ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫЙ ПРОТЕЗ КРОВЕНОСНОГО СОСУДА: ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛА И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ АТРОМБОГЕННОГО ЛЕКАРСТВЕННОГО ПОКРЫТИЯ

Основные положения

Оригинальная методика формирования гидрогелевого атромбогенного лекарственного покрытия на внутренней поверхности сосудистого протеза малого диаметра не повлияла на изначальные структурные и физико-механические свойства изделия. Загрузка в покрытие илопроста и гепарина значимо улучшила гемосовместимость материала в отношении ингибирования агрегации тромбоцитов. 

Цель. Оценка структурных и физико-механических характеристик тканеинженерного сосудистого протеза и функциональной активности его лекарственного покрытия.  

Материалы и методы. Протезы сосудов на основе сочетания поликапролактона и полиуретана с ростовыми факторами изготавливали методом эмульсионного электроспиннинга. Лекарственное покрытие на внутренней поверхности протезов представлено гидрогелевым слоем, нагруженным илопростом и гепарином. Структуру поверхности исследовали методом сканирующей электронной микроскопии, физико-механические характеристики – на универсальной испытательной машине Zwick/Roell, свойства поверхности – методом установления контактного угла смачиваемости. Функциональная активность лекарственного покрытия оценена по показателям максимальной агрегации тромбоцитов при контакте с материалом.

Результаты. Установлено, что методика формирования лекарственного покрытия не привела к изменению архитектоники поверхности полимерного матрикса. Структура конечного изделия представлена хаотично направленными микро- и нановолокнами с разноразмерными порами без деформативных изменений материала; поверхность изделия сохранила гидрофильность (θ = 68,6 ± 11,85). Успешность поверхностного модифицирования сосудистых протезов атромбогенными лекарственными препаратами подтверждена крайне низкими значениями максимума агрегации тромбоцитов при контакте обогащенной тромбоцитами плазмы с поверхностью протезов (8,5 (7,2; 12,2) %). Доказаны пролонгированность высвобождения и сохранение активности лекарственных препаратов в зависимости от условий их инкубации в физиологическом растворе.  

Заключение. Формирование атромбогенного лекарственного покрытия на поверхности сосудистого протеза PCL/PU/GFmix/^Ilo/Hep не привело к изменению структурных характеристик и ухудшению физико-механических свойств, но значимо улучшило гемосовместимость в отношении ингибирования агрегации тромбоцитов. 

1. Fahad M.A.A., Lee H.Y., Park S., Choi M., Shanto P.C., Park M., Bae S.H., Lee B.T. Small-diameter vascular graft composing of core-shell structured micro-nanofibers loaded with heparin and VEGF for endothelialization and prevention of neointimal hyperplasia. Biomaterials. 2024; 306:122507. doi: 10.1016/j.biomaterials.2024.122507.

2. Elliott M.B., Ginn B., Fukunishi T., Bedja D., Suresh A., Chen T., Inoue T., Dietz H.C., Santhanam L., Mao H.Q., Hibino N., Gerecht S. Regenerative and durable small-diameter graft as an arterial conduit. Proc Natl Acad Sci USA. 2019; 116(26):12710-12719. doi: 10.1073/pnas.1905966116.

3. Fang Q., Gu T., Fan J., Zhang Y., Wang Y., Zhao Y., Zhao P. Evaluation of a hybrid small caliber vascular graft in a rabbit model. J Thorac Cardiovasc Surg. 2020; 159(2):461-473. doi: 10.1016/j.jtcvs.2019.02.083.

4. Fusco D., Meissner F., Podesser B.K., Marsano A., Grapow M., Eckstein F., Winkler B. Small-diameter bacterial cellulose-based vascular grafts for coronary artery bypass grafting in a pig model. Front Cardiovasc Med. 2022; 9:881557. doi: 10.3389/fcvm.2022.881557.

5. Кривкина Е.О., Матвеева В.Г., Антонова Л.В. Сосудистые протезы с противомикробным покрытием: экспериментальные разработки и внедрение в клиническую практику. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021;10(3):90-102. doi:10.17802/2306-1278-2021-10-3-90-102 [Krivkina E.O., Мatveeva V.G., Antonova L.V. Antimicrobial vascular grafts: experimental development and implementation in clinical practice. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2021; 10(3):90-102. doi:10.17802/2306-1278-2021-10-3-90-102 (In Russian)]

6. Obiweluozor F.O., Emechebe G.A., Kim D.W., Cho H.J., Park C.H., Kim C.S., Jeong I.S. Considerations in the Development of Small-Diameter Vascular Graft as an Alternative for Bypass and Reconstructive Surgeries: A Review. Cardiovasc Eng Technol. 2020; 11(5):495-521. doi: 10.1007/s13239-020-00482-y.

