la figura 11). En una realization, los canales 380 mas pequenos tienen un largo de 100 |jm y 100 |jm de profundidad y todos los canales 386, 384, 382, 380 tienen una relation de aspecto de 1:1.

Despues de los canales 380 mas pequenos, las subunidades 372 se aglutinan en canales 378, 376, 374, 388 sucesivamente mas grandes y el flujo se acumula en dos salidas 366. La capa 360 vascular puede tambien tener canales orientados verticalmente en el area de la entrada y la salida asi se pueden montar multiples capas. Tambien se contempla que un implante resultante (no mostrado) podria tener una capa de cabecera, una capa perforada, boquillas, y/o injertos vasculares que o tubos hacia los injertos vasculares y similares. Los injertos vasculares pueden anastomosarse adicionalmente en un vaso sanguineo en el cuerpo.

Mas funcionamiento del implante

La capa de diseno vascular fabricada a partir del molde 360 de las figuras 10 y 11 fue el prototipo. El molde 360 creado fue un molde de caracteristica positiva. El molde 360 se creo en delrin usando tecnologia de microdresado. Usando el molde 360, se crearon capas vasculares usando PDMS, que se vertio sobre el molde 360, se curo y se retiro. Se conecto una segunda capa (no mostrada) a la parte superior de la red vascular abierta para crear una red vascular cerrada. Las dos capas se conectaron juntas usando conexion de plasma de oxigeno. Se adoso tubo de silicona en las entradas 364 y en las salidas 366. Se usaron un conector con puas externo y un conector de tipo T para dirigir de manera uniforme el flujo de entrada en las dos areas de entradas y recoger el flujo de salida de las dos areas de salida.

Las pruebas in vitro se llevaron a cabo en la red vascular usando sangre de oveja anticoagulada. La sangre se bombeo a traves de la red vascular usando una bomba de jeringa y la presion de entrada a la capa vascular fabricada a partir del molde 360 se registro sobre un intervalo de flujos. La figura 12 es un grafico de la prueba in vitro con sangre en comparada con un punto de datos a partir de los analisis CFD. Los resultados del analisis CFD para el punto de diseno de una presion diferencial de 16 mmHg rindio un caudal de 6,35 mmHg, mostrados en el

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grafico.

La prueba in vitro necesito aproximadamente un 20 % de presion de entrada superior para alcanzar un caudal similar. El analisis CFD es util para predecir con razonable precision la presion de entrada para un caudal dado a traves de la red vascular fabricada a partir del molde 360. En el caudal de 6,36 mmHg, la tension de cizalladura dentro de la red vascular se controla dentro de un intervalo fisiologico. Las perturbaciones de flujo se minimizan como resultado de perfeccionar los angulos de bifurcation y los filetes para el diseno.

Las redes vasculares divulgadas en el presente documento demuestran los principios de diseno fundamental que pueden ser utiles para generar un conjunto amplio de andamiajes para ingenieria tisular. Los disenos se refieren al diseno general para un lobulillo hepatico, pero se podrian aplicar a otros andamiajes de organos tambien. Las redes vasculares pueden adaptarse de tal manera que la presion a traves del andamiaje se empareja con el diseno del andamiaje asi hay un flujo sanguineo adecuado en el andamiaje para suministrar oxigeno y nutrientes a las celulas.

Una aplicacion de higado

En referencia ahora a la figura 13, se muestra esquematicamente un diseno 400 de la red vascular que utiliza un patron de poligonos que se repiten similar al de un higado. En otra realization, el diseno de la red vascular puede disponerse en un patron radial que se repite similar al de las figuras 3-8.

En un higado, se disponen lobulillos hepaticos poligonales (por ejemplo, hexagonales) en un patron que se repite para lograr una configuration de alta densidad. El diseno 400 de la red vascular incluye multiples estructuras 402 poligonales, teniendo cada estructura 402 poligonal multiples entradas 404 vasculares dispuestas en un patron radial alrededor de una salida 406 vascular central. El diseno 400 de la red vascular tambien podria incluir una red 408 de ramification de canales entre las entradas 404 vasculares y la salida 406 vascular central. El diseno 400 de la red vascular de ramificacion puede ser similar al diseno ilustrado en las figuras 3-8 en otros aspectos.

