I ricercatori creano un innesto vascolare non poroso e biodegradabile

I ricercatori creano un innesto vascolare non poroso e biodegradabile

In uno studio recentemente pubblicato su Materiali avanzati Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo innesto vascolare biodegradabile di piccolo diametro che supporta la formazione di strutture contenenti elastina nell'intima media, importante per la normale funzione dell'arteria.

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

sfondo

Il danno arterioso causato da malattie come l’aterosclerosi grave può portare all’infarto del miocardio e alla morte. Mentre i trapianti vascolari autologhi da arterie radiali, arterie mammarie interne o vene safene sono ideali, i pazienti con malattie pregresse ricorrono spesso a trapianti sintetici.

Gli innesti sintetici disponibili in commercio realizzati con materiali come politetrafluoroetilene pongono problemi come l'ostruzione per lunghi periodi a causa di coaguli di sangue e ristenosi. Anche la rigenerazione delle arterie è inibita a causa della natura non biodegradabile di questi innesti.

Gli innesti vascolari biodegradabili hanno il vantaggio di una maggiore pervietà e di facilitare la proliferazione delle cellule muscolari lisce (SMC), la formazione endoteliale e la deposizione di proteine ​​della matrice extracellulare (ECM) come collagene ed elastina. Tuttavia, le prestazioni a lungo termine di questi innesti sono compromesse dalla rigenerazione spaziale e dall’organizzazione inadeguate delle fibre di elastina, che portano a una disposizione impropria delle cellule endoteliali e delle SMC.

A proposito di studiare

Nel presente studio, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di tropoelastina (TE), una proteina ECM prodotta naturalmente utilizzata dalle cellule elastogeniche per produrre elastina, e poliglicerolo sebacato (PGS), un materiale biodegradabile e altamente elastico, per creare un innesto vascolare biodegradabile e non poroso.

L'impalcatura TE-PGS è stata costruita mediante elettrofilatura per imitare la struttura naturale delle fibre dell'arteria e stabilizzata al calore a 160 °C per 16 ore. La microscopia multifotone è stata utilizzata per esaminare l'impalcatura stabilizzata al calore ed esaminare le microstrutture TE e PGS. La conformazione chimica dello scaffold prima e dopo la stabilizzazione del calore è stata confrontata utilizzando la riflettanza totale attenuata mediante spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR-ATR).

Sono state effettuate prove di trazione per determinare le proprietà meccaniche quali resistenza a trazione, modulo elastico, allungamento a rottura e curva sforzo-deformazione. La stabilità meccanica e la viscoelasticità sono state valutate sottoponendo l'impalcatura ad una prova di creep con un carico di 0,1 MPa per 500 minuti. Inoltre, l'integrità strutturale e la stabilità delle dimensioni dell'impalcatura sono state testate immergendo l'impalcatura in soluzione salina tamponata con fosfato a 37 °C. La stabilità a lungo termine è stata determinata sulla base delle osservazioni del cambiamento di massa nell'arco di 154 giorni dopo l'immersione.

Gli scaffold sono stati coltivati ​​con fibroblasti dermici umani per determinare la citocompatibilità in vitro, mentre la compatibilità in vivo è stata misurata impiantando per via sottocutanea lo scaffold nei topi ed eseguendo esami istologici a due e quattro settimane.

Sullo scaffold sono state coltivate cellule muscolari lisce dell'arteria coronaria umana (HCASMC) e cellule endoteliali della vena ombelicale umana (HUVEC). I marcatori funzionali e la proliferazione sono stati esaminati per determinare se questi scaffold funzionerebbero con successo come innesti vascolari.

Gli scaffold TE-PGS sono stati utilizzati per fabbricare innesti vascolari con diametri di 0,7, 1 e 1,5 mm e diversi spessori di parete e sono stati testati la pressione di scoppio, l'angolo di deformazione e le proprietà di ritenzione della sutura di questi innesti. La trombogenicità degli innesti è stata testata prima che venissero impiantati nell'aorta addominale sottorenale dei topi per otto mesi.

La degradazione dell'innesto è stata monitorata utilizzando la colorazione con immunofluorescenza per i macrofagi. È stata inoltre esaminata la distribuzione di elastina, collagene, SMC e cellule endoteliali e le lamelle elastiche rigenerate nell'intima media sono state confrontate con quelle di un topo nativo.

Risultati

I risultati hanno mostrato che lo scaffold TE50 (rapporto TE:PGS 50:50) era meccanicamente stabile e biocompatibile per l'uso come innesti vascolari e non era altamente suscettibile alla trombosi. Ha supportato la proliferazione di HUVEC e HCASMC e l'espressione di marcatori proteici funzionali.

Inoltre, la natura non porosa dell'impalcatura TE50 ha stimolato la formazione di fibre di elastina e collagene strutturalmente appropriate rispettivamente nell'intima-media e nell'avventizia. Gli esperimenti di impianto nei topi hanno dimostrato che dopo otto mesi l'impalcatura era completamente degradata, si era formata una neoarteria e nell'avventizia era stato rilevato collagene maturo.

Le lamelle elastiche erano circondate da SMC di actina+ e smoothelina+ del muscolo liscio alfa a forma di fuso, allineate circonferenzialmente entro otto settimane, rispetto agli otto mesi necessari affinché lamelle elastiche simili si formassero nei topi nativi.

Conclusioni

In sintesi, lo studio ha descritto l’uso di un’impalcatura TE-PGS per costruire innesti vascolari che fossero non porosi e biodegradabili e potessero supportare la proliferazione di SMC e facilitare la formazione di fibre di elastina e collagene.

Nel complesso, i risultati hanno mostrato che gli scaffold TE-PGS hanno facilitato la formazione di lamelle di elastina organizzate, che sono essenziali per una corretta rigenerazione arteriosa. I test di impianto hanno riportato la biocompatibilità e fornito prove della formazione di neoarterie nei topi entro otto mesi. Inoltre, la natura biodegradabile, la termostabilità, la resistenza alla trazione e la pervietà del materiale lo rendono un candidato ideale per gli innesti vascolari sintetici.

Riferimento:

• 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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