Teadlased loovad mittepoorse, biolaguneva vaskulaarse transplantaadi

Teadlased loovad mittepoorse, biolaguneva vaskulaarse transplantaadi

Hiljuti avaldatud uuringus aastal Täiustatud materjalid Teadlaste meeskond töötas välja uudse väikese läbimõõduga biolaguneva vaskulaarse transplantaadi, mis toetab intima-meedia elastiini sisaldavate struktuuride moodustumist, mis on oluline arteri normaalseks toimimiseks.

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

taustal

Selliste haiguste nagu raske ateroskleroos põhjustatud arterite kahjustus võib põhjustada müokardiinfarkti ja surma. Kui autoloogsed veresoonte siirdamised radiaalsetest arteritest, rinnanäärme sisearteritest või saphenoosveenidest on ideaalsed, kasutavad varasemate haigustega patsiendid sageli sünteetilisi siirdamisi.

Kaubanduslikult saadavad sünteetilised transplantaadid, mis on valmistatud sellistest materjalidest nagu polütetrafluoroetüleen, tekitavad probleeme, nagu verehüüvete ja restenoosi tõttu pikaajaline obstruktsioon. Arterite taastumine on samuti pärsitud nende transplantaatide mittebiolaguneva olemuse tõttu.

Biolagunevate vaskulaarsete transplantaatide eeliseks on suurem läbilaskvus ja silelihasrakkude (SMC) proliferatsiooni, endoteeli moodustumise ja ekstratsellulaarse maatriksi (ECM) valkude nagu kollageeni ja elastiini ladestumine. Nende siirikute pikaajalist toimimist kahjustab aga elastiinikiudude ebaõige ruumiline regenereerimine ja organiseerimine, mis põhjustab endoteelirakkude ja SMC-de ebaõiget paigutust.

Õppimisest

Käesolevas uuringus kasutasid teadlased kombinatsiooni tropoelastiinist (TE), looduslikult toodetud ECM-valgust, mida elastogeensed rakud kasutavad elastiini tootmiseks, ja polüglütseroolsebatsaadi (PGS), mis on biolagunev ja väga elastne materjal, et luua biolagunev, mittepoorse vaskulaarse transplantaat.

TE-PGS karkass konstrueeriti elektriketramisega, et jäljendada looduslikku arterikiudude struktuuri ja stabiliseeriti kuumusega 160 °C juures 16 tundi. Kuumstabiliseeritud karkassi uurimiseks ja TE ja PGS mikrostruktuuride uurimiseks kasutati multifotonmikroskoopiat. Karkassi keemilist konformatsiooni enne ja pärast soojusstabiliseerimist võrreldi Fourier' teisenduse infrapunaspektroskoopiaga nõrgestatud kogupeegelduste (FTIR-ATR) abil.

Viidi läbi tõmbekatsed, et määrata kindlaks mehaanilised omadused, nagu tõmbetugevus, elastsusmoodul, purunemispikenemine ja pinge-deformatsiooni kõver. Mehaanilist stabiilsust ja viskoelastsust hinnati karkassi roomekatsega 0,1 MPa koormusel 500 minuti jooksul. Lisaks testiti karkassi mõõtmete struktuurilist terviklikkust ja stabiilsust, sukeldades karkassi 37 °C juures fosfaatpuhverdatud soolalahusesse. Pikaajaline stabiilsus määrati massimuutuste vaatluste põhjal 154 päeva jooksul pärast sukeldamist.

Karkasse kultiveeriti inimese dermaalsete fibroblastidega, et määrata in vitro tsütoühilduvus, samas kui in vivo ühilduvust mõõdeti karkassi subkutaanse implanteerimisega hiirtele ja histoloogiliste uuringute läbiviimisega kahe ja nelja nädala pärast.

Karkassil kultiveeriti inimese pärgarteri silelihasrakke (HCASMC) ja inimese nabaveeni endoteelirakke (HUVEC). Uuriti funktsionaalseid markereid ja proliferatsiooni, et teha kindlaks, kas need karkassid toimiksid edukalt vaskulaarsete siirikutena.

TE-PGS karkassi kasutati 0, 7, 1 ja 1, 5 mm läbimõõduga ja erineva seinapaksusega vaskulaarsete transplantaatide valmistamiseks ning testiti nende transplantaatide purunemisrõhku, paindenurka ja õmbluste kinnipidamisomadusi. Transplantaatide trombogeensust testiti enne nende implanteerimist hiirte infrarenaalsesse kõhuaordi kaheksaks kuuks.

Siiriku lagunemist jälgiti makrofaagide immunofluorestsentsvärvimise abil. Samuti uuriti elastiini, kollageeni, SMC-de ja endoteelirakkude jaotumist ning võrreldi intima-meediumis regenereeritud elastseid lamelle natiivse hiire omadega.

Tulemused

Tulemused näitasid, et TE50 karkass (50:50 TE:PGS suhe) oli mehaaniliselt stabiilne ja biosobiv kasutamiseks vaskulaarsete transplantaatidena ega olnud väga vastuvõtlik tromboosi suhtes. See toetas HUVEC ja HCASMC proliferatsiooni ning funktsionaalsete valgumarkerite ekspressiooni.

Lisaks stimuleeris TE50 karkassi mittepoorne olemus struktuurselt sobivate elastiini- ja kollageenikiudude moodustumist vastavalt intima-meediumis ja adventitsias. Hiirtel tehtud implantatsioonikatsed näitasid, et kaheksa kuu pärast oli karkass täielikult lagunenud, moodustunud neoarter ja adventitsias tuvastati küps kollageen.

Elastseid lamelle ümbritsesid spindlikujulised, ümbermõõduga joondatud alfa-silelihase aktiini + ja smootheliin + SMC-d kaheksa nädala jooksul, võrreldes kaheksa kuuga, mis on vajalik sarnaste elastsete lamellide moodustumiseks looduslikel hiirtel.

Järeldused

Kokkuvõttes kirjeldati uuringus TE-PGS karkassi kasutamist mittepoorsete ja biolagunevate veresoonte siirikute ehitamiseks, mis võiksid toetada SMC-de levikut ning hõlbustada elastiini- ja kollageenikiudude moodustumist.

Üldiselt näitasid tulemused, et TE-PGS karkassid hõlbustasid organiseeritud elastiini lamellide moodustumist, mis on arterite nõuetekohaseks regenereerimiseks hädavajalik. Implantatsioonitestid näitasid biosobivust ja andsid tõendeid neoarteri moodustumise kohta hiirtel kaheksa kuu jooksul. Lisaks muudavad materjali biolagunev iseloom, termostabiilsus, tõmbetugevus ja läbilaskvus ideaalseks kandidaadiks sünteetiliste veresoonte transplantaatide jaoks.

Viide:

• 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

.