En otra realizacion, el diseno de la red vascular de ramificacion puede seguir los principios de diseno como se indico anteriormente aun logrando una alta densidad de canales vasculares. Por ejemplo, las estructuras 402 poligonales se pueden colocar adyacentes entre si de tal manera que las entradas 404 vasculares se ramifican en multiples canales que forman parte de la red de canales para multiples estructuras poligonales. Los diametros de estas entradas vasculares pueden ser diferentes de las entradas vasculares colocadas en el borde del diseno que puede ramificarse solo en canales que contribuyen a una unica estructura poligonal. Las estructuras poligonales pueden replicarse en una manera que nueve estructuras poligonales se combinan para crear una unica capa vascular. En otra realizacion, el numero de estructuras poligonales adyacentes que crean una capa vascular puede estar en un intervalo desde 1 hasta 100.

Como se describio anteriormente, el flujo del paciente puede entrar en el andamiaje a traves de una unica caracteristica tal como una boquilla de entrada. El diseno 400 de la red vascular puede tener un sistema de cabecera (no mostrado) que distribuye uniformemente el flujo de entra desde una unica caracteristica en todas las entradas 404 vasculares. El sistema de cabecera puede incorporar una o mas capas de cabecera para lograr incluso la distribution del flujo e incorporar caracteristicas para minimizar la formation de trombos. De una manera similar, puede haber un sistema de cabecera que recoge el flujo de las salidas 406 vasculares y desvia hacia el una unica caracteristica de salida tal como una boquilla.

En referencia a la figura 15, se muestra un implante 600 de acuerdo con la tecnologia objeto colocada como un dispositivo de asistencia al higado. El implante 600 derivado de ingenieria tisular se conecta entre la vena 602 porta y la vena cava 604 inferior del higado 606. En un paciente con un fallo de higado, su presion portal es normalmente 10 mmHg o superior y la presion de la vena cava inferior es a menudo 0-2 mmHg. Asi, la presion diferencial (por ejemplo, la diferencia de la presion de entrada y salida) puede ser 8 mmHg. Asi, el flujo a traves del andamiaje para un higado derivado de ingenieria tisular debe adecuarse con presiones aproximadamente bajas.

En otra realizacion, un andamiaje vascularizado para un higado derivado de ingenieria tisular puede incorporar flujo de entrada de sangre de la vena porta y flujo de entrada de sangre arterial en el andamiaje y puede tener flujo de salida venoso comun. El andamiaje puede ser analogo al higado humano que tiene tanto entradas de la vena porta como de la arteria hepatica. La arteria hepatica principalmente soporta las celulas biliares del higado y los hepatocitos en la parte exterior del lobulillo hepatico. Puede haber entradas arteriales dentro de una capa vascular en la misma region que las entradas de la vena porta. La red de ramificacion resultante de las entradas arteriales no puede extenderse a y conectarse directamente con una salida central. La red arterial puede conectarse directamente con la red de ramificacion desde la vena porta.

Todavia en otra realizacion, la red vascular arterial iria a traves de una ramificacion suficiente y tendria suficiente caida de presion como para no cambiar significativamente la presion dentro de los canales de la vena porta cuando se conectan a ella. La red arterial de ramificacion puede ser una capa diferente, o un plano diferente o de otra manera remota de la red de vena porta de ramificacion. La red arterial de ramificacion puede tambien conectarse directamente con una salida de drenaje central que puede incluir una salida desde la red de la vena porta.

