Naukowcy tworzą nieporowaty, biodegradowalny przeszczep naczyniowy

Naukowcy tworzą nieporowaty, biodegradowalny przeszczep naczyniowy

W niedawno opublikowanym badaniu w Zaawansowane materiały Zespół naukowców opracował nowatorski biodegradowalny przeszczep naczyniowy o małej średnicy, który wspomaga tworzenie struktur zawierających elastynę w błonie wewnętrznej i środkowej, co jest ważne dla prawidłowego funkcjonowania tętnicy.

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

tło

Uszkodzenie tętnic spowodowane chorobami takimi jak ciężka miażdżyca może prowadzić do zawału mięśnia sercowego i śmierci. Chociaż autologiczne przeszczepy naczyniowe z tętnic promieniowych, tętnic piersiowych wewnętrznych lub żył odpiszczelowych są idealne, pacjenci z wcześniejszymi chorobami często uciekają się do przeszczepów syntetycznych.

Dostępne na rynku syntetyczne przeszczepy wykonane z materiałów takich jak politetrafluoroetylen stwarzają problemy, takie jak długotrwała niedrożność spowodowana zakrzepami krwi i restenozą. Regeneracja tętnic jest również hamowana ze względu na niebiodegradowalny charakter tych przeszczepów.

Zaletą biodegradowalnych przeszczepów naczyniowych jest zwiększona drożność i ułatwienie proliferacji komórek mięśni gładkich (SMC), tworzenia śródbłonka i odkładania się białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), takich jak kolagen i elastyna. Jednakże długoterminowa wydajność tych przeszczepów jest zagrożona przez niewłaściwą regenerację przestrzenną i organizację włókien elastyny, co prowadzi do nieprawidłowego ułożenia komórek śródbłonka i SMC.

O studiowaniu

W niniejszym badaniu badacze wykorzystali połączenie tropoelastyny ​​(TE), naturalnie wytwarzanego białka ECM wykorzystywanego przez komórki elastogenne do produkcji elastyny, oraz sebacynianu poliglicerolu (PGS), biodegradowalnego, wysoce elastycznego materiału, aby stworzyć biodegradowalny, nieporowaty przeszczep naczyniowy.

Rusztowanie TE-PGS skonstruowano metodą elektroprzędzenia w celu naśladowania naturalnej struktury włókien tętniczych i stabilizowano termicznie w temperaturze 160°C przez 16 godzin. Do zbadania rusztowania stabilizowanego termicznie i zbadania mikrostruktur TE i PGS wykorzystano mikroskopię wielofotonową. Porównano konformację chemiczną rusztowania przed i po stabilizacji cieplnej za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera z osłabionym całkowitym odbiciem (FTIR-ATR).

Przeprowadzono próby rozciągania w celu określenia właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości, wydłużenie przy zerwaniu oraz krzywą naprężenie-odkształcenie. Stabilność mechaniczną i lepkosprężystość oceniano poddając rusztowanie próbie pełzania pod obciążeniem 0,1 MPa przez 500 minut. Ponadto zbadano integralność strukturalną i stabilność wymiarów rusztowania poprzez zanurzenie rusztowania w soli fizjologicznej buforowanej fosforanami w temperaturze 37°C. Długoterminową stabilność określono na podstawie obserwacji zmiany masy w ciągu 154 dni po zanurzeniu.

Rusztowania hodowano z ludzkimi fibroblastami skóry w celu określenia cytokompatybilności in vitro, natomiast zgodność in vivo mierzono poprzez podskórne wszczepienie rusztowania myszom i wykonanie badań histologicznych po dwóch i czterech tygodniach.

Na rusztowaniu hodowano ludzkie komórki mięśni gładkich tętnicy wieńcowej (HCASMC) i ludzkie komórki śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC). Zbadano markery funkcjonalne i proliferację, aby określić, czy te rusztowania będą skutecznie działać jako przeszczepy naczyniowe.

Do wytworzenia przeszczepów naczyniowych o średnicach 0,7, 1 i 1,5 mm i różnych grubościach ścianek wykorzystano rusztowania TE-PGS, a także zbadano ciśnienie rozrywające, kąt wyboczenia i właściwości zatrzymywania szwów tych przeszczepów. Trombogenność przeszczepów badano przed ich wszczepieniem do podnerkowej aorty brzusznej myszy na osiem miesięcy.

Degradację przeszczepu monitorowano za pomocą barwienia immunofluorescencyjnego makrofagów. Zbadano także rozmieszczenie elastyny, kolagenu, SMC i komórek śródbłonka, a zregenerowane elastyczne blaszki w błonie wewnętrznej i środkowej porównano z tymi u natywnej myszy.

Wyniki

Wyniki wykazały, że rusztowanie TE50 (stosunek TE:PGS 50:50) było mechanicznie stabilne i biokompatybilne do stosowania jako przeszczepy naczyniowe i nie było wysoce podatne na zakrzepicę. Wspomagało proliferację HUVEC i HCASMC oraz ekspresję funkcjonalnych markerów białkowych.

Co więcej, nieporowaty charakter rusztowania TE50 stymulował tworzenie strukturalnie odpowiednich włókien elastyny ​​i kolagenu, odpowiednio w błonie wewnętrznej i środkowej oraz przydance. Doświadczenia z implantacją na myszach wykazały, że po ośmiu miesiącach rusztowanie uległo całkowitej degradacji, utworzyła się nowa tętnica, a w przydance wykryto dojrzały kolagen.

Elastyczne blaszki otoczono wrzecionowatymi, ułożonymi obwodowo SMC alfa-aktyny+ i smootheliny+ w ciągu ośmiu tygodni, w porównaniu z ośmioma miesiącami wymaganymi do utworzenia podobnych elastycznych blaszek u natywnych myszy.

Wnioski

Podsumowując, w badaniu opisano zastosowanie rusztowania TE-PGS do budowy przeszczepów naczyniowych, które są nieporowate i biodegradowalne i mogą wspierać proliferację SMC oraz ułatwiać tworzenie włókien elastyny ​​i kolagenu.

Ogólnie wyniki wykazały, że rusztowania TE-PGS ułatwiały tworzenie zorganizowanych blaszek elastyny, które są niezbędne do prawidłowej regeneracji tętnic. Testy implantacyjne wykazały biokompatybilność i dostarczyły dowodów na utworzenie się nowej tętnicy u myszy w ciągu ośmiu miesięcy. Dodatkowo biodegradowalność, termostabilność, wytrzymałość na rozciąganie i drożność materiału sprawiają, że jest on idealnym kandydatem na syntetyczne przeszczepy naczyniowe.

Odniesienie:

• 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

.