ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ТИТАНОВОГО МАТРИКСА НА ОСТЕОГЕННУЮ ДИФФЕРЕНЦИРОВКУ ИНТЕРСТИЦИАЛЬНЫХ КЛЕТОК АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА ЧЕЛОВЕКА

Основные положения

В работе использованы титановые подложки с различными композитными покрытиями. Задачей исследования было изучить методику и оценить влияние покрытий на индукцию остеогенной дифференцировки в интерстициальных клетках аортального клапана человека.

Актуальность. Кальцинирующий аортальный стеноз занимает третье место среди сердечно-сосудистых заболеваний и поражает до 10% населения к 80 годам жизни. Единственным доступным лечением аортального стеноза является протезирование аортального клапана. В связи с этим крайне важным представляется разработка таких искусственных материалов для протезов аортального клапана, которые были бы максимально биосовместимы, химически инертны, не тромбогенны, не вызывали иммунных реакций и не имели проостеогенного эффекта.

Цель. Изучение влияния различных композитных покрытий на титановой основе на индукцию остеогенных процессов в интерстициальных клетках аортального клапана человека и анализ методики экспресс-диагностики искусственных материалов имплантатов.

Материалы и методы. В исследовании изучены титановые образцы с тремя различными покрытиями. Произведено культивирование интерстициальных клеток аортального клапана на изучаемых материалах; с помощью метода ПЦР в реальном времени проанализирован уровень изменения экспрессии остеогенных маркеров RUNX2, COL1a1, ALP под влиянием остеогенных стимулов, а также выполнены окраска ализариновым красным и спектрофотометрический анализ окраски для определения количества кальцификатов в клетках. Оценены методы получения РНК, проведен спектрофотометрический анализ образцов, культивируемых на искусственных материалах.

Результаты. Выбран оптимальный способ выделения РНК за счет использования поли-а-хвоста и отработан протокол абсорбции кальцификатов с композитных материалов. Отмечено разнонаправленное изменение экспрессии генов RUNX2, ALP, COL1A1 в клетках, культивируемых на титановых образцах с покрытиями, по сравнению с контрольными образцами. Интенсивность экспрессии различалась в зависимости от типа покрытий, эти данные коррелировали с интенсивностью окраски ализарином. Таким образом, разные типы покрытий по-разному влияли на процессы остеогенной дифференцировки в клетках.

Заключение. Длительность экспресс диагностики составила 21 день и включала в себя исследование экспрессии генов маркеров остеодифференцировки на временной точке 96 ч и окраску ализариновым красным на 21-й день с момента запуска остеодифференцировки. Различные полимерные покрытия влияли на остеогенную дифференцировку. Установлено, что все исследованные покрытия не могут быть рекомендованы для протезов клапанов, их целесообразно применять для усиления остеогенных процессов.

1. Natorska, J., Kopytek M., Undas A. Review. Aortic valvular stenosis: Novel therapeutic strategies. Eur J Clin Invest. 2021;51(7):e13527. doi: 10.1111/eci.13527.

2. Kraler, S., Blaser, M. S., Aikawa, E., Camici, G.G., Lüscher, T. F. Calcific aortic valve disease: from molecular and cellular mechanisms to medical therapy. Eur Heart J. 2022;43(7):683-697. doi:10.1093/eurheartj/ehab757

3. Moncla, L.-H. M., Briend, M., Bossé, Y., Mathieu, P. Calcific aortic valve disease: mechanisms, prevention and treatment. Nat Rev Cardiol. 2023; 20(8):546-559. doi:10.1038/s41569-023-00845-7

4. Nishimura, R. A., Otto, C. M., Bonow, R. O., Carabello, B. A., Erwin, J. P., Fleisher, L. A., Jneid, H., Mack, M. J., McLeod, C. J., O'Gara, P. T., Rigolin, V. H., Sundt, T. M., Thompson A. AHA/ACC Focused Update of the 2014 AHA/ACC Guideline for the Management of Patients With Valvular Heart Disease: A Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Clinical Practice Guidelines. J Am Coll Cardiol. 2017;70(2): 252-289. doi: 10.1016/j.jacc.2017.03.011.

