kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2023-12-3-173-180kpccz-1141Research ArticleОНЛАЙН. ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиологияONLINE. ORIGINAL STUDIES. Pathological physiologyN-ГЛИКОЛИЛНЕЙРАМИНОВАЯ КИСЛОТА КАК ВОЗМОЖНЫЙ ТРИГГЕР ИММУННОГО ОТТОРЖЕНИЯ ЭПОКСИОБРАБОТАННЫХ КСЕНОПЕРИКАРДИАЛЬНЫХ БИОПРОТЕЗОВ КЛАПАНОВ СЕРДЦАN-GLYCOLYLNEURAMINIC ACID AS A POSSIBLE TRIGGER FOR IMMUNE REJECTION OF EPOXY-TREATED XENO-PERICARDIAL HEART VALVE BIOPROSTHESEShttps://orcid.org/0000-0001-6099-0315КостюнинАлександр ЕвгеньевичKostyuninAlexander E.

кандидат биологических наук научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, researcher at the Laboratory of New Biomaterials, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution «Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases», Kemerovo, Russian Federation

Rhabdophis_tigrina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4890-0393ГлушковаТатьяна ВладимировнаGlushkovaTatiana V.

кандидат биологических наук старший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, senior researcher at the Laboratory of New Biomaterials, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution «Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases», Kemerovo, Russian Federation

bio.tvg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4405-8904РезвоваМария АлександровнаRezvovaMaria A.

младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

a junior research assistant at the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases, Kemerovo, Russian Federation

rezvovamaria@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3211-1250КлышниковКирилл ЮрьевичKlyshnikovKirill Yu.

кандидат медицинских наук научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, a research assistant at the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases, Kemerovo, Russian Federation

klyshnikovk@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2404-2873ОнищенкоПавел СергеевичOnishchenkoPavel S.

младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

a junior research assistant at the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases, Kemerovo, Russian Federation

onis.pavel@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7477-3979ОвчаренкоЕвгений АндреевичOvcharenkoEvgeny A.

кандидат технических наук заведующий лабораторией новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, Head of the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases, Kemerovo, Russian Federation

ov.eugene@gmail.comФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»РоссияFederal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”Russian Federation202325092023123173180Copyright © Костюнин А.Е., Глушкова Т.В., Резвова М.А., Клышников К.Ю., Онищенко П.С., Овчаренко Е.А., 20232023Костюнин А.Е., Глушкова Т.В., Резвова М.А., Клышников К.Ю., Онищенко П.С., Овчаренко Е.А.Kostyunin A.E., Glushkova T.V., Rezvova M.A., Klyshnikov K.Y., Onishchenko P.S., Ovcharenko E.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/1141Основные положения

Основные положения

 

 

Цель

Цель. Оценить присутствие N-гликолилнейраминовой кислоты (ГНК) в интактном бычьем перикарде, стабилизированном диглицидиловым эфиром этиленгликоля, а также в створках эпоксиобработанных ксеноперикардиальных биопротезов клапанов сердца (БП), эксплантированных по причине дисфункций.

Материалы и методы

Материалы и методы. Посредством иммуногистохимического окрашивания антителом к ГНК изучены фрагменты пяти лоскутов интактного эпоксиобработанного бычьего перикарда, применяемого в производстве БП. Аналогичным образом исследованы фрагменты створок восьми эпоксиобработанных БП со сроками функционирования от 1 дня до 68 мес. и иссеченных при репротезировании. В качестве положительного и отрицательного контролей использовали нативный бычий перикард и створки трех аортальных клапанов, удаленных при протезировании у пациентов с аортальным стенозом, соответственно.

Результаты

Результаты. Положительное окрашивание ГНК отмечено в интактном эпоксиобработанном ксеноперикарде и створках БП, иссеченных через 1, 2, 20 и 42 дня после имплантации. Ткани БП, функционировавшего 30 мес., характеризовались следовым присутствием ГНК. В створках аортальных клапанов и БП, эксплантированных через 34, 63 и 68 мес., ГНК не выявлена. 

Заключение

Заключение. Стабилизация ксенобиоматериала диглицидиловым эфиром этиленгликоля не экранирует ГНК. Данный сахарид сохраняется в структуре биоматериала функционирующих эпоксиобработанных БП около 2,5 лет после имплантации. 

