Istraživači stvaraju neporozni, biorazgradivi vaskularni transplantat

Istraživači stvaraju neporozni, biorazgradivi vaskularni transplantat

U nedavno objavljenoj studiji u Napredni materijali Tim istraživača razvio je novi biorazgradivi vaskularni graft malog promjera koji podržava stvaranje struktura koje sadrže elastin u intimi-mediji, što je važno za normalnu funkciju arterije.

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

pozadina

Oštećenje arterija uzrokovano bolestima kao što je teška ateroskleroza može dovesti do infarkta miokarda i smrti. Dok su autologne vaskularne transplantacije iz radijalnih arterija, unutarnjih arterija dojke ili vena safena idealne, pacijenti s prethodnim bolestima često pribjegavaju sintetskim transplantatima.

Komercijalno dostupni sintetski transplantati napravljeni od materijala kao što je politetrafluoroetilen stvaraju probleme kao što su dugotrajna opstrukcija zbog krvnih ugrušaka i restenoze. Regeneracija arterija također je inhibirana zbog toga što ti transplantati nisu biorazgradivi.

Biorazgradivi vaskularni transplantati imaju prednost povećane prohodnosti i olakšavanja proliferacije stanica glatkih mišića (SMC), stvaranja endotela i taloženja proteina izvanstaničnog matriksa (ECM) kao što su kolagen i elastin. Međutim, dugoročna izvedba ovih transplantata ugrožena je nepravilnom prostornom regeneracijom i organizacijom elastinskih vlakana, što dovodi do nepravilnog rasporeda endotelnih stanica i SMC.

O studiranju

U ovoj studiji istraživači su koristili kombinaciju tropoelastina (TE), prirodno proizvedenog ECM proteina koji koriste elastogene stanice za proizvodnju elastina, i poliglicerol sebacata (PGS), biorazgradivog, visoko elastičnog materijala, kako bi stvorili biorazgradivi, neporozni vaskularni transplantat.

TE-PGS skela konstruirana je elektropredenjem kako bi oponašala strukturu vlakana prirodne arterije i toplinski stabilizirana na 160 °C tijekom 16 sati. Višefotonska mikroskopija korištena je za ispitivanje toplinski stabilizirane skele i ispitivanje mikrostruktura TE i PGS. Kemijska konformacija skele prije i nakon toplinske stabilizacije uspoređena je pomoću Fourierove transformacije infracrvene spektroskopije-prigušena ukupna refleksija (FTIR-ATR).

Provedena su vlačna ispitivanja kako bi se odredila mehanička svojstva kao što su vlačna čvrstoća, modul elastičnosti, istezanje pri prekidu i krivulja naprezanje-deformacija. Mehanička stabilnost i viskoelastičnost procijenjene su podvrgavanjem skele testu puzanja pri opterećenju od 0,1 MPa tijekom 500 minuta. Osim toga, strukturni integritet i stabilnost dimenzija skele testirani su uranjanjem skele u fiziološku otopinu s fosfatnim puferom na 37 °C. Dugoročna stabilnost određena je na temelju promatranja promjene mase tijekom 154 dana nakon uranjanja.

Skefoldi su uzgajani s ljudskim dermalnim fibroblastima kako bi se odredila in vitro citokompatibilnost, dok je in vivo kompatibilnost mjerena supkutanim usađivanjem skele u miševe i provođenjem histoloških pregleda nakon dva i četiri tjedna.

Glatke mišićne stanice ljudske koronarne arterije (HCASMC) i endotelne stanice ljudske pupčane vene (HUVEC) uzgajane su na skeli. Ispitani su funkcionalni markeri i proliferacija kako bi se utvrdilo hoće li te skele uspješno funkcionirati kao vaskularni presaci.

TE-PGS skele korištene su za izradu vaskularnih graftova promjera 0,7, 1 i 1,5 mm i različitih debljina stjenke, a testirani su pritisak pucanja, kut izvijanja i svojstva zadržavanja šavova ovih graftova. Trombogenost graftova ispitana je prije nego što su implantirani u infrarenalnu trbušnu aortu miševa na osam mjeseci.

Razgradnja presatka je praćena korištenjem imunofluorescentnog bojenja za makrofage. Također je ispitana distribucija elastina, kolagena, SMC-a i endotelnih stanica, a regenerirane elastične lamele u intimi-mediji uspoređene su s onima nativnog miša.

Rezultati

Rezultati su pokazali da je skela TE50 (omjer 50:50 TE:PGS) mehanički stabilna i biokompatibilna za upotrebu kao vaskularni transplantati i nije bila jako osjetljiva na trombozu. Podržava proliferaciju HUVEC i HCASMC i ekspresiju funkcionalnih proteinskih markera.

Nadalje, neporozna priroda skele TE50 stimulirala je stvaranje strukturno odgovarajućih elastinskih i kolagenih vlakana u intimi-mediji i adventiciji. Eksperimenti implantacije na miševima pokazali su da je nakon osam mjeseci skela potpuno degradirana, formirana je neoarterija i otkriven je zreli kolagen u adventiciji.

Elastične lamele bile su okružene vretenastim, obodno poravnatim alfa-glatkim mišićnim aktin+ i glatkim+ SMC-ima u roku od osam tjedana, u usporedbi s osam mjeseci potrebnih za stvaranje sličnih elastičnih lamela u nativnih miševa.

Zaključci

Ukratko, studija je opisala upotrebu TE-PGS skele za konstrukciju vaskularnih transplantata koji su neporozni i biorazgradivi te mogu podržati proliferaciju SMC-a i olakšati stvaranje elastinskih i kolagenih vlakana.

Sve u svemu, rezultati su pokazali da TE-PGS skele olakšavaju stvaranje organiziranih lamela elastina, što je bitno za pravilnu regeneraciju arterija. Implantacijsko testiranje pokazalo je biokompatibilnost i pružilo dokaze o stvaranju neoarterije u miševa unutar osam mjeseci. Osim toga, biorazgradiva priroda materijala, termostabilnost, vlačna čvrstoća i prohodnost čine ga idealnim kandidatom za sintetičke vaskularne transplantate.

Referenca:

• 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

.