kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2025-14-4-91-101kpccz-1607Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Трансплантология и искусственные органы. Патологическая физиологияЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЦИТОТОКСИЧНОСТИ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙSENSITIVITY OF VARIOUS METHODS FOR ASSESSING THE CYTOTOXICITY OF MEDICAL DEVICESАнтоноваЛариса ВалерьевнаAntonovaLarisa V.

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

PhD, Leading Researcher, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

antonova.la@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4146-3373МатвееваВера ГеннадьевнаMatveevaVera G.

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

PhD, Senior Researcher, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

matveeva_vg@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0005-0683-991XТоргунаковаЕвгения АлександровнаTorgunakovaEvgenia A.

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, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

evgeniyatorgunakova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8826-9244ХановаМарьям ЮрисовнаKhanovaMaryam Yu.

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

PhD, Researcher, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

khanovam@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0003-9323-8893КоломеецМарина СергеевнаKolomeetsMarina S.

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, Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

marina.iakowlewa2010@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9430-937XСенокосоваЕвгения АндреевнаSenokosovaEvgenia A.

кандидат биологических наук заведующий лабораторией клеточных технологий 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 Cell Technologies, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

sergeewa.ew@yandex.ruФедеральное 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 Federation20253108202514491101Copyright © Антонова Л.В., Матвеева В.Г., Торгунакова Е.А., Ханова М.Ю., Коломеец М.С., Сенокосова Е.А., 20252025Антонова Л.В., Матвеева В.Г., Торгунакова Е.А., Ханова М.Ю., Коломеец М.С., Сенокосова Е.А.Antonova L.V., Matveeva V.G., Torgunakova E.A., Khanova M.Y., Kolomeets M.S., Senokosova E.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/1607Основные положения

Основные положения

 

 

Резюме

Резюме

Актуальность

Актуальность. Несмотря на распространенность и частоту применения, вопросы стандартизации методов определения цитотоксичности материалов для медицинских изделий остаются нерешенными. Широкая вариативность подходов к оценке цитотоксичности in vitro требует от исследователя тщательного планирования испытания с учетом особенностей исследуемого объекта.

Цель

Цель. Провести сравнительный анализ чувствительности разных культур клеток и методов оценки цитотоксичности при анализе материала для создания протезов для сердечно-сосудистой системы на примере консервированного ксеноперикарда.

Материалы и методы

Материалы и методы. Эксперимент проведен на трех культурах клеток: фибробласты, HUVEC, Ea.hy926, с использованием специфичной для каждой культуры питательной среды. В качестве объекта с цитотоксическим действием использовали образцы ксеноперикарда, хранящиеся в растворе парабенов. Анализировали реакцию клеток в прямом и непрямом контакте с образцами ксеноперикарда, а также в присутствии его экстракта. Проводили МТТ-тест, исследование динамики роста клеток с помощью клеточного анализатора xCelligence, оценку пролиферативной активности клеток с помощью коммерческого набора Click-IT.

Результаты

Результаты. По результатам проведенного МТТ-теста во всех случаях присутствие в культуральной среде экстракта ксеноперикарда приводило к выраженному снижению жизнеспособности клеток и плотности популяции. Согласно оценке динамики роста, в группах с образцами перикарда отмечали полную гибель клеток. Добавление экстракта консервированного ксеноперикарда не оказало заметного влияния на изменение клеточного индекса роста культуры фибробластов, однако в присутствии образцов ксеноперикарда происходило его выраженное снижение. В культуре HUVEC добавление как экстракта, так и образцов ксеноперикарда в короткие сроки вызывало гибель значительной части клеток. В культуре Ea.hy926 отмечалось снижение темпов пролиферации, однако в течение всего эксперимента продолжалась положительная динамика роста культуры клеток. В присутствии экстракта отмечали отсутствие пролиферирующих клеток в культуре фибробластов, уменьшение их количества в культуре Ea.hy926.

Заключение

Заключение. Условия проведения эксперимента, тестовая культура и методы оценки должны подбираться индивидуально исходя из особенностей тестируемого материала. Для получения достоверных результатов необходимо использование нескольких принципиально разных методов исследования для более полной характеристики действия цитотоксических агентов на культуру клеток.