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En otra realizacion, si se crea un andamiaje vascularizado para un pulmon derivado de ingenieria tisular, el andamiaje vascularizado puede colocarse entre la arteria pulmonar y la auricula izquierda. Dependiendo del grado de hipertension pulmonar de un paciente con enfermedad del pulmon en fase terminal, el medio de presion diferencial entre la arteria pulmonar y la auricula izquierda puede ser de 12 a mas de 20 mmHg. Un andamiaje de pulmon vascularizado puede necesitar tener suficiente flujo para una presion diferencial en este intervalo. En otra realizacion, el andamiaje vascularizado puede adaptarse para crear al menos una parte de un rinon, pancreas, musculo esqueletico, corazon, intestino, vejiga, lengua o cualquier otro tejido blando derivado de ingenieria tisular.

Una aplicacion de pulmon

En referencia a la figura 16, se muestra un implante 700 de acuerdo con la tecnologia objeto colocado como un dispositivo de asistencia al pulmon. El implante 700 derivado ingenieria tisular se conecta entre la arteria 702 pulmonar y la auricula izquierda del corazon 704. En esta posicion, el implante 700 de pulmon derivado de ingenieria tisular aumenta la funcion del pulmon 706. Un paquete 708 externo proporciona oxigeno, aire u otro gas o mezcla de gas al implante 700. Durante su uso, los flujos de sangre a traves del implante 700 que incluyen capa(s) vascular(es) se describen en la figura 6. El oxigeno u otro gas fluye a traves de la capa parenquimatosa, separada de la capa vascular mediante una membrana permeable al gas. El oxigeno se difunde desde la capa parenquimatosa a traves de la membrana y en la sangre. Ademas, el dioxido de carbono se difunde desde la sangre a traves de la membrana y en la capa parenquimatosa. El flujo de gas a traves de la capa parenquimatosa limpia el dioxido de carbono fuera de la capa parenquimatosa. Este intercambio de oxigeno y de dioxido de carbono entre la sangre y la capa parenquimatosa lleva a cabo funciones fundamentales de un pulmon, que es la oxigenacion de la sangre y la eliminacion de dioxido de carbono de la sangre. Para la aplicacion del pulmon derivado de ingenieria tisular, la membrana 110a semipermeable de la figura 7 es permeable al oxigeno y al dioxido de carbono. La membrana puede ser porosa, no porosa o una combinacion de partes porosas y no porosas. Por ejemplo, la membrana puede ser un material poroso, tal como policarbonato cubierto con un material permeable muy delgado no poroso sino gas tal como silicona. En otra realizacion, la membrana puede ser un material reabsorbible tal como colageno.

Ademas, la membrana puede cubrirse con celulas. En una realizacion de la parte de la membrana adyacente a la capa vascular se puede cubrir con celulas endoteliales. En otra realizacion, estas celulas endoteliales pueden ser celulas endoteliales del pulmon o celulas endoteliales que no sean del pulmon que expresan carbonato-deshidratasa sobre sus membranas. El carbonato-deshidratasa es una enzima que convierte el bicarbonato en dioxido de carbono. En la sangre, la mayoria del dioxido de carbono se produce en forma de bicarbonato. En el pulmon, el bicarbonato se convierte rapidamente en dioxido de carbono mediante carbonato-deshidratasa y seguidamente se puede difundir en los espacios de aire del pulmon, los alveolos. En otra realizacion, la membrana se puede cubrir con celulas endoteliales como se describio anteriormente sobre el lado adyacente de la capa vascular y cubrir con celulas epiteliales (Tipo I, Tipo II o ambos) sobre el lado parenquimatoso de la membrana. Para la aplicacion del pulmon derivado de ingenieria tisular, el area superficial total de la capa vascular y la interfaz de la capa parenquimatosa es suficiente para tener un intercambio de oxigeno, dioxido de carbono o ambos para aumentar la funcion del pulmon de un paciente.