5. Zigelman, C. Z., Edelstein, P. M. Aortic valve stenosis. Anesthesiol Clin. 2009;27(3): 519-32. doi:10.1016/j.anclin.2009.07.012

6. Rabkin-Aikawa, E., Aikawa, M., Farber, M., Kratz, J. R., Garcia-Cardena, G., Kouchoukos, N. T., Mitchell, M. B., Jonas, R. A., Schoen F. J. Clinical pulmonary autograft valves: Pathologic evidence of adaptive remodeling in the aortic site. Surgery for Acquired Cardiovascular Disease.2004;128(4):552-61. doi:10.1016/j.jtcvs.2004.04.016

7. Rutkovskiy, A., Malashicheva, A., Sullivan, G., Bogdanova, M., Kostareva, A., Stensløkken, K.-O., Fiane, A., Vaage, J. Valve Interstitial Cells: The Key to Understanding the Pathophysiology of Heart Valve Calcification. J Am Heart Assoc.2017;6(9):e006339. doi:10.1161/JAHA.117.006339

8. Cheng, S.-L., Shao, J.-S., Behrmann, A., Krchma, K., Towler, D. A. Dkk1 and MSX2-Wnt7b signaling reciprocally regulate the endothelial-mesenchymal transition in aortic endothelial cells. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 2013;33(7): 1679–89. doi:10.1161/ATVBAHA.113.300647

9. Hjortnaes, J., Shapero, K., Goettsch, C., Hutcheson, J. D., Keegan, J., Kluin, J., Aikawa, E. Valvular interstitial cells suppress calcification of valvular endothelial cells. Atherosclerosis.2015;242(1):251–260. doi:10.1016/j.atherosclerosis.2015.07.008

10. Summerhill, V. I., Moschetta, D., Orekhov, A. N., Poggio, P., Myasoedova, V. A. Sex-Specific Features of Calcific Aortic Valve Disease. Int J Mol Sci. 2020; 21(16):5620. doi:10.3390/ijms21165620

11. Yao, M., Wang, X., Wang, X., Zhang, T., Chi, Y., Gao, F. The Notch pathway mediates the angiotensin II-induced synthesis of extracellular matrix components in podocytes. Int J Mol Med. 2015;36(1): 294-300. doi:10.3892/ijmm.2015.2193

12. Akat, K., Borggrefe, M., Kaden, J. J. Aortic valve calcification: basic science to clinical practice. Heart.2009; 95 (8): 616-23. doi:10.1136/hrt.2007.134783

13. Goody, P.R., Hosen, M.R., Christmann, D., Niepmann, S.T., Zietzer, A, Adam, M., Bönner, F., Zimmer, S., Nickenig, G., Jansen, F. Aortic Valve Stenosis: From Basic Mechanisms to Novel Therapeutic Targets. Arterioscler Thromb Vasc Biol.2020; 40(4):885-900. doi:10.1161/ATVBAHA.119.313067

14. Helske, S., Kupari, M., Lindstedt, K. A., Kovanen, P. T. Aortic valve stenosis: an active atheroinflammatory process. Curr Opin Lipidol. 2007;18 (5): 483-91. doi:10.1097/MOL.0b013e3282a66099

15. Mohler, E. R. Mechanisms of aortic valve calcification. The American Journal of Cardiology. 2004; 94(11): 1396–1402. doi:10.1016/j.amjcard.2004.08.013

16. de Oliveira Sá, M. P.B., Cavalcanti, L. R. P., Perazzo, A. M., Gomes, R. A. F., Clavel, M.-A., Pibarot, P., Biondi-Zoccai, G., Zhigalov, K., Weymann, A., Ruhparwar, A., Lima, R.C. Calcific Aortic Valve Stenosis and Atherosclerotic Calcification. Curr Atheroscler Rep.2020;7;22(2):2. doi: 10.1007/s11883-020-0821-7

