Výskumníci vytvárajú neporézny, biologicky odbúrateľný vaskulárny štep

Výskumníci vytvárajú neporézny, biologicky odbúrateľný vaskulárny štep

V nedávno publikovanej štúdii v Pokročilé materiály Tím výskumníkov vyvinul nový biodegradovateľný vaskulárny štep s malým priemerom, ktorý podporuje tvorbu štruktúr obsahujúcich elastín v intima-médii, čo je dôležité pre normálnu funkciu tepny.

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

pozadia

Poškodenie tepien spôsobené chorobami, ako je ťažká ateroskleróza, môže viesť k infarktu myokardu a smrti. Kým autológne cievne transplantácie z radiálnych tepien, vnútorných prsných tepien alebo safény sú ideálne, pacienti s predchádzajúcimi ochoreniami často siahajú po syntetických transplantáciách.

Komerčne dostupné syntetické štepy vyrobené z materiálov, ako je polytetrafluóretylén, spôsobujú problémy, ako je dlhodobá obštrukcia v dôsledku krvných zrazenín a restenózy. Regenerácia tepien je tiež inhibovaná v dôsledku biologicky neodbúrateľného charakteru týchto štepov.

Biodegradovateľné vaskulárne štepy majú výhodu zvýšenej priechodnosti a uľahčenia proliferácie buniek hladkého svalstva (SMC), tvorby endotelu a ukladania proteínov extracelulárnej matrice (ECM), ako je kolagén a elastín. Avšak dlhodobá výkonnosť týchto štepov je ohrozená nesprávnou priestorovou regeneráciou a organizáciou elastínových vlákien, čo vedie k nesprávnemu usporiadaniu endotelových buniek a SMC.

O štúdiu

V tejto štúdii výskumníci použili kombináciu tropoelastínu (TE), prirodzene produkovaného ECM proteínu používaného elastogénnymi bunkami na produkciu elastínu, a polyglycerolsebakátu (PGS), biologicky odbúrateľného, ​​vysoko elastického materiálu, na vytvorenie biologicky odbúrateľného neporézneho vaskulárneho štepu.

Lešenie TE-PGS bolo skonštruované elektrostatickým zvlákňovaním, aby napodobňovalo prirodzenú štruktúru vlákna tepny a tepelne stabilizované pri 160 °C počas 16 hodín. Na skúmanie tepelne stabilizovaného skafoldu a skúmanie mikroštruktúr TE a PGS sa použila multifotónová mikroskopia. Chemická konformácia skafoldu pred a po tepelnej stabilizácii sa porovnávala s použitím celkovej odrazivosti zoslabenej infračervenou spektroskopiou s Fourierovou transformáciou (FTIR-ATR).

Boli uskutočnené ťahové skúšky na stanovenie mechanických vlastností, ako je pevnosť v ťahu, modul pružnosti, predĺženie pri pretrhnutí a krivka napätie-deformácia. Mechanická stabilita a viskoelasticita sa hodnotili podrobením lešenia testu tečenia pri zaťažení 0,1 MPa počas 500 minút. Okrem toho sa testovala štrukturálna integrita a stabilita rozmerov lešenia ponorením lešenia do fyziologického roztoku pufrovaného fosfátom pri 37 °C. Dlhodobá stabilita bola stanovená na základe pozorovaní zmeny hmotnosti počas 154 dní po ponorení.

Lešenie sa kultivovalo s ľudskými dermálnymi fibroblastmi, aby sa určila in vitro cytokompatibilita, zatiaľ čo kompatibilita in vivo sa merala subkutánnou implantáciou skafoldu myšiam a vykonaním histologických vyšetrení po dvoch a štyroch týždňoch.

Bunky hladkého svalstva ľudskej koronárnej artérie (HCASMC) a endotelové bunky ľudskej pupočníkovej žily (HUVEC) sa kultivovali na skafolde. Skúmali sa funkčné markery a proliferácia, aby sa určilo, či tieto skelety budú úspešne fungovať ako vaskulárne štepy.

Scaffoldy TE-PGS sa použili na výrobu cievnych štepov s priemermi 0,7, 1 a 1,5 mm a rôznymi hrúbkami steny a testoval sa tlak pri roztrhnutí, uhol vybočenia a vlastnosti retencie stehov týchto štepov. Trombogenicita štepov bola testovaná pred ich implantáciou do infrarenálnej brušnej aorty myší počas ôsmich mesiacov.

Degradácia štepu sa monitorovala pomocou imunofluorescenčného farbenia na makrofágy. Skúmala sa aj distribúcia elastínu, kolagénu, SMC a endotelových buniek a regenerované elastické lamely v intima-médiu sa porovnávali s lamelami natívnej myši.

Výsledky

Výsledky ukázali, že lešenie TE50 (pomer 50:50 TE:PGS) bolo mechanicky stabilné a biokompatibilné na použitie ako vaskulárne štepy a nebolo veľmi náchylné na trombózu. Podporoval proliferáciu HUVEC a HCASMC a expresiu funkčných proteínových markerov.

Okrem toho neporézna povaha lešenia TE50 stimulovala tvorbu štruktúrne vhodných elastínových a kolagénových vlákien v intima-médii a adventícii. Implantačné experimenty na myšiach ukázali, že po ôsmich mesiacoch bolo lešenie úplne degradované, vytvorila sa neoartéria a v adventícii bol detegovaný zrelý kolagén.

Elastické lamely boli obklopené vretenovitými, obvodovo zarovnanými alfa-aktín+ a smoothelín+ SMC SMC v priebehu ôsmich týždňov v porovnaní s ôsmimi mesiacmi potrebnými na vytvorenie podobných elastických lamiel u natívnych myší.

Závery

Stručne povedané, štúdia opísala použitie lešenia TE-PGS na konštrukciu vaskulárnych štepov, ktoré boli neporézne a biologicky odbúrateľné a mohli by podporovať proliferáciu SMC a uľahčiť tvorbu elastínových a kolagénových vlákien.

Celkovo výsledky ukázali, že lešenie TE-PGS uľahčilo tvorbu organizovaných elastínových lamiel, čo je nevyhnutné pre správnu arteriálnu regeneráciu. Implantačné testovanie zaznamenalo biokompatibilitu a poskytlo dôkaz o tvorbe neoarterií u myší do ôsmich mesiacov. Okrem toho, biodegradovateľný charakter materiálu, tepelná stabilita, pevnosť v ťahu a priechodnosť z neho robia ideálneho kandidáta na syntetické cievne štepy.

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

.