Forskere skaber et ikke-porøst, biologisk nedbrydeligt vaskulært transplantat

Forskere skaber et ikke-porøst, biologisk nedbrydeligt vaskulært transplantat

I en nyligt offentliggjort undersøgelse i Avancerede materialer Et team af forskere udviklede et nyt biologisk nedbrydeligt kartransplantat med lille diameter, der understøtter dannelsen af ​​elastinholdige strukturer i intima-medierne, hvilket er vigtigt for arteriens normale funktion.

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

baggrund

Arteriel skade forårsaget af sygdomme som svær åreforkalkning kan føre til myokardieinfarkt og død. Mens autologe vaskulære transplantationer fra radiale arterier, indre brystarterier eller saphenøse vener er ideelle, tyer patienter med tidligere sygdomme ofte til syntetiske transplantationer.

Kommercielt tilgængelige syntetiske transplantater fremstillet af materialer såsom polytetrafluorethylen giver problemer såsom obstruktion i lange perioder på grund af blodpropper og restenose. Arterieregenerering hæmmes også på grund af den ikke-biologisk nedbrydelige natur af disse transplantater.

Bionedbrydelige vaskulære transplantater har den fordel, at de øger åbenhed og letter proliferation af glatte muskelceller (SMC), endothelial dannelse og aflejring af ekstracellulære matrix (ECM) proteiner såsom kollagen og elastin. Imidlertid er den langsigtede ydeevne af disse transplantater kompromitteret af den ukorrekte rumlige regenerering og organisering af elastinfibre, hvilket fører til ukorrekt arrangement af endotelceller og SMC'er.

Om at studere

I denne undersøgelse brugte forskere en kombination af tropoelastin (TE), et naturligt produceret ECM-protein, der bruges af elastogene celler til at producere elastin, og polyglycerolsebacat (PGS), et biologisk nedbrydeligt, meget elastisk materiale, til at skabe et biologisk nedbrydeligt, ikke-porøst vaskulært transplantat.

TE-PGS-stilladset blev konstrueret ved elektrospinning for at efterligne den naturlige arteriefiberstruktur og varmestabiliseret ved 160 °C i 16 timer. Multifotonmikroskopi blev brugt til at undersøge det varmestabiliserede stillads og undersøge TE- og PGS-mikrostrukturerne. Den kemiske konformation af stilladset før og efter varmestabilisering blev sammenlignet under anvendelse af Fourier-transformation infrarød spektroskopi-dæmpet total reflektans (FTIR-ATR).

Træktest blev udført for at bestemme mekaniske egenskaber såsom trækstyrke, elasticitetsmodul, brudforlængelse og spændings-tøjningskurven. Mekanisk stabilitet og viskoelasticitet blev evalueret ved at udsætte stilladset for en krybetest ved en belastning på 0,1 MPa i 500 minutter. Derudover blev den strukturelle integritet og stabilitet af stilladsdimensionerne testet ved at nedsænke stilladset i fosfatbufret saltvand ved 37 °C. Langtidsstabilitet blev bestemt baseret på masseændringsobservationer over 154 dage efter nedsænkning.

Stilladserne blev dyrket med humane dermale fibroblaster for at bestemme in vitro cytokompatibilitet, mens in vivo kompatibilitet blev målt ved subkutant implantation af stilladset i mus og udførelse af histologiske undersøgelser efter to og fire uger.

Humane glatte muskelceller i kranspulsåren (HCASMC'er) og humane navlevene-endotelceller (HUVEC'er) blev dyrket på stilladset. De funktionelle markører og proliferation blev undersøgt for at bestemme, om disse stilladser ville fungere med succes som vaskulære transplantater.

TE-PGS stilladserne blev brugt til at fremstille vaskulære transplantater med diametre på 0,7, 1 og 1,5 mm og forskellige vægtykkelser, og disse transplantaters sprængningstryk, knækvinkel og suturtilbageholdelsesegenskaber blev testet. Trombogeniciteten af ​​transplantaterne blev testet, før de blev implanteret i den infrarenale abdominale aorta hos mus i otte måneder.

Nedbrydning af transplantat blev overvåget under anvendelse af immunfluorescensfarvning for makrofager. Fordelingen af ​​elastin, kollagen, SMC'er og endotelceller blev også undersøgt, og de regenererede elastiske lameller i intima-medierne blev sammenlignet med dem fra en naturlig mus.

Resultater

Resultaterne viste, at TE50-stilladset (50:50-forhold mellem TE:PGS) var mekanisk stabilt og biokompatibelt til brug som vaskulære transplantater og ikke var meget modtageligt for trombose. Det understøttede spredningen af ​​HUVEC og HCASMC og ekspressionen af ​​funktionelle proteinmarkører.

Desuden stimulerede den ikke-porøse natur af TE50-stilladset dannelsen af ​​strukturelt passende elastin- og kollagenfibre i henholdsvis intima-media og adventitia. Implantationsforsøgene i mus viste, at efter otte måneder var stilladset fuldstændigt nedbrudt, en neoarterie var dannet, og modent kollagen blev påvist i adventitia.

De elastiske lameller var omgivet af spindelformede, periferielt tilpassede alfa-glat muskel actin+ og smoothelin+ SMC'er inden for otte uger, sammenlignet med de otte måneder, der kræves for at lignende elastiske lameller kan dannes i indfødte mus.

Konklusioner

Sammenfattende beskrev undersøgelsen brugen af ​​et TE-PGS-stillads til at konstruere vaskulære transplantater, der var ikke-porøse og bionedbrydelige og kunne understøtte spredningen af ​​SMC'er og lette dannelsen af ​​elastin- og kollagenfibre.

Samlet set viste resultaterne, at TE-PGS-stilladserne lettede dannelsen af ​​organiserede elastin-lameller, som er afgørende for korrekt arteriel regenerering. Implantationstest rapporterede biokompatibilitet og gav tegn på neoarteriedannelse i mus inden for otte måneder. Derudover gør materialets biologisk nedbrydelige natur, termostabilitet, trækstyrke og åbenhed det til en ideel kandidat til syntetiske kartransplantater.

Reference:

• 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

.