Des chercheurs créent une greffe vasculaire non poreuse et biodégradable

Des chercheurs créent une greffe vasculaire non poreuse et biodégradable

Dans une étude récemment publiée dans Matériaux avancés Une équipe de chercheurs a développé une nouvelle greffe vasculaire biodégradable de petit diamètre qui soutient la formation de structures contenant de l'élastine dans l'intima-média, ce qui est important pour le fonctionnement normal de l'artère.

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

arrière-plan

Les lésions artérielles causées par des maladies telles que l'athérosclérose grave peuvent entraîner un infarctus du myocarde et la mort. Alors que les greffes vasculaires autologues des artères radiales, des artères mammaires internes ou des veines saphènes sont idéales, les patients ayant des antécédents de maladies ont souvent recours à des greffes synthétiques.

Les greffons synthétiques disponibles dans le commerce fabriqués à partir de matériaux tels que le polytétrafluoroéthylène posent des problèmes tels qu'une obstruction pendant de longues périodes en raison de caillots sanguins et de resténose. La régénération des artères est également inhibée en raison de la nature non biodégradable de ces greffons.

Les greffes vasculaires biodégradables présentent l'avantage d'une perméabilité accrue et d'une facilitation de la prolifération des cellules musculaires lisses (SMC), de la formation endothéliale et du dépôt de protéines de la matrice extracellulaire (ECM) telles que le collagène et l'élastine. Cependant, les performances à long terme de ces greffons sont compromises par une mauvaise régénération spatiale et une mauvaise organisation des fibres d’élastine, conduisant à un mauvais agencement des cellules endothéliales et des CML.

À propos des études

Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé une combinaison de tropoélastine (TE), une protéine ECM produite naturellement et utilisée par les cellules élastogènes pour produire de l'élastine, et du sébacate de polyglycérol (PGS), un matériau biodégradable et hautement élastique, pour créer une greffe vasculaire biodégradable et non poreuse.

L'échafaudage TE-PGS a été construit par électrofilage pour imiter la structure naturelle des fibres artérielles et stabilisé thermiquement à 160 ° C pendant 16 heures. La microscopie multiphotonique a été utilisée pour examiner l'échafaudage stabilisé à la chaleur et examiner les microstructures TE et PGS. La conformation chimique de l'échafaudage avant et après la stabilisation thermique a été comparée à l'aide de la réflectance totale atténuée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR-ATR).

Des essais de traction ont été réalisés pour déterminer les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, le module élastique, l'allongement à la rupture et la courbe contrainte-déformation. La stabilité mécanique et la viscoélasticité ont été évaluées en soumettant l'échafaudage à un test de fluage sous une charge de 0,1 MPa pendant 500 minutes. De plus, l’intégrité structurelle et la stabilité des dimensions de l’échafaudage ont été testées en immergeant l’échafaudage dans une solution saline tamponnée au phosphate à 37 °C. La stabilité à long terme a été déterminée sur la base d'observations de changements de masse sur 154 jours après l'immersion.

Les échafaudages ont été cultivés avec des fibroblastes dermiques humains pour déterminer la cytocompatibilité in vitro, tandis que la compatibilité in vivo a été mesurée en implantant par voie sous-cutanée l'échafaudage chez des souris et en effectuant des examens histologiques à deux et quatre semaines.

Des cellules musculaires lisses de l'artère coronaire humaine (HCASMC) et des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC) ont été cultivées sur l'échafaudage. Les marqueurs fonctionnels et la prolifération ont été examinés pour déterminer si ces échafaudages fonctionneraient avec succès en tant que greffes vasculaires.

Les échafaudages TE-PGS ont été utilisés pour fabriquer des greffons vasculaires d'un diamètre de 0,7, 1 et 1,5 mm et de différentes épaisseurs de paroi, et la pression d'éclatement, l'angle de flambage et les propriétés de rétention des sutures de ces greffons ont été testés. La thrombogénicité des greffons a été testée avant leur implantation dans l'aorte abdominale sous-rénale de souris pendant huit mois.

La dégradation du greffon a été surveillée par coloration par immunofluorescence des macrophages. La distribution de l'élastine, du collagène, des SMC et des cellules endothéliales a également été examinée, et les lamelles élastiques régénérées dans l'intima-média ont été comparées à celles d'une souris native.

Résultats

Les résultats ont montré que l'échafaudage TE50 (rapport TE:PGS 50:50) était mécaniquement stable et biocompatible pour une utilisation comme greffes vasculaires et n'était pas très sensible à la thrombose. Il a soutenu la prolifération de HUVEC et HCASMC et l’expression de marqueurs protéiques fonctionnels.

De plus, la nature non poreuse de l'échafaudage TE50 a stimulé la formation de fibres d'élastine et de collagène structurellement appropriées dans l'intima-média et l'adventice, respectivement. Les expériences d'implantation chez la souris ont montré qu'après huit mois, l'échafaudage était complètement dégradé, une néo-artère s'était formée et du collagène mature était détecté dans l'adventice.

Les lamelles élastiques étaient entourées de SMC actine + et smoothelin + de muscle lisse alpha en forme de fuseau et alignés circonférentiellement en huit semaines, comparativement aux huit mois requis pour que des lamelles élastiques similaires se forment chez les souris indigènes.

Conclusions

En résumé, l’étude a décrit l’utilisation d’un échafaudage TE-PGS pour construire des greffons vasculaires non poreux et biodégradables, susceptibles de favoriser la prolifération des CML et de faciliter la formation de fibres d’élastine et de collagène.

Dans l’ensemble, les résultats ont montré que les échafaudages TE-PGS facilitaient la formation de lamelles d’élastine organisées, essentielles à une bonne régénération artérielle. Les tests d'implantation ont rapporté une biocompatibilité et ont fourni des preuves de formation de néoartères chez la souris dans un délai de huit mois. De plus, la nature biodégradable, la thermostabilité, la résistance à la traction et la perméabilité du matériau en font un candidat idéal pour les greffes vasculaires synthétiques.

Référence:

• 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

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