Highlights

Highlights

 

 

Aim

Aim. To assess the presence of N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc) in an intact bovine pericardial tissue stabilized by ethylene glycol diglycidyl ether and in the leaflets of epoxy-treated bioprosthetic heart valves (BHV) explanted due to dysfunction.

Methods

Methods. By means of immunochemistry (using anti-Neu5Gc antibodies), we studied the fragments of 5 samples of intact epoxy-treated bovine pericardium commonly used in cardiac surgery. Similarly, we examined the fragments of the leaflets of 8 epoxy-treated BHVs that lasted for different time periods (1 day to 68 months) and excised during reoperation. The native bovine pericardium and the leaflets of 3 human aortic valves (AV) removed during reoperation in patients with aortic stenosis were used as positive and negative controls, respectively.

Results

Results. Positive reaction for Neu5Gc was observed in intact epoxy-treated xenopericardium and BHVs excised 1, 2, 20 and 42 days after implantation. The tissue of BHV that had lasted 30 months was characterized by the faint presence of Neu5Gc. In the leaflets of AV and in BHVs, explanted after 34, 63 and 68 months, Neu5Gc was not detected. 

Conclusion

Conclusion. Stabilization of xenobiomaterial with ethylene glycol diglycidyl ether does not remove the Neu5Gc. This saccharide remains in the biological tissue of epoxy-treated BHV for about 2.5 years after implantation. 