En una realizacion, el andamiaje se puede colocar dentro de cuerpo como se describio anteriormente. En otra realizacion, el andamiaje se puede colocar fuera del cuerpo con conexiones vasculares u otras (por ejemplo, biliar, respiratoria y similares) interconectandose con el andamiaje sobresaliendo a traves de la piel o de otra abertura en el cuerpo. Un andamiaje colocado de manera externa puede ser util para soportar temporalmente un organo tal como el higado o el pulmon. En otra realizacion, se puede colocar una bomba en el circuito entre el paciente y un andamiaje externo para aumentar el flujo de la sangre a traves del andamiaje. Los tipos de bombas pueden incluir una bomba de rodillos, una bomba centrifuga o una bomba de piston. Por ejemplo, un dispositivo de asistencia temporal al pulmon puede interconectarse con un paciente de una tal manera que dos cateteres venosos separados suministran sangre al andamiaje y devuelven sangre desde el andamiaje. Debido a una caida de presion inadecuada entre dos venas, se puede anadir una bomba externa al efecto del flujo de la sangre a traves del andamiaje.

El material para la red vascular puede componerse de un material que permite la fijacion de celulas. En otra realizacion, el material puede permitir la fijacion de celulas vasculares tales como celulas endoteliales, celulas de musculo liso, y fibroblastos. En otra realizacion, el material puede ser un material no reabsorbible, un material reabsorbible o una combinacion de materiales reabsorbibles y no reabsorbibles. En otra realizacion, el material puede ser una combinacion de materiales reabsorbibles o una combinacion de materiales no reabsorbibles. Se muestra en la tabla 1 una lista representativa, pero no exhaustiva de materiales reabsorbibles o polimeros biodegradables para la construction de andamiajes vasculares.

Tabla 1

Poliesteres alifaticos Bioglass

Carboximetilcelulosa

Celulosa

Quitina

Citrato

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Colageno

Copolimeros de glicolido

CopoKmeros de lactido

Elastina

Fibrina

Hidrogel

Protemas modificadas Nailon-2

CopoKmeros de oxido de polietileno/PLA 6xido de polietileno-PLA (PELA)

Poli (aminoacidos)

Poli (carbonatos de trimetileno)

Poli(oxalatos de alquileno)

Poli(iglicolato de butileno) Poli(hidroxibutirato) (PHB)

Poli(n-vinilpurrolidona)

Poli(ortoesteres)

Polialkil-2-cianocrilatos

Polianhudridos

Policarbonatos

Polidepsipetidos

Polidihidropiranos

Poli-dl-lactido (PDLLA)

Poliesteramidas Poliesteres de acido oxalico Glicol de polietileno 6xido de polietileno Esteres de poliglicol Poli(glicerol sebacato)

Acido poliglicolico (pGa)

Poliminocarbonatos Acidos polilacticos (PLA)

Poli-L-lactida (PLLA)

Poliortoesteres Polidioxanona (PDO)

Polipeptidos Polifosfaceno Polisacaridos Poliuretanos (PU)

Alcohol de polivinilo (PVA)

Acidos poli-p-alcanoicos Acido poli-p-malico (PMLA)

Poli-£-caprolactona (PCL)

Pseudo-Poli(aminoacidos)

Almidon

Trimetilen carbonato (TMC)

PoKmeros basados en tirosinaCopolimeros de glicolida/L-lactida (PGA/PLLA)

CopoKmeros de glicolida/trimetilen carbonato (PGA/TMC)

CopoKmeros de lactida/tetrametilglicolida CopoKmeros de lactida/trimetilen carbonato Copolimeros de lactida/£-caprolactona CopoKmeros de lactida/6-valerolactona CopoKmeros de lactida/D-L-lactida Copolimeros de metilmetacrilato-N-vinilpirrolidona Copolimeros de PHBA/x-hidroxivalerato (PHBA/HVA)

PoKmeros de polihidroxivalerato (PHA)

Poli-p-hidroxipropionato (PHPA)

Poli-p-hidroxibutirato (PBA)

Poli-6-valerolactona

En otra realizacion, el espesor del material del andamiaje puede ser muy delgado. El espesor del material del andamiaje usado para crear una capa vascular con patron puede estar en el intervalo de 0,1 |jm a 1000 |jm de espesor. En otra realizacion, el espesor del material del andamiaje puede estar en un intervalo de 1 jm a 10 jm de espesor. En andamiaje o tejido de soporte de organos a menudo comprende colageno como un componente abundante.

