Οι ερευνητές δημιουργούν ένα μη πορώδες, βιοαποικοδομήσιμο αγγειακό μόσχευμα

Οι ερευνητές δημιουργούν ένα μη πορώδες, βιοαποικοδομήσιμο αγγειακό μόσχευμα

Σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη στο Προηγμένα υλικά Μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε ένα νέο βιοαποικοδομήσιμο αγγειακό μόσχευμα μικρής διαμέτρου που υποστηρίζει το σχηματισμό δομών που περιέχουν ελαστίνη στο εσωτερικό του χιτώνα, το οποίο είναι σημαντικό για τη φυσιολογική λειτουργία της αρτηρίας.

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

φόντο

Η αρτηριακή βλάβη που προκαλείται από ασθένειες όπως η σοβαρή αθηροσκλήρωση μπορεί να οδηγήσει σε έμφραγμα του μυοκαρδίου και θάνατο. Ενώ οι αυτόλογες αγγειακές μεταμοσχεύσεις από ακτινικές αρτηρίες, εσωτερικές μαστικές αρτηρίες ή σαφηνές φλέβες είναι ιδανικές, ασθενείς με προηγούμενες ασθένειες συχνά καταφεύγουν σε συνθετικές μεταμοσχεύσεις.

Τα συνθετικά μοσχεύματα που διατίθενται στο εμπόριο από υλικά όπως το πολυτετραφθοροαιθυλένιο δημιουργούν προβλήματα όπως απόφραξη για μεγάλες περιόδους λόγω θρόμβων αίματος και επαναστένωσης. Η αναγέννηση των αρτηριών αναστέλλεται επίσης λόγω της μη βιοαποικοδομήσιμης φύσης αυτών των μοσχευμάτων.

Τα βιοαποδομήσιμα αγγειακά μοσχεύματα έχουν το πλεονέκτημα της αυξημένης βατότητας και της διευκόλυνσης του πολλαπλασιασμού των λείων μυϊκών κυττάρων (SMC), του σχηματισμού ενδοθηλίου και της εναπόθεσης πρωτεϊνών εξωκυτταρικής μήτρας (ECM) όπως το κολλαγόνο και η ελαστίνη. Ωστόσο, η μακροπρόθεσμη απόδοση αυτών των μοσχευμάτων διακυβεύεται από την ακατάλληλη χωρική αναγέννηση και οργάνωση των ινών ελαστίνης, που οδηγεί σε ακατάλληλη διάταξη των ενδοθηλιακών κυττάρων και των SMCs.

Σχετικά με τη μελέτη

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν συνδυασμό τροποελαστίνης (TE), μιας φυσικά παραγόμενης πρωτεΐνης ECM που χρησιμοποιείται από ελαστογονικά κύτταρα για την παραγωγή ελαστίνης, και σεβακικής πολυγλυκερίνης (PGS), ενός βιοαποικοδομήσιμου, εξαιρετικά ελαστικού υλικού, για να δημιουργήσουν ένα βιοαποικοδομήσιμο, μη πορώδες αγγειακό μόσχευμα.

Το ικρίωμα TE-PGS κατασκευάστηκε με ηλεκτροϊνοποίηση για να μιμείται τη δομή της φυσικής αρτηριακής ίνας και η θερμότητα σταθεροποιήθηκε στους 160 °C για 16 ώρες. Χρησιμοποιήθηκε πολυφωτονική μικροσκοπία για την εξέταση του θερμοσταθεροποιημένου ικριώματος και την εξέταση των μικροδομών TE και PGS. Η χημική διαμόρφωση του ικριώματος πριν και μετά τη θερμική σταθεροποίηση συγκρίθηκε με χρήση ολικής ανάκλασης εξασθενημένης με φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR-ATR).

Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές εφελκυσμού για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων όπως η αντοχή εφελκυσμού, το μέτρο ελαστικότητας, η επιμήκυνση κατά τη θραύση και η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης. Η μηχανική σταθερότητα και η ιξωδοελαστικότητα αξιολογήθηκαν υποβάλλοντας το ικρίωμα σε δοκιμή ερπυσμού σε φορτίο 0,1 MPa για 500 λεπτά. Επιπλέον, η δομική ακεραιότητα και σταθερότητα των διαστάσεων του ικριώματος δοκιμάστηκαν με βύθιση του ικριώματος σε αλατούχο διάλυμα ρυθμισμένο με φωσφορικά στους 37 °C. Η μακροπρόθεσμη σταθερότητα προσδιορίστηκε με βάση τις παρατηρήσεις αλλαγής μάζας για 154 ημέρες μετά την εμβάπτιση.

