Additive manufacturing of personalized scaffolds for vascular cell studies in large arteries: A case study on carotid arteries in sickle cell disease patients - 11/10/24

Doi : 10.1016/j.stlm.2024.100178 
Saskia Eckert a, b, , Christian Kassasseya c, Weiqiang Liu d, Eliott Benichou b, Irène Vignon-Clementel d, Smaïne Kouidri e, Kim-Anh Nguyen-Peyre b, f, Pablo Bartolucci b, g, Frédéric Segonds a
a Arts et Métiers Institute of Technology, LCPI, F-75013 Paris, France 
b Université Paris-Est Créteil, INSERM, IMRB, Laboratory of excellence LABEX GRex, Créteil, France 
c Emergency Department, APHP, CHU Henri Mondor, Paris EST Creteil University, Creteil, France 
d Inria Saclay Ile de France, Palaiseau, France 
e Laboratoire Ingénierie des Fluides Systèmes Énergétiques – Arts et Métiers, 151 Bd de l'Hôpital, 75013, Paris, France 
f Etablissement Français Du Sang, Île-de-France Mondor, Créteil, France 
g Sickle Cell Referral Center - UMGGR, Henri Mondor Hospital, AP-HP, Creteil, France 

Corresponding author.

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Abstract

Patient-specific models have increasingly gained significance in medical and research domains. In the context of hemodynamic studies, computational fluid dynamics emerges as a highly innovative and promising approach. We propose to augment these computational studies with cell-based experiments in individualized artery geometries using personalized scaffolds and vascular cell experiments. Previous research has demonstrated that the development of Sickle Cell Disease (SCD)-Related Vasculopathy is dependent on personal geometries and flow characteristics of the carotid artery. This fact leaves conventional animal experiments unsuitable for gaining patient-specific insights into cellular signaling, as they cannot replicate the personalized geometry. These personalized dynamics of cellular signaling may further impact disease progression, yet remains unclear. This paper presents a six-step methodology for creating personalized large artery scaffolds, focusing on high-precision models that yield biologically interpretable patient-specific results. The methodology outlines the creation of personalized large artery models via Additive Manufacturing suitably for supporting cell culture and other cellular experiments. Additionally, it discusses how different Computer-Aided-Design (CAD) construction modes can be used to obtain high-precision personalized models, while simplifying model reconfigurations and facilitating adjustments to general designs such as system connections to bioreactors, fluidic systems and visualization tools. A proposal for quality control measures to ensure geometric congruence for biological relevance of the results is added. This innovative, interdisciplinary approach appears promising for gaining patient-specific insights into pathophysiology, highlighting the importance of personalized medicine for understanding complex diseases.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Additive manufacturing, Sickle cell Vasculopathy, Patient-specific models, Large artery models, 3D Cell culture scaffold


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