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Capas de colageno

Una realizacion de esta construction puede incluir peliculas de colageno como material primario del andamiaje. El colageno es el componente primario de la matriz extracelular en organos solidos y otros tejidos que incluyen vasos sanguineos. La resistencia del colageno se destaca por la durabilidad de tejidos humanos. Por ejemplo, las venas humanas tienen normalmente una presion de ruptura de varios miles de mmHg siendo todav^a tan finas que parecen parcialmente transparentes. La resistencia de las peliculas delgadas de colageno puede permitir la creation de un andamiaje vascularizado con masa de componente de andamiaje minimo para maximizar la cantidad de tejido funcional presente en un volumen particular del andamiaje. Las celulas se adhieren facilmente al colageno y pueden absorber y remodelar el colageno para optimizar el andamiaje antes o despues de la implantation.

El colageno puede tambien construirse de una pelicula delgada, lamina y otra construccion porosa o no porosa. En una realizacion, una pelicula delgada, lamina u otra construccion de colageno tendra un grado de porosidad. En una realizacion, una pelicula delgada, lamina u otra construccion de colageno tendra un grado de porosidad. Los tamanos de los poros pueden permitir solo el paso de moleculas pequenas del intervalo de entre 1 a 500 kd. En otra realizacion, los poros pueden estar en un intervalo de 1 micra hasta 100 micras. La porosidad de la red de colageno puede ser suficiente para permitir la difusion de oxigeno, dioxido de carbono, proteinas, carbohidratos, grasas, farmacos, o cualquier otro activo biologico a traves de la red de colageno. La porosidad del colageno puede ajustarse para cumplir la difusion requerida para un tejido meta particular, tal como el corazon, el higado o el pulmon.

Dada la porosidad del colageno, puede que no se requiera una membrana adicional entre el canal vascular y las celulas del tejido u organo. Las celulas del tejido meta, por ejemplo, las celulas miocardicas, podrian colocarse directamente sobre la red vascular. Se puede anadir una segunda capa red vascular sobre la parte superior de las celulas asi cada area con celulas del tejido meta puede estar en contacto con mas de una capa de red vascular. Las redes vasculares sucesivas se pueden escalonar de un tal modo que los patrones de red vascular no se superpongan precisamente entre ellas. La falta de la disposition de alineacion puede permitir que las celulas del tejido entre las capas de red vascular esten mas cerca de un canal respectivo que si las capas estuvieran alineadas de manera precisa. Las peliculas de colageno pueden ser muy delgadas y pueden tener un patron para formar los patrones de ramification y camaras deseados.

La fabrication de un patron de red vascular sin colageno puede lograrse en una serie de metodos. Una pelicula, lamina u otra estructura delgada de colageno se puede formar en un patron consistente con un patron de red vascular, tal como las redes mostradas anteriormente. Una vez que la red con patron se crea en colageno, una segunda pelicula, lamina u otra estructura delgada de colageno que no tiene un patron se puede conectar a la red de colageno con patron, creando asi una red vascular de colageno sellada o cerrada que tiene una red de canales consistente con un diseno de red deseado. La red con patron creada en colageno puede tener canales, que tienen la profundidad deseada del canal final.

En otra realizacion, la red con patron creada en colageno puede tener la mitad de la profundidad deseada del canal final. La red con patron puede conectarse a una red con patron de manera similar, donde el resultado es una red vascular de colageno cerrada con la profundidad deseada del canal final. Aunque la red vascular de colageno cerrada se puede crear de una tal manera que la section transversal del canal es rectangular en un punto durante la fabricacion, al rellenar la red vascular con un fluido, la seccion transversal resultante del canal puede ser circular, oval, eliptica o puede retener una forma rectangular.

