Raziskovalci ustvarijo neporozen, biološko razgradljiv žilni presadek

Raziskovalci ustvarijo neporozen, biološko razgradljiv žilni presadek

V nedavno objavljeni študiji v Napredni materiali Skupina raziskovalcev je razvila nov biološko razgradljiv vaskularni presadek majhnega premera, ki podpira tvorbo struktur, ki vsebujejo elastin, v intimi-mediji, kar je pomembno za normalno delovanje arterije.

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

ozadje

Poškodbe arterij, ki jih povzročijo bolezni, kot je huda ateroskleroza, lahko povzročijo miokardni infarkt in smrt. Medtem ko so avtologne vaskularne presaditve iz radialnih arterij, notranjih arterij dojke ali vene safene idealne, se bolniki s predhodnimi boleznimi pogosto zatečejo k sintetičnim presaditvam.

Komercialno dostopni sintetični presadki, izdelani iz materialov, kot je politetrafluoroetilen, povzročajo težave, kot je obstrukcija za daljša obdobja zaradi krvnih strdkov in restenoze. Regeneracija arterij je zavirana tudi zaradi biološko nerazgradljive narave teh presadkov.

Biološko razgradljivi vaskularni presadki imajo prednost povečane prehodnosti in pospeševanja proliferacije gladkih mišičnih celic (SMC), tvorbe endotelija in odlaganja proteinov zunajceličnega matriksa (ECM), kot sta kolagen in elastin. Vendar pa je dolgoročna učinkovitost teh presadkov ogrožena zaradi nepravilne prostorske regeneracije in organizacije elastinskih vlaken, kar vodi do nepravilne razporeditve endotelijskih celic in SMC.

O študiju

V tej študiji so raziskovalci uporabili kombinacijo tropoelastina (TE), naravno proizvedenega proteina ECM, ki ga uporabljajo elastogene celice za proizvodnjo elastina, in poliglicerol sebacata (PGS), biorazgradljivega, zelo elastičnega materiala, da bi ustvarili biološko razgradljivo, neporozno žilno presadek.

Ogrodje TE-PGS je bilo izdelano z elektropredenjem, da posnema strukturo vlaken naravne arterije, in toplotno stabilizirano pri 160 °C 16 ur. Večfotonska mikroskopija je bila uporabljena za pregled toplotno stabiliziranega ogrodja in pregled mikrostruktur TE in PGS. Kemično konformacijo ogrodja pred in po toplotni stabilizaciji smo primerjali s Fourierjevo transformacijo infrardeče spektroskopije z oslabljeno popolno odbojnostjo (FTIR-ATR).

Natezni preskusi so bili izvedeni za določitev mehanskih lastnosti, kot so natezna trdnost, modul elastičnosti, raztezek ob pretrganju in krivulja napetost-deformacija. Mehanska stabilnost in viskoelastičnost sta bili ovrednoteni tako, da je bil oder podvržen testu lezenja pri obremenitvi 0,1 MPa za 500 minut. Poleg tega sta bili preizkušeni strukturna celovitost in stabilnost dimenzij ogrodja s potopitvijo ogrodja v fiziološko raztopino s fosfatnim pufrom pri 37 °C. Dolgoročna stabilnost je bila določena na podlagi opazovanj sprememb mase v 154 dneh po potopitvi.

Ogrodje so gojili s človeškimi dermalnimi fibroblasti, da bi določili citokompatibilnost in vitro, medtem ko je bila združljivost in vivo izmerjena s subkutanim vsaditvijo ogrodja v miši in izvedbo histoloških preiskav po dveh in štirih tednih.

Gladke mišične celice človeške koronarne arterije (HCASMC) in endotelijske celice človeške popkovnične vene (HUVEC) so gojili na ogrodju. Funkcionalne označevalce in proliferacijo so pregledali, da bi ugotovili, ali bi ti odri uspešno delovali kot vaskularni presadki.

The TE-PGS scaffolds were used to fabricate vascular grafts with diameters of 0.7, 1, and 1.5 mm and different wall thicknesses, and the burst pressure, buckling angle, and suture retention properties of these grafts were tested. Trombogenost presadkov je bila testirana, preden so jih za osem mesecev implantirali v infrarenalno trebušno aorto miši.

Razgradnjo presadka smo spremljali z imunofluorescenčnim barvanjem za makrofage. Pregledali smo tudi porazdelitev elastina, kolagena, SMC in endotelijskih celic ter primerjali regenerirane elastične lamele v intimi-mediji s tistimi pri domači miši.

Rezultati

Rezultati so pokazali, da je bil ogrodje TE50 (razmerje 50:50 TE:PGS) mehansko stabilno in biokompatibilno za uporabo kot vaskularni presadki in ni bilo zelo dovzetno za trombozo. Podpiral je širjenje HUVEC in HCASMC ter izražanje funkcionalnih proteinskih markerjev.

Poleg tega je neporozna narava ogrodja TE50 spodbudila tvorbo strukturno ustreznih elastinskih in kolagenskih vlaken v intimi in adventitiji. Poskusi implantacije pri miših so pokazali, da je bil po osmih mesecih ogrodje popolnoma razgrajeno, nastala je neoarterija in v adventitiji je bil odkrit zrel kolagen.

Elastične lamele so bile v osmih tednih obdane z vretenastimi, obodno poravnanimi alfa-gladkimi mišičnimi aktin+ in gladkimi+ SMC, v primerjavi z osmimi meseci, potrebnimi za nastanek podobnih elastičnih lamel pri domačih miših.

Sklepi

Če povzamemo, je študija opisala uporabo ogrodja TE-PGS za izdelavo vaskularnih presadkov, ki so neporozni in biološko razgradljivi ter lahko podpirajo proliferacijo SMC in olajšajo tvorbo elastinskih in kolagenskih vlaken.

Na splošno so rezultati pokazali, da so ogrodja TE-PGS olajšala tvorbo organiziranih elastinskih lamel, ki so bistvenega pomena za pravilno regeneracijo arterij. Testiranje implantacije je pokazalo biokompatibilnost in zagotovilo dokaze o nastanku neoarterije pri miših v osmih mesecih. Poleg tega je material zaradi biološke razgradljivosti, termostabilnosti, natezne trdnosti in prehodnosti idealen kandidat za sintetične žilne presadke.

Referenca:

• 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

.