ОСОБЕННОСТИ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ МАТРИКСОВ ИЗ ПОЛИУРЕТАНА В ЭКСПЕРИМЕНТАХ НА МОДЕЛИ ОВЦЫ

Основные положения

Проведено исследование особенности ремоделирования матриксов из полиуретана при долгосрочной имплантации в сосудистое русло овец. Результаты свидетельствуют о высокой биосовместимости полиуретана и устойчивости к биорезорбции. Полученные данные значимы для разработки медицинских изделий для сердечно-сосудистой хирургии, в частности биодеградируемых сосудистых протезов.

Резюме

Цель. Оценить особенности ремоделирования полиуретана в долгосрочном эксперименте на крупной животной модели.

Материалы и методы. Матриксы из 12% раствора полиуретана в хлороформе изготовлены методом электроспиннинга на установке Nanon-01A (MECC, Фукуока, Япония). Образцы матриксов в виде заплат имплантированы в сонные артерии овец (n = 3) на 6 мес. Проходимость сосудов с имплантированными матриксами оценивали через 2, 4 и 6 мес. с использованием портативной переносной системы цветной допплерографии премиум-класса М7 (Mindray, Шэньчжэнь, Китай). Структуру поверхности матриксов до и после имплантации изучали на сканирующем электронном микроскопе S-3400N (Hitachi, Токио, Япония). Гистологическое исследование эксплантированных образцов проводили с использованием микроскопа AXIO Imager A1 (Carl Zeiss, Оберкохен, Германия) с предшествующей окраской срезов матриксов гематоксилином и эозином, по Ван Гизону и ализариновым красным С. Обработку данных производили в программе Statistica 6.0.

Результаты. Спустя 2, 4 и 6 мес. после имплантации матриксов из полиуретана выявлена полная проходимость сонных артерий овец. Макроскопически матрикс через 6 мес. после имплантации приобрел полное сходство со стенкой сонной артерии благодаря полноценной консолидации и ремоделированию. На основе матрикса сформировались слои вновь образованной сосудистой ткани – неоинтима и неоадвентиция. При гистологическом исследовании выявлена целостность без воспаления и кальцификации как в структуре матрикса, так и прилегающих тканях.

Заключение. Отмечена биологическая инертность матриксов из полиуретана с признаками ремоделирования, что свидетельствует о высокой биосовместимости материала. Устойчивость к биорезорбции и способность длительно держать каркасность изделия позволяют рассматривать полиуретан в качестве материала для формирования антианевризматической защиты биодеградируемых сосудистых протезов.

1. Radke D., Jia W., Sharma D., Fena K., Wang G., Goldman J., Zhao F. Tissue Engineering at the Blood-Contacting Surface: A Review of Challenges and Strategies in Vascular Graft Development. Adv Healthc Mater. 2018; 7(15): e1701461. doi: 10.1002/adhm.201701461.

2. Bergmeister H., Strobl M., Grasl C., Liska R., Schima H. Tissue engineering of vascular grafts. Eur. Surg. 2013; 45: 187-193. doi: 10.1007/s10353-013-0224-x.

3. van der Slegt J., Steunenberg S.L., Donker J.M. W., Veen E.J., Ho G.H., de Groot H.G., van der Laan L. The current position of precuffed expanded polytetrafluoroethylene bypass grafts in peripheral vascular surgery. J. Vasc. Surg. 2014; 60 (1): 120–128. doi:10.1016/j.jvs.2014.01.062.

4. Antonova L.V., Sevostyanova V.V., Mironov A.V., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Matveeva V.G., Glushkova T.V., Elgudin Ya.L., Barbarash L.S. In situ vascular tissue remodeling using biodegradable tubular scaffolds with incorporated growth factors and chemoattractant molecules. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2018; 7 (2): 25-36. doi:10.17802/2306-1278-2018-7-2-25-36.

5. Tan W., Boodagh P., Selvakumar P.P., Keyser S. Strategies to counteract adverse remodeling of vascular graft: A 3D view of current graft innovations. Front. Bioeng. Biotechnol. 2023; 10: 1097334. doi: 10.3389/fbioe.2022.1097334.

