Tyrėjai sukuria neakytas, biologiškai skaidomas kraujagyslių transplantatas

Tyrėjai sukuria neakytas, biologiškai skaidomas kraujagyslių transplantatas

Neseniai paskelbtame tyrime Pažangios medžiagos Tyrėjų komanda sukūrė naują mažo skersmens biologiškai skaidomą kraujagyslių transplantatą, kuris palaiko elastino turinčių struktūrų susidarymą intima terpėje, kuri yra svarbi normaliai arterijos funkcijai.

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

fone

Arterijų pažeidimas, kurį sukelia tokios ligos kaip sunki aterosklerozė, gali sukelti miokardo infarktą ir mirtį. Nors autologinės kraujagyslių transplantacijos iš stipininių arterijų, vidinių pieno arterijų ar pasaitos venų yra idealios, pacientai, sirgę ankstesnėmis ligomis, dažnai imasi sintetinių transplantacijų.

Prekyboje parduodami sintetiniai skiepai, pagaminti iš tokių medžiagų kaip politetrafluoretilenas, kelia problemų, tokių kaip užsikimšimas ilgą laiką dėl kraujo krešulių ir restenozės. Arterijų regeneracija taip pat slopinama dėl šių transplantatų biologiškai nesuyrančio pobūdžio.

Biologiškai skaidomų kraujagyslių transplantatų pranašumas yra tas, kad padidėja lygiųjų raumenų ląstelių (SMC) proliferacija, endotelio formavimasis ir ekstraląstelinės matricos (ECM) baltymų, tokių kaip kolagenas ir elastinas, nusėdimas. Tačiau ilgalaikiam šių transplantatų veikimui kenkia netinkamas elastino skaidulų erdvinis regeneravimas ir organizavimas, dėl kurio netinkamai išsidėsto endotelio ląstelės ir SMC.

Apie studijas

Šiame tyrime mokslininkai naudojo tropoelastino (TE), natūraliai pagaminto ECM baltymo, kurį elastogeninės ląstelės naudoja elastinui gaminti, ir poliglicerolio sebakato (PGS), biologiškai skaidžios, labai elastingos medžiagos, derinį, kad sukurtų biologiškai skaidų, neporingą kraujagyslių transplantatą.

TE-PGS pastoliai buvo pagaminti naudojant elektrinį verpimą, kad imituotų natūralią arterijų pluošto struktūrą ir šiluma stabilizuota 160 ° C temperatūroje 16 valandų. Daugiafotoninė mikroskopija buvo naudojama termiškai stabilizuotoms pastoliams ištirti ir TE bei PGS mikrostruktūroms ištirti. Cheminė pastolių konformacija prieš ir po šilumos stabilizavimo buvo palyginta naudojant Furjė transformacijos infraraudonųjų spindulių spektroskopijos susilpnintą bendrą atspindžio koeficientą (FTIR-ATR).

Buvo atlikti tempimo bandymai, siekiant nustatyti mechanines savybes, tokias kaip tempiamasis stipris, tamprumo modulis, pailgėjimas trūkimo metu ir įtempių ir deformacijų kreivė. Mechaninis stabilumas ir klampumas buvo įvertinti 500 minučių atliekant pastolio valkšnumo bandymą, esant 0, 1 MPa apkrovai. Be to, pastolių matmenų struktūrinis vientisumas ir stabilumas buvo išbandytas panardinant pastolius į fosfatiniu buferiniu tirpalu 37 °C temperatūroje. Ilgalaikis stabilumas buvo nustatytas remiantis masės pokyčių stebėjimais per 154 dienas po panardinimo.

Pastoliai buvo kultivuojami su žmogaus odos fibroblastais, siekiant nustatyti cito suderinamumą in vitro, o suderinamumas in vivo buvo matuojamas poodį implantuojant pastolius pelėms ir atliekant histologinius tyrimus po dviejų ir keturių savaičių.

Žmogaus vainikinių arterijų lygiųjų raumenų ląstelės (HCASMC) ir žmogaus bambos venų endotelio ląstelės (HUVEC) buvo auginamos ant pastolių. Buvo ištirti funkciniai žymenys ir proliferacija, siekiant nustatyti, ar šie pastoliai sėkmingai veiktų kaip kraujagyslių transplantatai.

TE-PGS pastoliai buvo naudojami 0, 7, 1 ir 1, 5 mm skersmens ir skirtingo sienelių storio kraujagyslių transplantatų gamybai, buvo išbandytas šių transplantatų sprogimo slėgis, lenkimo kampas ir siūlių sulaikymo savybės. Transplantatų trombogeniškumas buvo išbandytas prieš juos implantuojant į pelių infrarenalinę pilvo aortą aštuonis mėnesius.

Transplantato skilimas buvo stebimas naudojant makrofagų imunofluorescencinį dažymą. Taip pat buvo ištirtas elastino, kolageno, SMC ir endotelio ląstelių pasiskirstymas, o regeneruotos elastinės lamelės intima terpėje buvo palygintos su vietinės pelės.

Rezultatai

Rezultatai parodė, kad TE50 karkasas (50:50 TE:PGS santykis) buvo mechaniškai stabilus ir biologiškai suderinamas naudoti kaip kraujagyslių transplantatas ir nebuvo labai jautrus trombozei. Jis palaikė HUVEC ir HCASMC proliferaciją ir funkcinių baltymų žymenų ekspresiją.

Be to, neporėtas TE50 pastolių pobūdis paskatino struktūriškai tinkamų elastino ir kolageno skaidulų susidarymą atitinkamai intima-media ir adventitia. Implantacijos eksperimentai su pelėmis parodė, kad po aštuonių mėnesių pastoliai buvo visiškai suirę, susiformavo neoarterija ir adventicijoje buvo aptiktas subrendęs kolagenas.

Elastinės lamelės buvo apsuptos verpstės formos, perimetru išlygintos alfa lygiųjų raumenų aktino + ir smoothelino + SMC per aštuonias savaites, palyginti su aštuoniais mėnesiais, kurių reikia, kad panašios elastinės lamelės susidarytų vietinėse pelėse.

Išvados

Apibendrinant galima pasakyti, kad tyrime buvo aprašytas TE-PGS pastolių naudojimas neakytų ir biologiškai skaidžių kraujagyslių transplantatų kūrimui, kurie galėtų palaikyti SMC dauginimąsi ir palengvinti elastino bei kolageno skaidulų susidarymą.

Apskritai rezultatai parodė, kad TE-PGS pastoliai palengvino organizuotų elastino lamelių susidarymą, o tai yra būtina tinkamam arterijų regeneracijai. Implantacijos bandymai parodė biologinį suderinamumą ir pateikė įrodymų apie neoarterijų susidarymą pelėms per aštuonis mėnesius. Be to, dėl medžiagos biologinio skaidumo, termostabilumo, atsparumo tempimui ir praeinamumo ji yra ideali kandidatė sintetiniams kraujagyslių transplantatams.

Nuoroda:

• 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

.