Биологические протезы клапанов сердцаСтруктурная дегенерация клапановИммунное отторжениеN-гликолилнейраминовая кислотаBioprosthetic heart valveStructural valves degenerationImmune rejectionN-glycolylneuraminic acidРабота выполнена в рамках комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН по фундаментальной теме НИИ КПССЗ № 0419-2022-0001 «Молекулярные, клеточные и биомеханические механизмы патогенеза сердечно-сосудистых заболеваний в разработке новых методов лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы на основе персонифицированной фармакотерапии, внедрения малоинвазивных медицинских изделий, биоматериалов и тканеинженерных имплантатов».Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases, 650002, 6 Sosnovy Boulevard, Kemerovo, Russian Federation.ReferencesТимченко Т.П. Бисфосфонаты как потенциальные ингибиторы кальцификации биопротезов клапанов сердца (обзор). Современные технологии в медицине. 2022; 14(2):68-79. doi:10.17691/stm2022.14.2.07Timchenko T.P. Bisphosphonates as potential inhibitors of calcification in bioprosthetic heart valves (review). Modern Technologies in Medicine. 2022; 14(2):68-79. (in Russian) doi:10.17691/stm2022.14.2.07Head S.J., Çelik M., Kappetein A.P. Mechanical versus bioprosthetic aortic valve replacement. Eur. Heart J. 2017; 38(28):2183-2191. doi:10.1093/eurheartj/ehx141Head S.J., Çelik M., Kappetein A.P. Mechanical versus bioprosthetic aortic valve replacement. Eur. Heart J. 2017; 38(28):2183-2191. doi:10.1093/eurheartj/ehx141Fatima B., Mohananey D., Khan F.W., Jobanputra Y., Tummala R., Banerjee K., Krishnaswamy A., Mick S., Tuzcu E.M., Blackstone E., Svensson L., Kapadia S. Durability data for bioprosthetic surgical aortic valve: a systematic review. JAMA Cardiol. 2019; 4(1):71-80. doi:10.1001/jamacardio.2018.4045Fatima B., Mohananey D., Khan F.W., Jobanputra Y., Tummala R., Banerjee K. et al. Durability data for bioprosthetic surgical aortic valve: a systematic review. JAMA Cardiol. 2019; 4(1):71-80. doi:10.1001/jamacardio.2018.4045Capodanno D., Petronio A.S., Prendergast B., Eltchaninoff H., Vahanian A., Modine T., Lancellotti P., Sondergaard L., Ludman P.F., Tamburino C., Piazza N., Hancock J., Mehilli J., Byrne R.A., Baumbach A., Kappetein A.P., Windecker S., Bax J., Haude M.. Standardized definitions of structural deterioration and valve failure in assessing long-term durability of transcatheter and surgical aortic bioprosthetic valves: a consensus statement from the European Association of Percutaneous Cardiovascular Interventions (EAPCI) endorsed by the European Society of Cardiology (ESC) and the European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS). Eur. Heart J. 2017; 38(45):3382-3390. doi:10.1093/eurheartj/ehx303Capodanno D., Petronio A.S., Prendergast B., Eltchaninoff H., Vahanian A., Modine T. et al. Standardized definitions of structural deterioration and valve failure in assessing long-term durability of transcatheter and surgical aortic bioprosthetic valves: a consensus statement from the European Association of Percutaneous Cardiovascular Interventions (EAPCI) endorsed by the European Society of Cardiology (ESC) and the European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS). Eur. Heart J. 2017; 38(45):3382-3390. doi:10.1093/eurheartj/ehx303Dvir D., Bourguignon T., Otto C.M., Hahn R.T., Rosenhek R., Webb J.G., Treede H., Sarano M.E., Feldman T., Wijeysundera H.C., Topilsky Y., Aupart M., Reardon M.J., Mackensen G.B., Szeto W.Y., Kornowski R., Gammie J.S., Yoganathan A.P., Arbel Y., Borger M.A., Simonato M., Reisman M., Makkar R.R., Abizaid A., McCabe J.M., Dahle G., Aldea G.S., Leipsic J., Pibarot P., Moat N.E., Mack M.J., Kappetein A.P., Leon M.B.; VIVID (Valve in Valve International Data) Investigators Standardized definition of structural valve degeneration for surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves. Circulation. 2018; 137(4):388-399. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.117.030729Dvir D., Bourguignon T., Otto C.M., Hahn R.T., Rosenhek R., Webb J.G. et al. Standardized definition of structural valve degeneration for surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves. Circulation. 2018; 137(4):388-399. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.117.030729Bozso, S.J., Kang, J.J., Basu, R. Adam B., Dyck J.R.B., Oudit G.Y., Moon M.C., Freed D.H., Nagendran J., Nagendran J. Structural valve deterioration is linked to increased immune infiltrate and chemokine expression. J Cardiovasc Trans Res. 2021;14:503-512. doi:10.1007/s12265-020-10080-xBozso, S.J., Kang, J.J., Basu, R. Adam B., Dyck J.R.B., Oudit G.Y. et al. Structural valve deterioration is linked to increased immune infiltrate and chemokine expression. J Cardiovasc Trans Res. 2021; 14:503-512. doi:10.1007/s12265-020-10080-xBozso S.J., El-Andari R., Al-Adra D., Moon M.C., Freed D.H., Nagendran J., Nagendran J. A review of the immune response stimulated by xenogenic tissue heart valves. Scand J Immunol. 2021; 93(4):e13018. doi:10.1111/sji.13018Bozso S.J., El-Andari R., Al-Adra D., Moon M.C., Freed D.H., Nagendran J. et al. A review of the immune response stimulated by xenogenic tissue heart valves. Scand J Immunol. 2021; 93(4):e13018. doi:10.1111/sji.13018Senage T., Paul A., Le Tourneau T., Fellah-Hebia I., Vadori M., Bashir S. et al. The role of antibody responses against glycans in bioprosthetic heart valve calcification and deterioration. Nat Med. 2022; 28(2):283-294. doi:10.1038/s41591-022-01682-wSenage T., Paul A., Le Tourneau T., Fellah-Hebia I., Vadori M., Bashir S. et al. The role of antibody responses against glycans in bioprosthetic heart valve calcification and deterioration. Nat Med. 2022; 28(2):283-294. doi:10.1038/s41591-022-01682-wBarone A., Benktander J., Whiddon C., Jin C., Galli C., Teneberg S., Breimer M.E. Glycosphingolipids of porcine, bovine, and equine pericardia as potential immune targets in bioprosthetic heart valve grafts. Xenotransplantation. 2018; 25(5):e12406. doi:10.1111/xen.12406Barone A., Benktander J., Whiddon C., Jin C., Galli C., Teneberg S. et al. Glycosphingolipids of porcine, bovine, and equine pericardia as potential immune targets in bioprosthetic heart valve grafts. Xenotransplantation. 2018; 25(5):e12406. doi:10.1111/xen.12406Reuven E.M., Leviatan Ben-Arye S., Marshanski T., Breimer M.E., Yu H., Fellah-Hebia I., Roussel J.C., Costa C., Galiñanes M., Mañez R., Le Tourneau T., Soulillou J.P., Cozzi E., Chen X., Padler-Karavani V. Characterization of immunogenic Neu5Gc in bioprosthetic heart valves. Xenotransplantation. 2016; 23(5):381-92. doi:10.1111/xen.12260Reuven E.M., Leviatan Ben-Arye S., Marshanski T., Breimer M.E., Yu H., Fellah-Hebia I. et al. Characterization of immunogenic Neu5Gc in bioprosthetic heart valves. Xenotransplantation. 2016; 23(5):381-92. doi:10.1111/xen.12260Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция биопротезов клапанов сердца: достижения и проблемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2012; (1):4-11. doi:10.17802/2306-1278-2012-1-4-11Barbarash L.S., Zhuravleva I.Yu. Bioprosthetic heart valve evolution: two decades of advances and challenges. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2012; 1:4-11. (in Russian) doi:10.17802/2306-1278-2012-1-4-11Костюнин А.Е., Резвова М.А. Роль остаточных ксеноантигенов в дегенерации ксеногенных биопротезов клапанов сердца. Иммунология. 2019; 40(4):56-63. doi:10.24411/0206-4952-2019-14005Kostyunin A.E., Rezvova M.A. The role of residual xenoanthigens in the degeneration of xenogenic bioprosthetic heart valves. Immunologiya. 2019; 40(4):56-63. (in Russian) doi:10.24411/0206-4952-2019-14005Altman M.O., Gagneux P. Absence of Neu5Gc and presence of anti-Neu5Gc antibodies in humans – an evolutionary perspective. Front Immunol. 2019; 10:789. doi: 10.3389/fimmu.2019.00789Altman M.O., Gagneux P. Absence of Neu5Gc and presence of anti-Neu5Gc antibodies in humans – an evolutionary perspective. Front Immunol. 2019; 10:789. doi: 10.3389/fimmu.2019.00789Zhu A., Hurst R. Anti-N-glycolylneuraminic acid antibodies identified in healthy human serum. Xenotransplantation. 2002; 9(6):376-381. doi:10.1034/j.1399-3089.2002.02138.xZhu A., Hurst R. Anti-N-glycolylneuraminic acid antibodies identified in healthy human serum. Xenotransplantation. 2002; 9(6):376-381. doi:10.1034/j.1399-3089.2002.02138.xMarro M., Kossar A.P., Xue Y., Frasca A., Levy R.J., Ferrari G. Noncalcific mechanisms of bioprosthetic structural valve degeneration. J Am Heart Assoc. 2021; 10(3):e018921. doi:10.1161/JAHA.120.018921Marro M., Kossar A.P., Xue Y., Frasca A., Levy R.J., Ferrari G. Noncalcific mechanisms of bioprosthetic structural valve degeneration. J Am Heart Assoc. 