En referencia a la figura 14, se muestra una parte 502 de una red 500 vascular creada con una pelicula, lamina u otra estructura delgada de colageno. La parte 502 muestra un canal 504 vascular con un diseno de una sola bifurcation. El material 502 de colageno tiene un espesor total que puede ser menor que el diametro 506 interior del canal 504. Por ejemplo, el espesor del material o parte 502 de colageno puede ser de 10 |jm y el diametro 506 interior del canal 504 vascular puede ser de 100 jm. La red 500 vascular puede fabricarse creando una pelicula o lamina de colageno con patron o conectarse a una pelicula o lamina de colageno sin patron de la misma. La red 500 vascular podria tambien fabricarse conectando dos peliculas de colageno con patron juntas como se describio anteriormente.

La fabricacion de una pelicula de colageno con patron se puede conseguir comenzando con un molde positivo de la red vascular deseada. Un tal molde tiene crestas que corresponden a los canales deseados de la red. Es un negativo de la estructura deseada. Una solution, suspension, coloide y otra mezcla que contiene colageno puede verterse o colocarse de otra manera sobre el molde. La mezcla de colageno puede entonces secarse al aire o secarse al vacio. El secado puede tener lugar en o a aproximadamente temperatura ambiente.

Despues del secado, la pelicula de colageno puede separarse del molde dando como resultado una pelicula de colageno con patron. En otra realizacion, la mezcla de colageno puede gelificarse por incubation. El gel resultante puede secarse al aire o secarse al vacio. La pelicula de colageno resultante puede retirarse del molde y retener el patron y las caracteristicas del molde. Una pelicula de colageno con patron se puede conectar a una pelicula de colageno plana u otra con patron usando adhesivo, laminas de colageno adyacente de reticulation dehidrotermica,

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laminas de colageno adyacentes de reticulacion qmmica o colageno de reticulacion fotoqmmica con un tinte fotosensibilizante. En la realizacion donde se coloca una pelicula con patron adyacente a una pelicula sin patron o plana de colageno, la pelicula con patron o sin patron puede secarse, secarse parcialmente, o hidratarse. Un grado de hidratacion de una o mas peliculas puede dar como resultado un grado deseable de coaptacion de la parte no canalizada de la pelicula con patron en la pelicula plana correspondiente.

Las peliculas delgadas (por ejemplo, que tienen un espesor de menos de 10 |jm) con patron o sin patron pueden tener elementos de soporte periferico para ayudar en el manejo. Estos elementos pueden ayudar en el manejo de peliculas delgadas durante la creacion de patrones, coaptacion, conexion, apilamiento y acoplamiento de otros componentes en el proceso de fabricacion. Los elementos de soporte periferico pueden incluir un material de malla, un filamento, una pluralidad de filamentos, un material sustancialmente solido o un material solido. Los elementos de soporte pueden ser temporales y retirarse antes de implantar el andamiaje dentro del cuerpo de un ser vivo. Los elementos de soporte pueden implementarse de manera reabsorbible o no reabsorbible y puede implementarse en el cuerpo de un ser vivo dentro del andamiaje. Los tubos de entrada y los componentes de cabecera tambien se pueden componer de materiales de colageno que incluyen tubos de colageno.

Los componentes de colageno se pueden formar de colageno bovino, porcino, equino, ovino, humano y otras fuentes de mamiferos. Cualquier tipo de colageno o cualquier combinacion de tipos de colageno se puede usar. En otra realizacion, las peliculas con patron o sin patron se pueden componer de una mezcla de componentes de colageno y sin colageno. En otra realizacion, las peliculas pueden ser una mezcla de tipos de colageno (por ejemplo, tipos I, III, IV and VII). En otra realizacion, los componentes sin colageno pueden ser materiales derivados de membranas naturales o una o mas proteinas de matrices extracelulares o cualquier otras partes o componentes que tengan lugar de manera natural de tejidos extracelulares en un ser vivo. Estas proteinas o componentes de matrices extracelulares pueden ser uno o mas de los siguientes; fibrina, elastina, fibronectina, laminina, acido hialuronico, heparin sulfato o condroitin sulfato. En una realizacion, una lamina con patron que se conecta a una lamina sin patron puede ser de composition de material diferente al de la lamina sin patron. En otra realizacion, el material para las peliculas con patron y planas es una combinacion de colageno tipo I, colageno tipo IV, fibrina y fibronectina.