Highlights

Highlights

 

 

Resume

Resume

Background

Background. Despite the prevalence and frequency of use, the issues of standardization of methods for determining the cytotoxicity of materials for medical devices remain unresolved. The wide variability of approaches to assessing cytotoxicity in vitro requires the researcher to carefully plan the test to according with characteristics of the object being studied.

Aim

Aim. To conduct a comparative analysis of the sensitivity of different cell cultures and methods for assessing cytotoxicity materials for creating cardiovascular prostheses using preserved xenopericardium as an example.

Methods

Methods. The experiment was carried out on three cell cultures: fibroblasts, HUVEC, Ea.hy926, with the specific culture medium for each case. We used xenopericardium samples stored in a paraben solution as an object with a cytotoxic effect. We analyzed reaction of cells in direct and indirect contact with xenopericardium samples, as well as in the presence of its extract. An MTT test was carried out, cell growth dynamics were studied using the xCelligence cell analyzer and cell proliferative activity was assessed using a commercial Click-IT kit.

Results

Results. According to the results of the MTT test, in all cases the presence of xenopericardium extract in the culture medium led to a pronounced decrease in cell viability and population density. According to the assessment of growth dynamics, in groups with pericardial samples, complete cell death was noted. The addition of preserved xenopericardium extract did not have a noticeable effect on the change in the cellular growth index of the fibroblast culture, however, in the presence of xenopericardium samples, there was a pronounced decrease in it. In HUVEC culture, the addition of both the extract and xenopericardium samples caused the death of a significant portion of the cells in a short time. In the Ea.hy926 culture, a decrease in the rate of proliferation was observed, but throughout the experiment the positive dynamics of cell culture growth continued. In the presence of the extract, the absence of proliferating cells in the fibroblast culture and a decrease in their number in the Ea.hy926 culture were noted.

Conclusion

Conclusion. Experimental conditions, test culture and evaluation methods must be selected individually based on the characteristics of the material being tested. To obtain reliable results, it is necessary to use several fundamentally different research methods to more fully characterize the effect of cytotoxic agents on cell culture.

