кандидат медицинских наук научный сотрудник лаборатории тканевой инженерии и внутрисосудистой визуализации отдела хирургии сердца и сосудов федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, Researcher at the Laboratory of Tissue Engineering and Intravascular Visualization, Department of Heart and Vascular Surgery, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
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
PhD, Senior Researcher at the Laboratory of Novel Biomaterials, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
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 Novel Biomaterials, 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 for Cell Technology, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
кандидат медицинских наук заведующий лабораторией тканевой инженерии и внутрисосудистой визуализации отдела хирургии сердца и сосудов федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
MD, PhD, Head of Laboratory of Tissue Engineering and Intravascular Visualization, Department of Heart and Vascular Surgery, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
Основные положения
Исследованы структурные и физико-механические особенности композитных матриксов на основе фиброина шелка и полиуретана с различным соотношением компонентов.
Резюме
Актуальность. Фиброин шелка (ФШ) – полимер природного происхождения, подходящий для тканевой инженерии. В комбинации с эластичными полимерами, например полиуретаном (ПУ), способен улучшить физико-механические характеристики материала, что делает его перспективным для применения в сердечно-сосудистой хирургии в качестве сосудистых заплат.
Цель. Исследовать структурные и физико-механические особенности, а также оценить гидрофильность и адсорбцию белков поверхностью композитных матриксов на основе ФШ и ПУ с различным соотношением компонентов.
Материалы и методы. Матриксы изготавливали методом электроспиннинга при соотношении ФШ и ПУ 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3. Материалами сравнения выступали монокомпонентные матриксы из ФШ и ПУ. Исследовали ультраструктуру композитов по снимкам после сканирующей электронной микроскопии: толщину волокон, размер пор, пористость материала. Измеряли физико-механические параметры матриксов: предел прочности, относительное удлинение, модуль Юнга. Оценивали гидрофильные свойства поверхности матриксов по измерению контактного угла смачивания. Исследовали адсорбцию альбумина и фибриногена поверхностью матриксов.
Результаты. Все матриксы, изготовленные методом электроспиннинга, имели пористо-волокнистую структуру. Увеличение содержания ПУ приводило к появлению спаек и единичных растрескиваний волокон на внутренней поверхности матриксов после паровой сшивки полимеров. Комбинация ФШ и ПУ увеличивала прочность и эластичность матриксов по сравнению с чистым ФШ и приближала к нативной a. mammaria человека по способности сопротивляться растяжению. Добавление ПУ к ФШ-композиту снижало его изначальную гидрофильность по сравнению с чистым ФШ. Адсорбция альбумина была одинаковой для всех матриксов; фибриноген адсорбировался в большей степени на матриксах с преобладанием в составе ФШ.
Заключение. Добавление ПУ в состав ФШ-композита не нарушает пористо-волокнистую структуру матрикса, повышает его прочность и эластичность, приближает по свойствам к нативной артерии человека, а также уменьшает адсорбцию фибриногена, что расширяет возможности данного материала для использования в сердечно-сосудистой хирургии в качестве сосудистых заплат.
Highlights
The study included the analysis of structural, physical and mechanical properties of composite matrices based on silk fibroin (SF) and polyurethane (PU) with different component ratios.
Abstract
Background. SF is a polymer of natural origin, suitable for tissue engineering. Combining it with elastic polymers can improve the physical and mechanical properties of the material, making it a promising material for vascular patches in cardiovascular surgery.
Aim. To study the structural, physical and mechanical features, as well as to evaluate the hydrophilicity and adsorption of proteins by the surface of composite matrices based on SF and PU with different ratios of components.
Methods. Matrices were manufactured by electrospinning at a ratio of SF and PU of 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3. Matrices of 10% SF and 10% PU served as controls. The ultrastructure of the composites (fiber thickness, pore size, and material porosity) was studied using SEM-images. The following physical and mechanical parameters of the matrices were measured: tensile strength, relative elongation, and Young's modulus. The hydrophilic properties of the matrix surface were estimated by measuring the contact wetting angle. The adsorption of albumin and fibrinogen by the matrix surface was studied.
Results. All scaffolds produced by electrospinning had a porous-fibrous structure. Increasing the PU content resulted in the presence of adhesions and isolated cracks of fibers on the inner surface of the scaffolds after steam crosslinking of the polymers. The combination of SF and PU increased the strength and elasticity of the scaffolds compared to pure SF and brought them closer to native human a. mammaria in their ability to resist stretching. Adding PU to the SF composite reduced its initial hydrophilicity compared to pure 10% SF. Albumin adsorption was the same for all scaffolds; fibrinogen was adsorbed to a greater extent on scaffolds with a predominance of SF in the composition.
Conclusion. Addition of PU to the composition of the SF composite does not disrupt the porous-fibrous structure of the matrix, increases its strength and elasticity, brings its properties closer to those of the native human artery, and also reduces the adsorption of fibrinogen, which expands the possibilities of this material for use in cardiovascular surgery as vascular patches.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.