En otra realizacion, el andamiaje de acuerdo con las descripciones anteriores se puede usar para determinar la eficacia de los farmacos sobre celulas humanas. Por ejemplo, se puede fabricar un andamiaje para determinar el metabolismo de un agente de prueba en una cierta clase de tejido. El andamiaje podria incubar el agente de prueba y una enzima, y formar una enzima-sustrato compleja entre la enzima y el agente de prueba. Como resultado, uno podria detectar uno o mas metabolitos del agente de prueba. Como ejemplo adicional, ver la Solicitud de Patente de Estados Unidos Numero de Serie 10/215.600 presentada el 9 de agosto de 2002 y 11/183.115 presentada el 15 de julio de 2005.

Claims

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reivindicaciones

1. Una capa vascular artificial que comprende:

un sustrato que define una red de canales que tiene al menos un canal de entrada y al menos un canal de salida y al menos dos canales intermedios que conectan al menos parcialmente el al menos un canal de entrada y el al menos un canal de salida, teniendo cada canal una altura, una longitud, una anchura y un diametro, en donde los canales intermedios estan formados de acuerdo con la ley de Murray variando dichas altura y anchura con respecto a partes adyacentes de los canales de entrada y de salida y la longitud de al menos uno de los canales esta formada basada en el diametro respectivo por lo que dichos canales tienen una longitud biomimetica, preferentemente una longitud biomimetica escalada.
2. Una capa vascular artificial como se cita en la Reivindicacion 1, en la que dicha longitud biomimetica se determina a partir del diametro del canal mediante la ecuacion:

longitud biomimetica = -1-10-9(diametro)3+8-10-s(diametro)2+0,0259 (diametro) + 0,1226.
3. Una capa vascular artificial como se cita en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la red de canales se modifica ajustando una tension de cizalladura y una velocidad asociadas para reducir la formacion de trombos dentro de los canales, en donde dicha modification incluye preferentemente la formacion de filetes en los canales.
4. Una capa vascular artificial como se cita en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que una relation de aspecto de los al menos dos canales intermedios es 1:1 y en la que un diametro de los canales intermedios es preferentemente de aproximadamente 241 |jm.
5. Una capa vascular artificial como se cita en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los al menos dos canales intermedios tienen una parte inferior que se extiende entre paredes laterales opuestas para formar esquinas inferiores y que comprende ademas filetes en las esquinas inferiores, comprendiendo preferentemente ademas un area de transition sobre los al menos dos canales intermedios, definiendo el area de transition un desnivel hacia la parte inferior y una section de reduction hacia las paredes laterales.
6. Una capa vascular artificial como se cita en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas bifurcaciones y trifurcaciones en el al menos un canal de entrada antes de los al menos dos canales intermedios, en donde las bifurcaciones y trifurcaciones estan formadas de acuerdo con la ley de Murray, y/o que comprende ademas bifurcaciones y trifurcaciones en el al menos un canal de salida despues de los al menos dos canales intermedios, en donde las bifurcaciones y trifurcaciones estan formadas de acuerdo con la ley de Murray.
7. Una capa vascular artificial como se cita en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sustrato es silicona, preferentemente que comprende ademas una pelicula de colageno que recubre la silicona o un recubrimiento de heparina sobre la silicona, o en la que el sustrato es colageno, que comprende preferentemente ademas elastina o fibronectina en el sustrato de colageno.
8. Una composition que comprende una capa vascular de cualquiera de las reivindicaciones anteriores para su uso en una lamina de tejido, comprendiendo adicionalmente la composicion una segunda capa que tiene un sustrato que define una camara para mantener celulas parenquimatosas y una membrana semipermeable, en donde la membrana semipermeable esta dispuesta entre la capa vascular y la segunda capa.
9. Una composicion como se cita en la Reivindicacion 8, en la que la membrana semipermeable esta configurada para permitir el intercambio de al menos un compuesto pequeno entre un fluido o un gas en la capa vascular y celulas parenquimatosas en la camara, en donde el fluido es preferentemente sangre, plasma o medios, seleccionandose el al menos un compuesto pequeno preferentemente del grupo que consiste en oxigeno, nutrientes, dioxido de carbono y residuos, derivandose preferentemente las celulas parenquimatosas de celulas madre o de un organo seleccionado del grupo que consiste en corazon, higado, pancreas, intestino, cerebro, rinon, tejido reproductivo, pulmon, musculo y medula osea.
10. Un dispositivo que comprende:

