A kutatók nem porózus, biológiailag lebomló vaszkuláris graftot hoznak létre

A kutatók nem porózus, biológiailag lebomló vaszkuláris graftot hoznak létre

Egy nemrégiben megjelent tanulmányban Fejlett anyagok Egy kutatócsoport új, kis átmérőjű biológiailag lebomló vaszkuláris graftot fejlesztett ki, amely támogatja az intima-media elasztintartalmú struktúrák kialakulását, ami fontos az artéria normál működéséhez.

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

háttér

Az olyan betegségek által okozott artériás károsodás, mint a súlyos érelmeszesedés, szívinfarktushoz és halálhoz vezethet. Míg az autológ érátültetések radiális artériákból, belső emlőartériákból vagy saphena vénákból ideálisak, addig a korábbi betegségben szenvedő betegek gyakran alkalmaznak szintetikus transzplantációt.

A kereskedelemben kapható szintetikus anyagokból, például politetrafluor-etilénből készült graftok olyan problémákat okoznak, mint a vérrögképződés és a resztenózis miatti hosszú távú elzáródás. Az artériák regenerációja is gátolt ezen graftok biológiailag nem lebontható természete miatt.

A biológiailag lebomló vaszkuláris graftok előnye, hogy megnövelt átjárhatóságot és elősegíti a simaizomsejtek (SMC) proliferációját, az endothel képződést, valamint az extracelluláris mátrix (ECM) fehérjék, például a kollagén és az elasztin lerakódását. Azonban ezeknek a graftoknak a hosszú távú teljesítményét veszélyezteti az elasztinrostok helytelen térbeli regenerációja és szerveződése, ami az endothel sejtek és az SMC-k helytelen elrendezéséhez vezet.

A tanulásról

Jelen tanulmányban a kutatók a tropoelasztint (TE), egy természetesen előállított ECM fehérjét, amelyet az elasztogén sejtek elasztin előállítására használnak, és a poliglicerin-szebacátot (PGS), amely egy biológiailag lebomló, nagymértékben elasztikus anyag, egy biológiailag lebomló, nem porózus vaszkuláris graftot használtak.

A TE-PGS állványt elektrospinnel készítették, hogy utánozzák a természetes artériás rostszerkezetet, és 160 °C-on 16 órán át hőstabilizálták. Multifoton mikroszkóppal vizsgáltuk a hőstabilizált állványt, valamint megvizsgáltuk a TE és PGS mikrostruktúrákat. Az állvány kémiai konformációját a hőstabilizálás előtt és után Fourier transzformációs infravörös spektroszkópiával gyengített összreflexiós (FTIR-ATR) segítségével hasonlítottuk össze.

A szakítószilárdság, a rugalmassági modulus, a szakadási nyúlás és a feszültség-nyúlás görbe meghatározására szakítóvizsgálatokat végeztünk. A mechanikai stabilitást és viszkoelaszticitást úgy értékeltük, hogy az állványt kúszási tesztnek vetettük alá 0,1 MPa terhelés mellett 500 percig. Ezenkívül az állvány méreteinek szerkezeti integritását és stabilitását úgy tesztelték, hogy az állványt foszfáttal pufferolt sóoldatba merítették 37 °C-on. A hosszú távú stabilitást a bemerítést követő 154 napos tömegváltozási megfigyelések alapján határoztuk meg.

Az állványokat humán dermális fibroblasztokkal tenyésztettük az in vitro citokompatibilitás meghatározására, míg az in vivo kompatibilitást úgy mérték, hogy az állványt egerekbe szubkután beültettük, és két és négy héten belül szövettani vizsgálatokat végeztünk.

Humán koszorúér simaizom sejteket (HCASMC) és humán köldökvéna endothel sejteket (HUVEC) tenyésztettünk az állványon. Megvizsgálták a funkcionális markereket és a proliferációt annak megállapítására, hogy ezek az állványok sikeresen működnének-e vaszkuláris graftként.

A TE-PGS állványokat 0,7, 1 és 1,5 mm átmérőjű és különböző falvastagságú vaszkuláris graftok készítésére használták, és tesztelték ezen graftok repedési nyomását, kihajlási szögét és varratmegtartó tulajdonságait. A graftok trombogenitását az egerek infrarenális hasi aortájába nyolc hónapig tartó beültetés előtt tesztelték.

A graft lebomlását makrofágok immunfluoreszcens festésével követtük. Megvizsgáltuk az elasztin, a kollagén, az SMC-k és az endothel sejtek eloszlását is, és összehasonlítottuk az intima-media regenerált rugalmas lamelláit egy natív egérével.

Eredmények

Az eredmények azt mutatták, hogy a TE50 állvány (50:50 TE:PGS arány) mechanikailag stabil és biológiailag kompatibilis volt vaszkuláris graftként való használatra, és nem volt nagyon érzékeny a trombózisra. Támogatta a HUVEC és a HCASMC proliferációját és a funkcionális fehérjemarkerek expresszióját.

Ezenkívül a TE50 állvány nem porózus jellege serkentette a szerkezetileg megfelelő elasztin és kollagén rostok képződését az intima-media és az adventitiában. Az egereken végzett beültetési kísérletek azt mutatták, hogy nyolc hónap elteltével az állvány teljesen leromlott, új artéria alakult ki, és érett kollagént mutattak ki az adventitiában.

Az elasztikus lamellákat orsó alakú, kerület mentén elhelyezkedő alfa-simaizom aktin+ és smoothelin+ SMC-k vették körül nyolc héten belül, míg a natív egerekben hasonló elasztikus lamellák kialakulásához szükséges nyolc hónap.

Következtetések

Összefoglalva, a tanulmány egy TE-PGS állvány használatát írta le olyan vaszkuláris graftok készítésére, amelyek nem porózusak és biológiailag lebomlanak, és támogathatják az SMC-k proliferációját, valamint elősegíthetik az elasztin- és kollagénrostok képződését.

Összességében az eredmények azt mutatták, hogy a TE-PGS állványok elősegítették a szervezett elasztin lamellák képződését, ami elengedhetetlen a megfelelő artériás regenerációhoz. Az implantációs tesztek biokompatibilitásról számoltak be, és nyolc hónapon belül bizonyítékot szolgáltattak a neoartéria kialakulására egerekben. Ezenkívül az anyag biológiailag lebomló természete, hőstabilitása, szakítószilárdsága és átjárhatósága ideális jelöltté teszi a szintetikus vaszkuláris graftokhoz.

Referencia:

• 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

.