ЦитотоксичностьЭндотелиальные клеткиФибробластыЖизнеспособностьПролиферацияxCelligenceCytotoxicityEndothelial cellsFibroblastsMTTViabilityProliferationxCelligenceИсследование выполнено в рамках фундаментальной темы 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».ReferencesГОСТ ISO 10993-5-2011. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследования на цитотоксичность: методы in vitro. - Введ. 2013.01.01 – М.: Стандарт информ, 2014. – 10 с. – (Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу).GOST ISO 10993-5-2011. Medical products. Assessment of the biological effect of medical products. Part 5. Cytotoxicity studies: in vitro methods. - Introduction. 2013.01.01 – Moscow: Standard inform, 2014. – 10 p. – (System of standards for information, librarianship and publishing).Gruber S., Nickel A. Toxic or not toxic? The specifications of the standard ISO 10993-5 are not explicit enough to yield comparable results in the cytotoxicity assessment of an identical medical device. Front. Med. Technol. 2023;5:1195529. https://doi.org/10.3389/fmedt.2023.1195529.Gruber S., Nickel A. Toxic or not toxic? The specifications of the standard ISO 10993-5 are not explicit enough to yield comparable results in the cytotoxicity assessment of an identical medical device. Front. Med. Technol. 2023;5:1195529. https://doi.org/10.3389/fmedt.2023.1195529.Bellucci D., Salvatori R., Anesi A., Chiarini L., Cannillo V. SBF assays, direct and indirect cell culture tests to evaluate the biological performance of bioglasses and bioglass-based composites: Three paradigmatic cases. Materials Science and Engineering: C. 2019;96:757-764. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.12.006.Bellucci D., Salvatori R., Anesi A., Chiarini L., Cannillo V. SBF assays, direct and indirect cell culture tests to evaluate the biological performance of bioglasses and bioglass-based composites: Three paradigmatic cases. Materials Science and Engineering: C. 2019;96:757-764. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.12.006.Braun K., Stürzel C.M., Biskupek J., Kaiser U., Kirchhoff F., Lindén M. Comparison of different cytotoxicity assays for in vitro evaluation of mesoporous silica nanoparticles. Toxicology in Vitro. 2018;52:214-221. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.06.019.Braun K., Stürzel C.M., Biskupek J., Kaiser U., Kirchhoff F., Lindén M. Comparison of different cytotoxicity assays for in vitro evaluation of mesoporous silica nanoparticles. Toxicology in Vitro. 2018;52:214-221. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.06.019.Diemer F., Stark H., Helfgen E.H., Enkling N., Probstmeier R., Winter J., Kraus D. In vitro cytotoxicity of different dental resin-cements on human cell lines. J Mater Sci Mater Med. 2021;32(1):4. https://doi.org/10.1007/s10856-020-06471-w.Diemer F., Stark H., Helfgen E.H., Enkling N., Probstmeier R., Winter J., Kraus D. In vitro cytotoxicity of different dental resin-cements on human cell lines. J Mater Sci Mater Med. 2021;32(1):4. https://doi.org/10.1007/s10856-020-06471-w.Wang Y., Ma B., Yin A., Zhang B., Luo R., Pan J., Wang Y. Polycaprolactone vascular graft with epigallocatechin gallate embedded sandwiched layer-by-layer functionalization for enhanced antithrombogenicity and anti-inflammation. J Control Release. 2020;320:226-238. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.01.043.Wang Y., Ma B., Yin A., Zhang B., Luo R., Pan J., Wang Y. Polycaprolactone vascular graft with epigallocatechin gallate embedded sandwiched layer-by-layer functionalization for enhanced antithrombogenicity and anti-inflammation. J Control Release. 2020;320:226-238. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.01.043.Zhou J., Wang M., Wei T., Bai L., Zhao J., Wang K., Feng Y. Endothelial cell-mediated gene delivery for in situ accelerated endothelialization of a vascular graft. ACS Appl Mater Interfaces. 2021;13(14):16097-16105. https://doi.org/10.1021/acsami.1c01869.Zhou J., Wang M., Wei T., Bai L., Zhao J., Wang K., Feng Y. Endothelial cell-mediated gene delivery for in situ accelerated endothelialization of a vascular graft. ACS Appl Mater Interfaces. 2021;13(14):16097-16105. https://doi.org/10.1021/acsami.1c01869.Kabirian F., Brouki Milan P., Zamanian A., Heying R., Mozafari M.. Nitric oxide-releasing vascular grafts: A therapeutic strategy to promote angiogenic activity and endothelium regeneration. Acta Biomater. 2019;92:82-91. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.05.002.Kabirian F., Brouki Milan P., Zamanian A., Heying R., Mozafari M.. Nitric oxide-releasing vascular grafts: A therapeutic strategy to promote angiogenic activity and endothelium regeneration. Acta Biomater. 2019;92:82-91. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.05.002.Lee S.J., Kim M.E., Nah H., Seok J.M., Jeong M.H., Park K., Kwon I.K., Lee J.S., Park S.A. Vascular endothelial growth factor immobilized on mussel-inspired three-dimensional bilayered scaffold for artificial vascular graft application: In vitro and in vivo evaluations. J Colloid Interface Sci. 2019;537:333-344. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.11.039.Lee S.J., Kim M.E., Nah H., Seok J.M., Jeong M.H., Park K., Kwon I.K., Lee J.S., Park S.A. Vascular endothelial growth factor immobilized on mussel-inspired three-dimensional bilayered scaffold for artificial vascular graft application: In vitro and in vivo evaluations. J Colloid Interface Sci. 2019;537:333-344. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.11.039.Daum R., Visser D., Wild C., Kutuzova L., Schneider M., Lorenz G., et al. Fibronectin adsorption on electrospun synthetic vascular grafts attracts endothelial progenitor cells and promotes endothelialization in dynamic in vitro culture. Cells. 2020;9(3):778. https://doi.org/10.3390/cells9030778.Daum R., Visser D., Wild C., Kutuzova L., Schneider M., Lorenz G., et al. Fibronectin adsorption on electrospun synthetic vascular grafts attracts endothelial progenitor cells and promotes endothelialization in dynamic in vitro culture. Cells. 2020;9(3):778. https://doi.org/10.3390/cells9030778.Guan G., Yu C., Xing M., Wu Y., Hu X., Wang H., Wang L. Hydrogel small-diameter vascular graft reinforced with a braided fiber strut with improved mechanical properties. Polymers. 2019;11:810. https://doi.org/10.3390/polym11050810.Guan G., Yu C., Xing M., Wu Y., Hu X., Wang H., Wang L. Hydrogel small-diameter vascular graft reinforced with a braided fiber strut with improved mechanical properties. Polymers. 2019;11:810. https://doi.org/10.3390/polym11050810.Jirofti N., Mohebbi-Kalhori D., Samimi A., Hadjizadeh A., Kazemzadeh G.H. Small-diameter vascular graft using co-electrospun composite PCL/PU nanofibers. Biomed Mater. 2018;13(5):055014. https://doi.org/10.1088/1748-605X/aad4b5.Jirofti N., Mohebbi-Kalhori D., Samimi A., Hadjizadeh A., Kazemzadeh G.H. Small-diameter vascular graft using co-electrospun composite PCL/PU nanofibers. Biomed Mater. 2018;13(5):055014. https://doi.org/10.1088/1748-605X/aad4b5.Fiqrianti I.A., Widiyanti P., Manaf M.A., Savira C.Y., Cahyani N.R., Bella F.R. Poly-L-lactic Acid (PLLA)-chitosan-collagen electrospun tube for vascular graft Application. J Funct Biomater.2018;9(2):32. https://doi.org/10.3390/jfb9020032.Fiqrianti I.A., Widiyanti P., Manaf M.A., Savira C.Y., Cahyani N.R., Bella F.R. Poly-L-lactic Acid (PLLA)-chitosan-collagen electrospun tube for vascular graft Application. J Funct Biomater.2018;9(2):32. https://doi.org/10.3390/jfb9020032.Rosellini E., Barbani N., Lazzeri L., Cascone M.G. Biomimetic and bioactive small diameter tubular scaffolds for vascular tissue engineering. Biomimetics (Basel). 2022;7(4):199. https://doi.org/10.3390/biomimetics7040199.Rosellini E., Barbani N., Lazzeri L., Cascone M.G. Biomimetic and bioactive small diameter tubular scaffolds for vascular tissue engineering. Biomimetics (Basel). 2022;7(4):199. https://doi.org/10.3390/biomimetics7040199.Jaffe E.A., Nachman R.L., Becker C.G., Minick C.R. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. Clin Invest. 1973; 52: 2745–2756. https://doi.org/10.1172/JCI107470.Jaffe E.A., Nachman R.L., Becker C.G., Minick C.R. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. Clin Invest. 1973; 52: 2745–2756. https://doi.org/10.1172/JCI107470.Ghasemi M., Turnbull T., Sebastian S., Kempson I. The MTT Assay: utility, limitations, pitfalls, and interpretation in bulk and single-cell analysis. Int. J. Mol. Sci. 2021;22:12827. https://doi.org/10.3390/ijms222312827.Ghasemi M., Turnbull T., Sebastian S., Kempson I. The MTT Assay: utility, limitations, pitfalls, and interpretation in bulk and single-cell analysis. Int. J. Mol. Sci. 2021;22:12827. https://doi.org/10.3390/ijms222312827.Великанова Е.А., Матвеева В.Г., Ханова М.Ю., Антонова Л.В. Влияние напряжения сдвига на свойства колониеформирующих эндотелиальных клеток в сравнении с эндотелиальными клетками коронарных артерий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2022; 11(4):90-97. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2022-11-4-90-97.Velikanova E.A., Matveeva V.G., Khanova M.Yu., Antonova L.V. Effects of shear stress on the properties of colonyforming endothelial cells in comparison with coronary artery endothelial cells. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2022;11(4):90-97. (In Russ.) https://doi.org/10.17802/2306-1278-2022-11-4-90-97.Li W., Zhou J., Xu Y. Study of the in vitro cytotoxicity testing of medical devices. Biomed Rep. 2015;3(5):617-620. https://doi.org/10.3892/br.2015.481.Li W., Zhou J., Xu Y. Study of the in vitro cytotoxicity testing of medical devices. Biomed Rep. 2015;3(5):617-620. https://doi.org/10.3892/br.2015.481

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