una capa de cabecera que tiene una boquilla para conectarse a un vaso y que define una red de distribution en comunicacion fluida con la boquilla;

una primera capa vascular artificial como se define en cualquiera de las Reivindicaciones 1-7; y

una capa que define una camara para mantener celulas parenquimatosas, que esta configurada para recibir

oxigeno y nutrientes desde un fluido en la capa vascular,

el dispositivo comprende adicional y opcionalmente una segunda capa de cabecera que tiene una boquilla en comunicacion fluida con el canal de salida para conectarse a una vena.

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11. Un dispositivo como se cita en la Reivindicacion 10, en donde el dispositivo comprende un dispositivo medico para asistir a un organo, o reemplazarlo, o una herramienta para descubrimiento, desarrollo y/o evaluacion de farmacos o una plataforma para investigacion y pruebas in vitro o ex vivo.
12. Un dispositivo como se cita en la Reivindicacion 10, en el que la primera capa vascular define huecos para filtrar en el mismo nutrientes desde un fluido hasta las celulas parenquimatosas o en el que hay dispuesta una membrana semipermeable entre la primera capa vascular y la capa que define una camara para mantener celulas parenquimatosas, teniendo dicha membrana semipermeable preferentemente poros de entre aproximadamente 0,01 |jm a aproximadamente 20 |jm y estando hecha preferentemente de un material seleccionado del grupo que consiste en celulosa, polidimetilsiloxano, polimetilmetacrilato, polietersulfona, polisulfona, policarbonato, polilactido- co-poliglicolido, policaprolactona y biocaucho.
13. Un metodo de fabricacion de un andamiaje que comprende una red de fluido, que comprende las etapas de:

(a) generar una capa vascular inicial para encerrar una camara y proporcionar fluido a las celulas en la camara, teniendo la capa vascular inicial una red de canales para fluido, en donde al menos uno de los canales se forma de acuerdo con la ley de Murray y tiene un diametro y una longitud de tal manera que la longitud se basa en el diametro por lo que dichos canales tienen una longitud biomimetica, preferentemente una longitud biomimetica escalada;

(b) traducir la capa vascular inicial a un modelo de analisis de mecanica de fluidos;

(c) analizar la capa vascular inicial basandose en parametros deseados seleccionados del grupo que consiste en una caracteristica de un fluido especifico, una presion de entrada, una presion de salida, un caudal global y combinaciones de los mismos para determinar la tension de cizalladura y la velocidad dentro de la red de canales;

(d) medir la tension de cizalladura y la velocidad y comparar los valores obtenidos con los valores predeterminados;

(e) determinar si tanto la tension de cizalladura como la velocidad son superiores o inferiores a los valores predeterminados, siendo preferentemente dichos valores predeterminados aproximadamente iguales a los parametros correspondientes para un organo especifico tal como un higado, un pulmon y un rinon; y, opcionalmente, (f) modificar la capa vascular inicial y repetir las etapas (b)-(e).
14. Un metodo como se cita en la Reivindicacion 13, que comprende adicionalmente la etapa de microfresar un molde usando EDM para fabricar la capa vascular a partir de colageno.
15. Una plataforma para evaluar un farmaco que comprende un sustrato como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.