доктор медицинских наук, заведующая лабораторией клеточных технологий,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
PhD, Head of the Laboratory of Cell Technologies,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
research assistant at the Laboratory of Cell Technologies,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
research assistant at the Laboratory of Novel Biomaterials,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
PhD, researcher at the Laboratory of Cell Technologies,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
research assistant at the Laboratory of Cell Technologies,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
PhD, researcher at the Laboratory of Novel Biomaterials,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
researcher at the Laboratory of Novel Biomaterials,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
кандидат технических наук, заведующий лабораторией новых биоматериалов, заведующий отделом организации инновационных и клинических исследований,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
PhD, Head of the Laboratory of Novel Biomaterials, Head of the Department of Innovations and Clinical Trials,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
доктор биологических наук, заведующая отделом экспериментальной и клинической кардиологии,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
PhD, Head of the Department of Experimental and Clinical Cardiology,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник,
ул. Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002
PhD, Professor, Academician of the RAS, chief researcher,
6, Sosnoviy Blvd, Kemerovo, 650002
Актуальность. Основные способы укрепления стенки тканеинженерного сосудистого графта представляют собой использование армирующих конструкций, изготовленных из биостабильных или биодеградируемых полимеров. Однако совмещение метода электроспиннинга с целью изготовления биодеградируемого трубчатого каркаса и метода послойного наплавления армирующей нити для создания внешнего армирующего каркаса требует оценки сохранения единства конструкции в ходе долгосрочной имплантации, а также реакции окружающих тканей на армирующее покрытие.
Цель. Разработать технологию изготовления биодеградируемого сосудистого протеза малого диметра с внешним армирующим покрытием и оценить состоятельность разработанной конструкции в эксперименте.
Материалы и методы. Методом двухфазного электроспиннинга из полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона (PHBV/PCL) изготовлены трубчатые каркасы диаметром 4,0 мм с послойным введением в структуру графта дифференцировочных факторов (GF mix): VEGF – во внутреннюю 1/3 стенки, bFGF и SDF-1a – во внешние 2/3 стенки. Внешний спиралевидный каркас из PCL изготавливали методом послойного наплавления. Изучены физико-механические свойства и структура поверхности разработанных конструкций. Сосудистые графты с армирующим внешним каркасом имплантированы в сонную артерию пяти овец сроком на 12 месяцев с последующим изучением эксплантированных образцов с помощью сканирующей электронной микроскопии и гистологических методов исследования.
Результаты. Выбор температурного режима спекания 160 ᵒС в процессе экструзии позволил интимно и без повреждения зон, свободных от армирующего покрытия, соединить нить PCL с наружной поверхностью трубчатого каркаса PHBV/ PCL/GFmix. Получали PCL нить толщиной 380–400 мкм, шаг спирали армирующего каркаса составил 1 мм. Наличие армирующего каркаса в 3 раза повысило прочность на разрыв и модуль Юнга графтов в поперечном направлении. Спустя 12 месяцев имплантации целостность конструкции сохранялась, существенной резорбции внешнего армирующего каркаса не выявлено, в тканях, окружавших нити каркаса, отсутствовало воспаление и кальцификация.
Заключение. В ходе долгосрочной имплантации сохранено единство биодеградируемого сосудистого протеза PHBV/PCL/GF mix с внешним армирующим спиралевидным каркасом из PCL. Результаты гистологического исследования свидетельствуют о высокой биосовместимости разработанной конструкции.
Background. Tissue-engineered vascular grafts can be reinforced by a biostable or biodegradable polymer sheath. A combination of electrospinning, routinely used for fabrication of biodegradable tubular grafts, and the layer-by-layer coating allows forming a polymeric sheath ensuring long-term integrity and high biocompatibility of the vascular grafts after the implantation. Aim To evaluate mechanical properties and in vivo performance of biodegradable small-diameter vascular grafts with a reinforcing sheath.
Methods. Tubular grafts (4 mm diameter) were fabricated from poly(3-hydroxybutyrate-co3-hydroxyvalerate) and poly(ε-caprolactone) by emulsion electrospinning with the incorporation of vascular endothelial growth factor (VEGF) into the inner third of the graft and basic fibroblast growth factor (bFGF) along with stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α) into the outer two thirds of the graft wall. Poly(ε-caprolactone) sheath was formed by the layer-by-layer coating. Upon graft fabrication, scanning electron microscopy was performed to assess the grafts’ surface, tensile testing allowed evaluating mechanical properties. The samples were implanted into the ovine carotid artery (n = 5 animals) for 12 months with the subsequent histological examination.
Results. Sintering temperature of 160°C during the extrusion allowed effective and delicate merging of poly(ε-caprolactone) coating with the outer surface of the poly(3hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/poly(ε-caprolactone) tubular graft. The thickness of poly(ε-caprolactone) fiber was 380–400 μm, the increment of the reinforcing filament was 1 mm. The reinforcing sheath led to a 3-fold increase in durability and elastic modulus of the vascular grafts. At the 12-months follow-up, the grafts reported retained integrity. No signs of inflammation or calcification were found.
Conclusion. The poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) and poly(ε-caprolactone) vascular grafts with hierarchically incorporated growth factors and the reinforced poly(ε-caprolactone) spiral sheath demonstrated improved mechanical properties while retaining integrity and high biocompatibility after the long-term implantation into the ovine carotid artery.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.