младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher at the Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher at the Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
кандидат биологических наук научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины 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 Molecular, Translational and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
кандидат биологических наук заведующая лабораторией молекулярной, трансляционной и цифровой медицины 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 Molecular, Translational and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
доктор биологических наук главный научный сотрудник отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, Chief Researcher at the Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
Основные положения
Стенты с покрытием, или стент-графты, широко применяются в эндоваскулярной хирургии при закрытии перфораций, диссекций и аневризм артерий, а также при стентировании артерий с рыхлыми атеросклеротичными бляшками с целью снижения риска эмболий и инсультов. Материал покрытия стентов играет важную роль в профилактике ранних тромбозов и рестенозов стент-графтов. Биодеградируемые полимеры демонстрируют преимущества перед небиоразлагаемыми, так как не остаются в тканях пациента на длительный срок и не поддерживают хроническое воспаление. Изучение динамики и особенности биодеградации полимерного покрытия может дать информацию о его пригодности и безопасности в составе стент-графта.
Аннотация
Цель. Скрининг потенциально подходящих для покрытия стент-графта полимеров с оценкой биосовместимости и динамики биодеградации в эксперименте in vivo.
Материалы и методы. Покрытие на стент наносили методом электроспиннинга из раствора полимеров: поликапролактон (PCL), полидиоксанон (PDO), полилактид-со-капролактон (PLA/PCL) с соотношением лактида и капролактона – 70:30, полилактид-со-гликолид (PLGA) с соотношением лактида и гликолида – 50:50. В качестве растворителя использовали хлороформ (CHCl3) и 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанол (HFP). В качестве контроля – полимерную мембрану Gore-Tex из политетрафторэтилена (ePTFE). С целью оценки биосовместимости и динамики биодеградации in vivo исследуемые полимерные образцы были имплантированы подкожно крысам-самцам линии Wistar на сроки 7 и 14 сут, 1, 2, 3 и 6 мес. После эксплантации все образцы были изучены гистологически.
Результаты. В первые 14 сут после имплантации на все полимерные образцы развилась умеренная воспалительная реакция. Материал PTFE отделялся от окружающих тканей тонкой упорядоченной фиброзной капсулой, что подтверждает его удовлетворительные биосовместимые свойства. Пористая структура мембран PCL активно заполнялась фибробластами, образцы были плотно интегрированы в окружающие ткани. PLA/PCL деградировал с образованием крупных фрагментов. Композитный полимер PLA/PCL/PDO деградировал с образованием мелких фрагментов, которые были прочно интегрированы с фиброзной капсулой. Мембраны PLGA продемонстрировали высокие темпы деградации: через 3 мес. после имплантации были обнаружены фрагменты мембран, через 6 мес. образцы полностью деградировали.
Заключение. Результаты оценки биосовместимости и биодеградации in vivo свидетельствуют о том, что наиболее перспективными для создания стен-графта являются полимеры PCL, PLGA и композитный полимер PLA/PCL/PDO. С целью окончательного выбора полимера необходима дальнейшая оценка биосовместимости и деградации полимерного покрытия при имплантации стент-графтов в артериальное русло крупных лабораторных животных.
Highlights
Coated stents or stent-grafts are widely used in endovascular surgery to close arterial perforations, dissections and aneurysms, as well as in stenting of arteries with loose atherosclerotic plaques in order to reduce the risk of emboli and strokes. The material of stent coating is of great importance in the prevention of early thrombosis and restenosis of stent grafts. Biodegradable polymers have an advantage over non-biodegradable polymers because they do not remain in the patient's tissues for a long period of time and do not cause chronic inflammation. The study of the dynamics and biodegradation characteristics of polymer coating can provide information about its suitability and safety in the stent graft.
Annotation
Aim. To screen potentially suitable polymers for stent-graft coating with the following assessment of biocompatibility and biodegradation dynamics in an in vivo experiment.
Methods. The coating was applied on the stent by electrospinning from a solution of polymers: Polycaprolactone (PCL); polydioxanone (PDO); polylactide-co-caprolactone (P(LA/CL)) with lactide: caprolactone ratio – 70:30; polylactide-co-glycolide (PLGA) with lactide: glycolide ratio – 50:50. Chloroform (CHCl3) and 1,1,1,1,3,3,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFP) were used as a solvent. Gore-Tex polymer membrane made of polytetrafluoroethylene (ePTFE) was used as control. In order to evaluate biocompatibility and biodegradation dynamics in vivo, the studied polymeric samples were implanted subcutaneously in male Wistar rats for periods of 7 and 14 days, 1, 2, 3 and 6 months. After explantation all samples were studied histologically.
Results. 14 days after implantation a moderate inflammatory reaction developed on all polymer specimens. The PTFE material was separated from the surrounding tissues by a thin ordered fibrous capsule, confirming its satisfactory biocompatible properties. The porous structure of PCL membranes was filled by fibroblasts and the specimens were tightly integrated into the surrounding tissues. P(LA/CL) degrades with the formation of large fragments. The composite polymer P(LA/CL)/PDO degraded to form small fragments that are tightly integrated with the fibrous capsule. PLGA membranes showed high rates of degradation - membrane fragments were detected 3 months after implantation, after 6 months the samples were completely degraded.
Conclusion. The results of biocompatibility and biodegradation assessment in vivo indicate that the most promising polymers for stent-graft creation are PCL, PLGA and composite polymer P(LA/CL)/PDO. In order to finalize the choice of polymer, it is necessary to conduct further studies to assess the biocompatibility and degradation of polymer coating during implantation of stent-grafts into the arterial bed of large laboratory animals.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.