17. Bogdanova, M., Zabirnyk, A., Malashicheva, A., Semenova, D., Kvitting, J.-P. E., Kaljusto, M.-L., Del Mar Perez, M., Kostareva, A., Stensløkken, K.-O., Sullivan, G. J., Rutkovskiy, A., Vaage. J. Models and Techniques to Study Aortic Valve Calcification in Vitro, ex Vivo and in Vivo. An Overview. Front Pharmacol. 2022;13:835825. doi:10.3389/fphar.2022.835825

18. Jian, B., Jones, P. L., Li, Q., Mohler, E. R., Schoen, F. J., Levy, R. J. Matrix metalloproteinase-2 is associated with tenascin-C in calcific aortic stenosis. Am J Pathol.2001;159 (1): 321-7. doi:10.1016/S0002-9440(10)61698-7

19. Zhiduleva, E. V., Irtyuga, O. B., Shishkova, A. A., Ignat'eva, E. V., Kostina, A. S., Levchuk, K. A., Golovkin, A. S., Rylov, A. Yu., Kostareva, A. A., Moiseeva, O. M., Malashicheva, A. B., Gordeev, M. L. Cellular Mechanisms of Aortic Valve Calcification. Bull Exp Biol Med. 2018;164(3):371-375. doi: 10.1007 /s10517-018-3992-2

20. Benton, J. A., Kern, H. B., Anseth, K. S. Substrate properties influence calcification in valvular interstitial cell culture. J Heart Valve Dis. 2008;17(6): 689-99.

21. Ghanbari, H., Viatge, H., Kidane, A. G., Burriesci, G., Tavakoli, M., Seifalian, A. M. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 2009;27(6):359-367. doi: 10.1016/j.tibtech.2009.03.002

22. Rajput F. A., Zeltser R. Review. Aortic Valve Replacement. StatPearls Publishing. 2020. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK537136/ (accessed 23.06.2024)

23. Ueshima, D., Fovino, L.N., Brener, S.J., Fabris, T., Scotti, A., Barioli, A., Giacoppo, D., Pavei, A., Fraccaro, C., Napodano, M., Tarantini, G. Transcatheter aortic valve replacement for bicuspid aortic valve stenosis with first- and new-generation bioprostheses: A systematic review and meta-analysis. Int J Cardiol. 2020;298:76-82. doi:10.1016/j.ijcard.2019.09.003

24. Фадеев А.А. Конструктивные формы и функциональные свойства протезов клапанов сердцаю Анналы хирургии. 2013;3: 9-18

25. Jiang, T., Hasan, S.M., Faluk, M., Patel, J. Evolution of Transcatheter Aortic Valve Replacement | Review of Literature. Curr Probl Cardiol. 2021;46(3):100600. doi:10.1016/j.cpcardiol.2020.100600

26. Joseph, J., Naqvi, S.Y., Giri, J., Goldberg, S. Review Aortic Stenosis: Pathophysiology, Diagnosis, and Therapy. The American Journal of Medicine. 2017;130 (3): 253-263. doi:10.1016/j.amjmed.2016.10.005

27. Tully A., Chowdhury Y.S. Bioprosthetic Stented Pericardial Porcine Aortic Valve Replacement. StatPearls Publishing. 2021. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK563200/ (accessed 23.06.2024)

28. Bogdanova, M., Zabirnyk, A., Malashicheva, A., Zihlavnikova Enayati K., Karlsen T.A., Kaljusto M-L., Kvitting J-P. E., Dissen E., Sullivan G. J., Kostareva A., Stensløkken K-O., Rutkovskiy A., Vaage J., Interstitial cells in calcified aortic valves have reduced differentiation potential and stem cell-like properties. Scientific Reports. 2019; 9(1):12934. doi:10.1038/s41598-019-49016-0