Onderzoekers creëren een niet-poreus, biologisch afbreekbaar vaattransplantaat

Onderzoekers creëren een niet-poreus, biologisch afbreekbaar vaattransplantaat

Uit een onlangs gepubliceerd onderzoek in Geavanceerde materialen Een team van onderzoekers heeft een nieuw biologisch afbreekbaar vaattransplantaat met kleine diameter ontwikkeld dat de vorming van elastinebevattende structuren in de intima-media ondersteunt, wat belangrijk is voor de normale functie van de slagader.

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

achtergrond

Arteriële schade veroorzaakt door ziekten zoals ernstige atherosclerose kan leiden tot een hartinfarct en de dood. Hoewel autologe vasculaire transplantaties van radiale slagaders, interne borstslagaders of saphena-aders ideaal zijn, nemen patiënten met eerdere ziekten vaak hun toevlucht tot synthetische transplantaties.

In de handel verkrijgbare synthetische transplantaten gemaakt van materialen zoals polytetrafluorethyleen veroorzaken problemen zoals langdurige obstructie als gevolg van bloedstolsels en restenose. De regeneratie van de slagader wordt ook geremd vanwege de niet-biologisch afbreekbare aard van deze transplantaten.

Biologisch afbreekbare vaattransplantaten hebben het voordeel van een grotere openheid en vergemakkelijking van proliferatie van gladde spiercellen (SMC), endotheliale vorming en afzetting van extracellulaire matrix (ECM) eiwitten zoals collageen en elastine. De prestaties van deze transplantaten op de lange termijn worden echter aangetast door de onjuiste ruimtelijke regeneratie en organisatie van elastinevezels, wat leidt tot een onjuiste rangschikking van endotheelcellen en SMC's.

Over studeren

In de huidige studie gebruikten onderzoekers een combinatie van tropo-elastine (TE), een natuurlijk geproduceerd ECM-eiwit dat door elastogene cellen wordt gebruikt om elastine te produceren, en polyglycerolsebacaat (PGS), een biologisch afbreekbaar, zeer elastisch materiaal, om een ​​biologisch afbreekbaar, niet-poreus vaattransplantaat te creëren.

Het TE-PGS-scaffold werd geconstrueerd door middel van elektrospinning om de natuurlijke vezelstructuur van de slagader na te bootsen en werd gedurende 16 uur bij 160 ° C door hitte gestabiliseerd. Multifotonenmicroscopie werd gebruikt om de hittegestabiliseerde scaffold te onderzoeken en de TE- en PGS-microstructuren te onderzoeken. De chemische conformatie van het schavot voor en na hittestabilisatie werd vergeleken met behulp van Fourier-transformatie infraroodspectroscopie-verzwakte totale reflectie (FTIR-ATR).

Er werden trekproeven uitgevoerd om mechanische eigenschappen zoals treksterkte, elasticiteitsmodulus, rek bij breuk en de spanning-rek-curve te bepalen. De mechanische stabiliteit en visco-elasticiteit werden geëvalueerd door de steiger gedurende 500 minuten te onderwerpen aan een kruiptest bij een belasting van 0,1 MPa. Bovendien werden de structurele integriteit en stabiliteit van de afmetingen van de steiger getest door de steiger onder te dompelen in fosfaatgebufferde zoutoplossing bij 37 ° C. De stabiliteit op lange termijn werd bepaald op basis van waarnemingen van massaveranderingen gedurende 154 dagen na onderdompeling.

De scaffolds werden gekweekt met menselijke dermale fibroblasten om de in vitro cytocompatibiliteit te bepalen, terwijl de in vivo compatibiliteit werd gemeten door de scaffold subcutaan in muizen te implanteren en histologische onderzoeken uit te voeren na twee en vier weken.

Menselijke gladde spiercellen van de kransslagader (HCASMC's) en menselijke endotheelcellen van de navelstrengader (HUVEC's) werden op het schavot gekweekt. De functionele markers en proliferatie werden onderzocht om te bepalen of deze scaffolds succesvol zouden functioneren als vasculaire transplantaten.

De TE-PGS-scaffolds werden gebruikt om vaattransplantaten met diameters van 0,7, 1 en 1,5 mm en verschillende wanddiktes te vervaardigen, en de barstdruk, knikhoek en hechtingsretentie-eigenschappen van deze transplantaten werden getest. De trombogeniciteit van de transplantaten werd getest voordat ze gedurende acht maanden in de infrarenale abdominale aorta van muizen werden geïmplanteerd.

De afbraak van het transplantaat werd gevolgd met behulp van immunofluorescentiekleuring voor macrofagen. De verdeling van elastine, collageen, SMC's en endotheelcellen werd ook onderzocht en de geregenereerde elastische lamellen in de intima-media werden vergeleken met die van een inheemse muis.

Resultaten

De resultaten toonden aan dat het TE50-scaffold (50:50 verhouding TE:PGS) mechanisch stabiel en biocompatibel was voor gebruik als vasculaire transplantaten en niet erg gevoelig was voor trombose. Het ondersteunde de proliferatie van HUVEC en HCASMC en de expressie van functionele eiwitmarkers.

Bovendien stimuleerde de niet-poreuze aard van het TE50-scaffold de vorming van structureel geschikte elastine- en collageenvezels in respectievelijk de intima-media en adventitia. De implantatie-experimenten bij muizen toonden aan dat na acht maanden het skelet volledig was afgebroken, een neoslagader had gevormd en volwassen collageen werd gedetecteerd in de adventitia.

De elastische lamellen werden binnen acht weken omgeven door spoelvormige, langs de omtrek uitgelijnde alfa-gladde spieren actine+ en smootheline+ SMC's, vergeleken met de acht maanden die nodig waren om vergelijkbare elastische lamellen te vormen bij inheemse muizen.

Conclusies

Samenvattend beschreef de studie het gebruik van een TE-PGS-scaffold om vasculaire transplantaten te construeren die niet-poreus en biologisch afbreekbaar waren en de proliferatie van SMC's zouden kunnen ondersteunen en de vorming van elastine- en collageenvezels zouden kunnen vergemakkelijken.

Over het geheel genomen toonden de resultaten aan dat de TE-PGS-scaffolds de vorming van georganiseerde elastinelamellen vergemakkelijkten, wat essentieel is voor een goede arteriële regeneratie. Implantatietesten rapporteerden biocompatibiliteit en leverden binnen acht maanden bewijs van neoarterievorming bij muizen. Bovendien maken de biologisch afbreekbare aard, thermostabiliteit, treksterkte en openheid van het materiaal het een ideale kandidaat voor synthetische vaattransplantaten.

Referentie:

• 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

.