7. Awad N.K., Niu H., Ali U., Morsi Y.S., Lin T. Electrospun Fibrous Scaffolds for Small-Diameter Blood Vessels: A Review. Membranes (Basel). 2018; 8(1):15. doi: 10.3390/membranes8010015.

8. Антонова Л.В., Севостьянова В.В., Резвова М.А., Кривкина Е.О., Кудрявцева Ю.А., Барбараш О.Л., Барбараш Л.С. Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» (НИИ КПССЗ) Технология изготовления функционально активных биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра с лекарственным покрытием. Патент № 2702239 РФ; МПК A61F 2/06 №2019119912 заявл. 25.06.2019; опубл. 07.10.2019, Бюл. № 28 [Antonova L.V., Sevostyanova V.V., Rezvova M.A., Krivkina E.O., Kudryavtseva Yu.A., Barbarash O.L., Barbarash LS.; Federal State Budgetary Scientific Institution "Scientific Research Institute of Complex Problems of Cardiovascular Diseases" (NII KPSSZ), assignee. Manufacturing technology of functionally active biodegradable vascular prostheses of small diameter with a drug coating. patent 2702239 (RU). 07.10.2019. (In Russian)]

9. Siddiqui N., Asawa S., Birru B., Baadhe R., Rao S. PCL-Based Composite Scaffold Matrices for Tissue Engineering Applications. Mol Biotechnol. 2018; 60(7):506-532. doi: 10.1007/s12033-018-0084-5.

10. 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; 46:166-176. doi: 10.1016/j.msec.2014.10.027.

11. Tatai L., Moore T.G., Adhikari R., Malherbe F., Jayasekara R., Griffiths I., Gunatillake P.A. Thermoplastic biodegradable polyurethanes: the effect of chain extender structure on properties and in vitro degradation. Biomaterials. 2007; 28(36):5407-5417. doi: 10.1016/j.biomaterials.2007.08.035.

12. Hergenrother R.W., Wabers H.D., Cooper S.L. Effect of hard segment chemistry and strain on the stability of polyurethanes: in vivo biostability. Biomaterials. 1993; 14(6): 449–458. doi: 10.1016/0142-9612(93)90148-u.

13. 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;

14. Matsuzaki Y., Miyamoto Sh., Miyachi H., Iwaki R., Shoji T., Blum K., Chang Yu-Ch., Kelly J., Reinhardt J.W., Nakayama H., Breuer C.K., Shinoka T. Improvement of a Novel Small-diameter Tissue-engineered Arterial Graft With Heparin Conjugation. 2021; Ann. Thorac. Surg. 111(4): 1234-1241. doi: 10.1016/j.athoracsur.2020.06.112.

15. Fang J., Li S. End-Point Immobilization of Heparin on Electrospun Polycarbonate-Urethane Vascular Graft. Methods Mol Biol. 2022; 2375:47-59. doi: 10.1007/978-1-0716-1708-3_5.

16. Антонова Л.В., Кривкина Е.О., Резвова М.А., Севостьянова В.В., Ткаченко В.О., Глушкова Т.В., Акентьева Т.Н., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Разработка технологии формирования атромбогенного лекарственного покрытия для биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра. Современные технологии в медицине. 2021; 12(6):6-12. doi: 10.17691/stm2020.12.6.01

17. Vascular Grafts Market Size, Share & Trends Analysis Report by Product, by Application (Cardiac Aneurysm, Kidney Failure, Coronary Artery Disease, by Raw Material (Polyester, Polyurethane), by Region, and Segment Forecasts, 2021–2028. Available at: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/vascular-graft-market (accessed 12.05. 2024).

18. 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: e170146. doi: 10.1002/adhm.201701461.

19. Yu J., Wang A., Tang Z., Henry J., Li-Ping Lee B., Zhu Y., Yuan F., Huang F, Li S. The effect of stromal cell-derived factor-1α/heparin coating of biodegradable vascular grafts on the recruitment of both endothelial and smooth muscle progenitor cells for accelerated regeneration. Biomaterials. 2012; 33(32):8062-74. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.07.042.

20. Qiu X., Lee B.L., Ning X., Murthy N., Dong N., Li S. End-point immobilization of heparin on plasma-treated surface of electrospun polycarbonate-urethane vascular graft. Acta Biomater. 2017; 51:138-147. doi: 10.1016/j.actbio.2017.01.012.

21. Lee K.S., Kayumov M., Emechebe G.A., Kim D.W., Cho H.J., Jeong Y.J., Lee D.W., Park J.K., Park C.H., Kim C.S., Obiweluozor F.O., Jeong I.S. A Comparative Study of an Anti-Thrombotic Small-Diameter Vascular Graft with Commercially Available e-PTFE Graft in a Porcine Carotid Model. Tissue Eng Regen Med. 2022; 19(3):537-551. doi: 10.1007/s13770-021-00422-4.