Повреждение артерий, вызванное такими состояниями, как тяжелый атеросклероз, может привести к инфаркту миокарда и смерти. В то время как аутологичные сосудистые трансплантаты из лучевых артерий, внутренних грудных артерий или подкожных вен являются идеальными, пациенты с предшествующими заболеваниями часто прибегают к синтетическим трансплантатам.
Коммерчески доступные синтетические трансплантаты, изготовленные из таких материалов, как политетрафторэтилен, создают такие проблемы, как непроходимость в течение длительного времени из-за сгустков крови и рестеноза. Регенерация артерий также ингибируется из-за небиоразлагаемого характера этих трансплантатов.
Преимущество биоразлагаемых сосудистых трансплантатов заключается в повышенной проходимости и облегчении пролиферации гладкомышечных клеток (ГМК), образовании эндотелия и отложении белков внеклеточного матрикса (ВКМ), таких как коллаген и эластин. Однако долгосрочная работа этих трансплантатов подвергается опасности из-за неправильной пространственной регенерации и организации эластиновых волокон, что приводит к неправильному расположению эндотелиальных клеток и ГМК.
В настоящем исследовании исследователи использовали комбинацию тропоэластина (ТЕ), природного белка ВКМ, используемого эластогенными клетками для производства эластина, и полиглицерина себацината (ПГС), биоразлагаемого, высокоэластичного материала, для производства биоразлагаемого, неэластичного материала. пористый сосудистый трансплантат.
Каркас TE-PGS был построен с помощью электроформования, чтобы имитировать нативную структуру волокон артерии, и термостабилизирован в течение 16 часов при 160 ° C. Многофотонная микроскопия использовалась для исследования термостабилизированного каркаса и исследования микроструктур TE и PGS. Химическую конформацию каркаса до и после термостабилизации сравнивали с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье и ослабленным полным отражением (FTIR-ATR).
Были проведены испытания на растяжение для определения механических свойств, таких как предел прочности при растяжении, модуль Юнга, удлинение при разрыве и кривая напряжения-деформации. Механическую стабильность и вязкоупругость оценивали, подвергая каркас испытанию на ползучесть при нагрузке 0,1 МПа в течение 500 минут. Кроме того, структурная целостность и стабильность размеров каркаса были проверены путем погружения каркаса в фосфатно-солевой буфер при температуре 37 °C. Долговременную стабильность определяли на основе наблюдений за изменением массы в течение 154 дней после погружения.
Каркасы культивировали с фибробластами кожи человека для определения цитосовместимости in vitro , а совместимость in vivo измеряли путем подкожной имплантации каркаса мышам и проведения гистологических исследований через две и четыре недели.
Клетки гладкой мускулатуры коронарной артерии человека (HCASMC) и эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC) культивировали на каркасе. Функциональные маркеры и пролиферацию исследовали, чтобы определить, будут ли эти каркасы успешно функционировать в качестве сосудистых трансплантатов.
Каркасы TE-PGS использовались для изготовления сосудистых протезов диаметром 0,7, 1 и 1,5 мм и различной толщины стенок, а также тестировались давление разрыва, угол изгиба и свойства удержания швов этих графтов. Тромбогенность трансплантатов проверяли перед имплантацией в инфраренальную брюшную аорту мышей на восемь месяцев.
Деградацию трансплантата контролировали с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания макрофагов. Также исследовали распределение эластина, коллагена, ГМК и эндотелиальных клеток, а регенерированные эластические ламеллы в интима-медиа сравнивали с таковыми у нативной мыши.
Результаты показали, что каркас TE50 (соотношение TE:PGS 50:50) был механически стабильным и биосовместимым для использования в качестве сосудистых трансплантатов и не был очень склонен к тромбозу. Он поддерживал пролиферацию HUVEC и HCASMC и экспрессию функциональных белковых маркеров.
Кроме того, непористая природа каркаса ТЕ50 стимулировала образование структурно подходящих эластиновых и коллагеновых волокон в интиме-медиа и адвентиции соответственно. Эксперименты по имплантации на мышах показали, что к восьми месяцам каркас полностью деградировал, сформировалась неоартерия, а в адвентиции был обнаружен зрелый коллаген.
Эластичные ламеллы были окружены веретенообразными, выровненными по окружности альфа-гладкомышечными актин + и смутелин + ГМК в течение восьми недель по сравнению с восемью месяцами, затраченными у нативных мышей для формирования аналогичных эластичных ламелл.
Подводя итог, исследование описывает использование каркаса TE-PGS для конструирования сосудистых трансплантатов, которые не являются пористыми и биоразлагаемыми и могут поддерживать пролиферацию ГМК, а также способствовать образованию эластиновых и коллагеновых волокон.
В целом, результаты показали, что каркасы TE-PGS способствовали формированию организованных пластинок эластина, что необходимо для правильной регенерации артерий. Имплантационные тесты сообщили о биосовместимости и предоставили доказательства формирования неоартерий у мышей в течение восьми месяцев. Более того, биоразлагаемость, термостабильность, прочность на растяжение и проходимость материала делают его идеальным кандидатом для синтетических сосудистых протезов.
Advanced Materials , 2205614. doi : https://doi.org/10.1002/adma.202205614 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205614
