Vascular endothelial growth factor (VEGF), a major regulator of angiogenesis, binds to two receptor tyrosine kinases, KDR/Flk-1 and Flt-1. We now describe the purification and the expression cloning from tumor cells of a third VEGF receptor, one that binds VEGF165 but not VEGF121. This isoform-specific VEGF receptor (VEGF165R) is identical to human neuropilin-1, a receptor for the collapsin/semaphorin family that mediates neuronal cell guidance. When coexpressed in cells with KDR, neuropilin-1 enhances the binding of VEGF165 to KDR and VEGF165-mediated chemotaxis. Conversely, inhibition of VEGF165 binding to neuropilin-1 inhibits its binding to KDR and its mitogenic activity for endothelial cells. We propose that neuropilin-1 is a novel VEGF receptor that modulates VEGF binding to KDR and subsequent bioactivity and therefore may regulate VEGF-induced angiogenesis.

BackgroundPatients with end-stage bladder disease can be treated with cystoplasty using gastrointestinal segments. The presence of such segments in the urinary tract has been associated with many complications. We explored an alternative approach using autologous engineered bladder tissues for reconstruction.MethodsSeven patients with myelomeningocele, aged 4–19 years, with high-pressure or poorly compliant bladders, were identified as candidates for cystoplasty. A bladder biopsy was obtained from each patient. Urothelial and muscle cells were grown in culture, and seeded on a biodegradable bladder-shaped scaffold made of collagen, or a composite of collagen and polyglycolic acid. About 7 weeks after the biopsy, the autologous engineered bladder constructs were used for reconstruction and implanted either with or without an omental wrap. Serial urodynamics, cystograms, ultrasounds, bladder biopsies, and serum analyses were done.ResultsFollow-up range was 22–61 months (mean 46 months). Post-operatively, the mean bladder leak point pressure decrease at capacity, and the volume and compliance increase was greatest in the composite engineered bladders with an omental wrap (56%, 1·58-fold, and 2·79-fold, respectively). Bowel function returned promptly after surgery. No metabolic consequences were noted, urinary calculi did not form, mucus production was normal, and renal function was preserved. The engineered bladder biopsies showed an adequate structural architecture and phenotype.ConclusionsEngineered bladder tissues, created with autologous cells seeded on collagen-polyglycolic acid scaffolds, and wrapped in omentum after implantation, can be used in patients who need cystoplasty.

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.

A major roadblock to successful organ bioengineering is the need for a functional vascular network within the engineered tissue. Here, we describe the fabrication of three-dimensional, naturally derived scaffolds with an intact vascular tree. Livers from different species were perfused with detergent to selectively remove the cellular components of the tissue while preserving the extracellular matrix components and the intact vascular network. The decellularized vascular network was able to withstand fluid flow that entered through a central inlet vessel, branched into an extensive capillary bed, and coalesced into a single outlet vessel. The vascular network was used to reseed the scaffolds with human fetal liver and endothelial cells. These cells engrafted in their putative native locations within the decellularized organ and displayed typical endothelial, hepatic, and biliary epithelial markers, thus creating a liver-like tissue in vitro. Conclusion: These results represent a significant advancement in the bioengineering of whole organs. This technology may provide the necessary tools to produce the first fully functional bioengineered livers for organ transplantation and drug discovery. (HEPATOLOGY 2011;53:604-617)

Abstract Stem cells obtained from amniotic fluid show high proliferative capacity in culture and multilineage differentiation potential. Because of the lack of significant immunogenicity and the ability of the amniotic fluid-derived stem (AFS) cells to modulate the inflammatory response, we investigated whether they could augment wound healing in a mouse model of skin regeneration. We used bioprinting technology to treat full-thickness skin wounds in nu/nu mice. AFS cells and bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) were resuspended in fibrin-collagen gel and “printed” over the wound site. At days 0, 7, and 14, AFS cell- and MSC-driven wound closure and re-epithelialization were significantly greater than closure and re-epithelialization in wounds treated by fibrin-collagen gel only. Histological examination showed increased microvessel density and capillary diameters in the AFS cell-treated wounds compared with the MSC-treated wounds, whereas the skin treated only with gel showed the lowest amount of microvessels. However, tracking of fluorescently labeled AFS cells and MSCs revealed that the cells remained transiently and did not permanently integrate in the tissue. These observations suggest that the increased wound closure rates and angiogenesis may be due to delivery of secreted trophic factors, rather than direct cell-cell interactions. Accordingly, we performed proteomic analysis, which showed that AFS cells secreted a number of growth factors at concentrations higher than those of MSCs. In parallel, we showed that AFS cell-conditioned media induced endothelial cell migration in vitro. Taken together, our results indicate that bioprinting AFS cells could be an effective treatment for large-scale wounds and burns.