6. Xie X., Wu Q., Liu Y., Chen C., Chen Z., Xie C., Song M., Jiang Z., Qi X., Liu S., Tang Z., Wu Z. Vascular endothelial growth factor attenuates neointimal hyperplasia of decellularized smalldiameter vascular grafts by modulating the local inflammatory response. Front. Bioeng. Biotechnol. 2022; 10: 1066266. doi: 10.3389/fbioe.2022.1066266.

7. Zhang Q., Bosch-Rué È., Pérez R. A., Truskey G. A. Biofabrication of tissue engineering vascular systems. Apl. Bioeng. 2021; 5 (2): 021507. doi:10.1063/5.0039628.

8. Stegmayr B., Willems C., Groth T., Martins A., Neves N. M., Mottaghy K., Remuzzi A., Walpoth B. Arteriovenous access in hemodialysis: A multidisciplinary perspective for future solutions. Int. J. Artif. Organs. 2021; 44 (1): 3–16. doi:10.1177/0391398820922231.

9. Sassi S., Watanabe T., Shinoka T. Scaffold and Cell-Based Tissue Engineering Approaches as Alternative Therapy for Blood Vessel Disease. Preprints.org. 2023; 2023050712. doi:10.20944/preprints202305.0712.v1.

10. Walpoth B.H., Bergmeister H., Bowlin G.L., Kong D., Rotmans J.I., Zilla P., editors.Tissue-engineered Vascular Grafts. Cham: Springer International Publishing; 2020. 588 p. doi:10.1007/978-3-030-05336-9.

11. Eilenberg M., Enayati M., Ehebruster D., Grasl C., Walter I., Messner B., Baudis S., Potzmann P., Kaun C., Podesser B.K., Wojta J., Bergmeister H. Long Term Evaluation of Nanofibrous, Bioabsorbable Polycarbonate Urethane Grafts for Small Diameter Vessel Replacement in Rodents. Eur J Vasc Endovasc Surg. 2020; 59: 643-652.

12. Grasl C., Bergmeister H., Stoiber M., Schima H., Weigel G. Electrospun polyurethane vascular grafts: In vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2009; 93: 716-723. doi:10.1002/jbm.a.32584.

13. Kucinska-Lipka J., Gubanska I., Janik H., Sienkiewicz M. Fabrication of polyurethane and polyurethane based composite fibres by the electrospinning technique for soft tissue engineering of cardiovascular system. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015;46:166-76. doi: 10.1016/j.msec.2014.10.027.

14. Grasl C., Stoiber M., Rohrich M., Moscato F., Bergmeister H. Heinrich Schima. Electrospinning of small diameter vascular grafts with preferential fiber directions and comparison of their mechanical behavior with native rat aortas. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;124:112085. doi: 10.1016/j.msec.2021.112085.

15. Ghanbari E., Solouk A., Aghdam R.М., Nazarpak М.Н., Tafti S.H.А. A novel substrate based on electrospun polyurethane nanofibers and electrosprayed polyvinyl alcohol microparticles for recombinant human erythropoietin delivery. J Biomed Mater Res. 2022; 110: 181–195. doi:10.1002/jbm.a.37275.

16. Zhen L., Creason S.A., Simonovsky F.I., Snyder J.M., Lindhartsen S.L., Mecwan M. M., Johnson B.W., Himmelfarb J., Ratner B.D. Precision-porous polyurethane elastomers engineered for application in prohealing vascular grafts: Synthesis, fabrication and detailed biocompatibility assessment. Biomaterials. 2021; 279: 121174. doi:10.1016/j.biomaterials.2021.121174.

17. Fathi-Karkan S., Banimohamad-Shotorbani B., Saghati S., Rahbarghazi R., Davaran S. A critical review of fibrous polyurethane-based vascular tissue engineering scaffolds. J. Biol. Eng. 2022; 16 (1): 6. doi:10.1186/s13036-022-00286-9.