Výzkumníci vytvořili neporézní, biologicky odbouratelný cévní štěp

Výzkumníci vytvořili neporézní, biologicky odbouratelný cévní štěp

V nedávno publikované studii v Pokročilé materiály Tým výzkumníků vyvinul nový biodegradabilní vaskulární štěp o malém průměru, který podporuje tvorbu struktur obsahujících elastin v intima-medii, což je důležité pro normální funkci tepny.

Lernen: Schnelle Regeneration einer Neoarterie mit elastischen Lamellen. Bildquelle: Christoph Burgstedt/Shutterstock

pozadí

Arteriální poškození způsobené nemocemi, jako je těžká ateroskleróza, může vést k infarktu myokardu a smrti. Zatímco autologní cévní transplantace z radiálních tepen, vnitřních prsních tepen nebo safény jsou ideální, pacienti s předchozím onemocněním často sahají po syntetických transplantacích.

Komerčně dostupné syntetické štěpy vyrobené z materiálů, jako je polytetrafluorethylen, způsobují problémy, jako je obstrukce po dlouhou dobu v důsledku krevních sraženin a restenózy. Regenerace tepen je také inhibována kvůli biologicky nerozložitelné povaze těchto štěpů.

Biodegradabilní vaskulární štěpy mají výhodu zvýšené průchodnosti a usnadnění proliferace buněk hladkého svalstva (SMC), tvorby endotelu a ukládání proteinů extracelulární matrix (ECM), jako je kolagen a elastin. Dlouhodobá výkonnost těchto štěpů je však ohrožena nesprávnou prostorovou regenerací a organizací elastinových vláken, což vede k nesprávnému uspořádání endoteliálních buněk a SMC.

O studiu

V této studii vědci použili kombinaci tropoelastinu (TE), přirozeně produkovaného proteinu ECM používaného elastogenními buňkami k produkci elastinu, a polyglycerol sebakátu (PGS), biologicky odbouratelného, ​​vysoce elastického materiálu, k vytvoření biologicky odbouratelného neporézního vaskulárního štěpu.

Scaffold TE-PGS byl zkonstruován elektrostatickým zvlákňováním, aby napodobil přirozenou strukturu vlákna tepny a tepelně stabilizovaný při 160 °C po dobu 16 hodin. Multifotonová mikroskopie byla použita ke zkoumání tepelně stabilizovaného skafoldu a zkoumání mikrostruktur TE a PGS. Chemická konformace skafoldu před a po tepelné stabilizaci byla porovnána pomocí Fourierovy transformace infračervené spektroskopie-zeslabené celkové odrazivosti (FTIR-ATR).

Byly provedeny tahové zkoušky pro stanovení mechanických vlastností, jako je pevnost v tahu, modul pružnosti, prodloužení při přetržení a křivka napětí-deformace. Mechanická stabilita a viskoelasticita byly hodnoceny podrobením lešení testu tečení při zatížení 0,1 MPa po dobu 500 minut. Kromě toho byla strukturální integrita a stabilita rozměrů skafoldu testována ponořením skafoldu do fyziologického roztoku pufrovaného fosfátem při 37 °C. Dlouhodobá stabilita byla stanovena na základě pozorování změny hmotnosti během 154 dnů po ponoření.

Scaffoldy byly kultivovány s lidskými dermálními fibroblasty pro stanovení in vitro cytokompatibility, zatímco in vivo kompatibilita byla měřena subkutánní implantací lešení do myší a provedením histologických vyšetření po dvou a čtyřech týdnech.

Buňky hladkého svalstva lidské koronární artérie (HCASMC) a endoteliální buňky lidské pupečníkové žíly (HUVEC) byly kultivovány na skafoldu. Funkční markery a proliferace byly zkoumány, aby se určilo, zda tyto skelety budou úspěšně fungovat jako vaskulární štěpy.

Scaffoldy TE-PGS byly použity k výrobě vaskulárních štěpů o průměrech 0,7, 1 a 1,5 mm a různých tloušťkách stěny a byly testovány tlak na roztržení, úhel vybočení a vlastnosti retence sutury těchto štěpů. Trombogenicita štěpů byla testována před jejich implantací do infrarenální břišní aorty myší po dobu osmi měsíců.

Degradace štěpu byla monitorována pomocí imunofluorescenčního barvení na makrofágy. Distribuce elastinu, kolagenu, SMC a endoteliálních buněk byla také zkoumána a regenerované elastické lamely v intima-medii byly porovnány s lamelami nativní myši.

Výsledky

Výsledky ukázaly, že lešení TE50 (poměr 50:50 TE:PGS) bylo mechanicky stabilní a biokompatibilní pro použití jako vaskulární štěpy a nebylo vysoce citlivé na trombózu. Podporoval proliferaci HUVEC a HCASMC a expresi funkčních proteinových markerů.

Kromě toho neporézní povaha lešení TE50 stimulovala tvorbu strukturálně vhodných elastinových a kolagenových vláken v intima-media a adventicii, v daném pořadí. Implantační experimenty na myších ukázaly, že po osmi měsících bylo lešení zcela degradováno, vytvořila se neoarterie a v adventicii byl detekován zralý kolagen.

Elastické lamely byly obklopeny vřetenovitými, obvodově zarovnanými alfa-aktinem+ a smoothelin+ SMCs SMC hladkého svalstva během osmi týdnů, ve srovnání s osmi měsíci potřebnými pro vytvoření podobných elastických lamel u nativních myší.

Závěry

Stručně řečeno, studie popsala použití lešení TE-PGS ke konstrukci vaskulárních štěpů, které byly neporézní a biologicky odbouratelné a mohly by podporovat proliferaci SMC a usnadnit tvorbu elastinových a kolagenových vláken.

Celkově výsledky ukázaly, že lešení TE-PGS usnadnilo tvorbu organizovaných elastinových lamel, což je nezbytné pro správnou arteriální regeneraci. Implantační testování prokázalo biologickou kompatibilitu a poskytlo důkaz tvorby neoarterií u myší během osmi měsíců. Kromě toho je materiál díky své biologické rozložitelnosti, termostabilitě, pevnosti v tahu a průchodnosti ideálním kandidátem pro syntetické cévní štěpy.

Odkaz:

• Wang, Z., Mithieux, SM, Vindin, H., Wang, Y., Zhang, M., Liu, L., Zbinden, J., Blum, KM, Yi, T., Matsuzaki, Y., Oveissi, F., Akdemir, R., Lockley, KM, Zhang, L., Ma, K., Guan, J., Waterhouse, A., Pham, NTH, Hawkett, BS, & Shinoka, T. (2022). Schnelle Regeneration einer Neoarterie mit elastischen Lamellen. Fortgeschrittene Materialien, 2205614. doi: https://doi.org/10.1002/adma.202205614 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205614

.