Heparin Enhancementof VEGF Binding did not displace '"1-VEGF in competition studies?Recombinant human bFGF was produced in bacteria using the T7based expression vector pet-8C (21) (kindly provided by Dr. F. W. Studier, Brookhaven National Laboratory, Upton, New York) into which the full length human bFGF cDNA was ligated between the NcoI and the BamHI sites.Bacteria (BL21(DE3)) containing the pLys-S plasmid (21) were lysed by the method of Studier (21), and the bFGF was purified from the lysate by heparin-Sepharose affinity chromatography (22).Heparin-Sepharose was purchased from Pharmacia (Uppsala, Sweden).'2sI-Sodium was purchased from Amersham (Buckinghamshire, England).Bacterial heparinase was obtained from Ibex Technologies (Montreal, Canada).Bovine lung (H-9133) and porcine intestinal mucosa-derived heparin (H-7005) were purchased from Sigma.The porcine mucosa-derived heparin was generally used, unless otherwise stated.Heparin fractions with high (HA) and low (LA) affinity to antithrombin I11 were separated using an antithrombin-Sepharose column as described (23).This heparin was purchased from Hepar

Neuropilin-1 (NRP1) is a receptor for two unrelated ligands with disparate activities, vascular endothelial growth factor-165 (VEGF165), an angiogenesis factor, and semaphorin/collapsins, mediators of neuronal guidance. To determine whether semaphorin/collapsins could interact with NRP1 in nonneuronal cells, the effects of recombinant collapsin-1 on endothelial cells (EC) were examined. Collapsin-1 inhibited the motility of porcine aortic EC (PAEC) expressing NRP1 alone; coexpressing KDR and NRP1 (PAEC/KDR/NRP1), but not parental PAEC; or PAEC expressing KDR alone. The motility of PAEC expressing NRP1 was inhibited by 65–75% and this inhibition was abrogated by anti-NRP1 antibody. In contrast, VEGF165 stimulated the motility of PAEC/KDR/NRP1. When VEGF165 and collapsin-1 were added simultaneously to PAEC/KDR/NRP1, dorsal root ganglia (DRG), and COS-7/NRP1 cells, they competed with each other in EC motility, DRG collapse, and NRP1-binding assays, respectively, suggesting that the two ligands have overlapping NRP1 binding sites. Collapsin-1 rapidly disrupted the formation of lamellipodia and induced depolymerization of F-actin in an NRP1-dependent manner. In an in vitro angiogenesis assay, collapsin-1 inhibited the capillary sprouting of EC from rat aortic ring segments. These results suggest that collapsin-1 can inhibit EC motility as well as axon motility, that these inhibitory effects on motility are mediated by NRP1, and that VEGF165 and collapsin-1 compete for NRP1-binding sites.

Abstract Many drugs have progressed through preclinical and clinical trials and have been available – for years in some cases – before being recalled by the FDA for unanticipated toxicity in humans. One reason for such poor translation from drug candidate to successful use is a lack of model systems that accurately recapitulate normal tissue function of human organs and their response to drug compounds. Moreover, tissues in the body do not exist in isolation, but reside in a highly integrated and dynamically interactive environment, in which actions in one tissue can affect other downstream tissues. Few engineered model systems, including the growing variety of organoid and organ-on-a-chip platforms, have so far reflected the interactive nature of the human body. To address this challenge, we have developed an assortment of bioengineered tissue organoids and tissue constructs that are integrated in a closed circulatory perfusion system, facilitating inter-organ responses. We describe a three-tissue organ-on-a-chip system, comprised of liver, heart, and lung, and highlight examples of inter-organ responses to drug administration. We observe drug responses that depend on inter-tissue interaction, illustrating the value of multiple tissue integration for in vitro study of both the efficacy of and side effects associated with candidate drugs.