Τα ικριώματα καλλιεργήθηκαν με ανθρώπινους δερματικούς ινοβλάστες για να προσδιοριστεί η in vitro κυτταροσυμβατότητα, ενώ η in vivo συμβατότητα μετρήθηκε με υποδόρια εμφύτευση του ικριώματος σε ποντίκια και διεξαγωγή ιστολογικών εξετάσεων στις δύο και τέσσερις εβδομάδες.

Κύτταρα λείου μυός ανθρώπινης στεφανιαίας αρτηρίας (HCASMCs) και ενδοθηλιακά κύτταρα ανθρώπινης ομφαλικής φλέβας (HUVECs) καλλιεργήθηκαν στο ικρίωμα. Οι λειτουργικοί δείκτες και ο πολλαπλασιασμός εξετάστηκαν για να καθοριστεί εάν αυτά τα ικριώματα θα λειτουργούσαν επιτυχώς ως αγγειακά μοσχεύματα.

Τα ικριώματα TE-PGS χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή αγγειακών μοσχευμάτων με διαμέτρους 0,7, 1 και 1,5 mm και διαφορετικά πάχη τοιχώματος και δοκιμάστηκαν η πίεση διάρρηξης, η γωνία λυγισμού και οι ιδιότητες συγκράτησης των ραμμάτων αυτών των μοσχευμάτων. Η θρομβογονικότητα των μοσχευμάτων δοκιμάστηκε πριν εμφυτευθούν στην υπονεφρική κοιλιακή αορτή ποντικών για οκτώ μήνες.

Η αποικοδόμηση του μοσχεύματος παρακολουθήθηκε χρησιμοποιώντας χρώση ανοσοφθορισμού για μακροφάγα. Η κατανομή της ελαστίνης, του κολλαγόνου, των SMCs και των ενδοθηλιακών κυττάρων εξετάστηκε επίσης και τα αναγεννημένα ελαστικά ελάσματα στο εσωτερικό μέσο συγκρίθηκαν με αυτά ενός φυσικού ποντικού.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το ικρίωμα TE50 (αναλογία TE:PGS 50:50) ήταν μηχανικά σταθερό και βιοσυμβατό για χρήση ως αγγειακά μοσχεύματα και δεν ήταν ιδιαίτερα ευαίσθητο στη θρόμβωση. Υποστήριξε τον πολλαπλασιασμό των HUVEC και HCASMC και την έκφραση λειτουργικών πρωτεϊνικών δεικτών.

Επιπλέον, η μη πορώδης φύση του ικριώματος TE50 διεγείρει τον σχηματισμό δομικά κατάλληλων ινών ελαστίνης και κολλαγόνου στα έσω μέσα και την περιπέτεια, αντίστοιχα. Τα πειράματα εμφύτευσης σε ποντίκια έδειξαν ότι μετά από οκτώ μήνες το ικρίωμα είχε υποβαθμιστεί πλήρως, είχε σχηματιστεί μια νεοαρτηρία και ανιχνεύθηκε ώριμο κολλαγόνο στην περιπέτεια.

Τα ελαστικά ελάσματα περιβάλλονταν από ατρακτοειδή, περιφερειακά ευθυγραμμισμένα άλφα λείου μυϊκού μυός, ακτίνη+ και smoothelin+ SMC εντός οκτώ εβδομάδων, σε σύγκριση με τους οκτώ μήνες που απαιτούνται για να σχηματιστούν παρόμοια ελαστικά ελάσματα σε αυτόχθονα ποντίκια.

συμπεράσματα

Συνοπτικά, η μελέτη περιέγραψε τη χρήση ενός ικριώματος TE-PGS για την κατασκευή αγγειακών μοσχευμάτων που ήταν μη πορώδη και βιοαποδομήσιμα και θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τον πολλαπλασιασμό των SMCs και να διευκολύνουν το σχηματισμό ινών ελαστίνης και κολλαγόνου.

Συνολικά, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ικριώματα TE-PGS διευκόλυναν τον σχηματισμό οργανωμένων ελασμάτων ελαστίνης, η οποία είναι απαραίτητη για τη σωστή αρτηριακή αναγέννηση. Η δοκιμή εμφύτευσης ανέφερε βιοσυμβατότητα και παρείχε στοιχεία σχηματισμού νεοαρτηριών σε ποντίκια εντός οκτώ μηνών. Επιπλέον, η βιοαποικοδομήσιμη φύση, η θερμοσταθερότητα, η αντοχή σε εφελκυσμό και η βατότητα του υλικού το καθιστούν ιδανικό υποψήφιο για συνθετικά αγγειακά μοσχεύματα.

Αναφορά:

• 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

.