2021; 10(3):e018921. doi:10.1161/JAHA.120.018921Naso F., Gandaglia A., Bottio T., Tarzia V., Nottle M.B., d'Apice A.J., Cowan P.J., Cozzi E., Galli C., Lagutina I., Lazzari G., Iop L., Spina M., Gerosa G. First quantification of alpha-Gal epitope in current glutaraldehyde-fixed heart valve bioprostheses. Xenotransplantation. 2013; 20(4):252-261. doi:10.1111/xen.12044Reuven E.M., Leviatan Ben-Arye S., Marshanski T., Breimer M.E., Yu H., Fellah-Hebia I. et al. Characterization of immunogenic Neu5Gc in bioprosthetic heart valves. Xenotransplantation. 2016; 23(5):381-92. doi:10.1111/xen.12260Мухамадияров Р.А., Рутковская Н.В., Сидорова О.Д., Барбараш Л.С. Исследование клеточного состава кальцинированных биопротезов клапанов сердца. Вестник РАМН. 2015; 70(6):662-668. doi:10.15690/vramn560Naso F., Gandaglia A., Bottio T., Tarzia V., Nottle M.B., d'Apice A.J. et al. First quantification of alpha-Gal epitope in current glutaraldehyde-fixed heart valve bioprostheses. Xenotransplantation. 2013; 20(4):252-261. doi:10.1111/xen.12044Kostyunin A., Mukhamadiyarov R., Glushkova T., Bogdanov L., Shishkova D., Osyaev N.. Ovcharenko E., Kutikhin A. Ultrastructural pathology of atherosclerosis, calcific aortic valve disease, and bioprosthetic heart valve degeneration: commonalities and differences. Int J Mol Sci. 2020; 21(20):7434. doi:10.3390/ijms21207434Mukhamadiyarov R.A., Rutkovskaya N.V., Sidorova O.D., Barbarash L.S. Cellular composition of calcified bioprosthetic heart valves. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2015; 70(6):662-668. (in Russian) doi:10.15690/vramn560Gates K.V., Xing Q., Griffiths L.G. Immunoproteomic identification of noncarbohydrate antigens eliciting graft-specific adaptive immune responses in patients with bovine pericardial bioprosthetic heart valves. Proteomics Clin. Appl. 2019; 13(4):e1800129. doi:10.1002/prca.201800129Kostyunin A., Mukhamadiyarov R., Glushkova T., Bogdanov L., Shishkova D., Osyaev N. et al. Ultrastructural pathology of atherosclerosis, calcific aortic valve disease, and bioprosthetic heart valve degeneration: commonalities and differences. Int J Mol Sci. 2020; 21(20):7434. doi:10.3390/ijms21207434Fournier P.E., Thuny F., Grisoli D., Lepidi H., Vitte J., Casalta J.P., Weiller P.J., Habib G., Raoult D. A deadly aversion to pork. Lancet. 2011; 377(9776):1542. doi:10.1016/S0140-6736(11)60021-4Gates K.V., Xing Q., Griffiths L.G. Immunoproteomic identification of noncarbohydrate antigens eliciting graft-specific adaptive immune responses in patients with bovine pericardial bioprosthetic heart valves. Proteomics Clin. Appl. 2019; 13(4):e1800129. doi:10.1002/prca.201800129Heuschkel M.A., Leitolis A., Roderjan J.G., Suss P.H., Luzia C.A.O., da Costa F.D.A., Correa A., Stimamiglio M.A. In vitro evaluation of bovine pericardium after a soft decellularization approach for use in tissue engineering. Xenotransplantation. 2019; 26(2):e12464. doi:10.1111/xen.12464Fournier P.E., Thuny F., Grisoli D., Lepidi H., Vitte J., Casalta J.P. et al. A deadly aversion to pork. Lancet. 2011; 377(9776):1542. doi:10.1016/S0140-6736(11)60021-4Wu L.C., Kuo Y.J., Sun F.W., Chen C.H., Chiang C.J., Weng P.W., Tsuang Y.H., Huang Y.Y. Optimized decellularization protocol including α-Gal epitope reduction for fabrication of an acellular porcine annulus fibrosus scaffold. Cell Tissue Bank. 2017; 18(3):383-396. doi:10.1007/s10561-017-9619-4Heuschkel M.A., Leitolis A., Roderjan J.G., Suss P.H., Luzia C.A.O., da Costa F.D.A. et al. In vitro evaluation of bovine pericardium after a soft decellularization approach for use in tissue engineering. Xenotransplantation. 2019; 26(2):e12464. doi:10.1111/xen.12464Wu L.C., Kuo Y.J., Sun F.W., Chen C.H., Chiang C.J., Weng P.W. et al. Optimized decellularization protocol including α-Gal epitope reduction for fabrication of an acellular porcine annulus fibrosus scaffold. Cell Tissue Bank. 2017; 18(3):383-396. doi:10.1007/s10561-017-9619-4Wu L.C., Kuo Y.J., Sun F.W., Chen C.H., Chiang C.J., Weng P.W. et al. Optimized decellularization protocol including α-Gal epitope reduction for fabrication of an acellular porcine annulus fibrosus scaffold. Cell Tissue Bank. 2017; 18(3):383-396. doi:10.1007/s10561-017-9619-4

The authors declare that there are no conflicts of interest present.