ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПАТТЕРНЫ ДИСФУНКЦИЙ КСЕНОПЕРИКАРДИАЛЬНЫХ БИОПРОТЕЗОВ КЛАПАНОВ СЕРДЦА МОДЕЛИ «ЮНИЛАЙН»

Основные положения

• Главной причиной дисфункций биологических протезов (БП) клапанов сердца модели «ЮниЛайн», возникших в течение первых 4 лет функционирования, стал протезный эндокардит (ПЭ). Основной фактором развития несостоятельности БП в более позднем временном периоде была структурная клапанная дегенерация (СКД).
• Ключевые макроскопические признаки СКД включали кальцификацию и разрывы створчатого аппарата. На микроскопическом уровне БП с СКД характеризовались умеренной клеточной инфильтрацией с преобладанием макрофагов. В свою очередь, для клапанов с ПЭ отмечены утолщение створок и формирование вегетаций, развитие которых сопровождалось агрессивной инвазией нейтрофилов.
• Результаты кластерного анализа данных по 46 ключевым клиническим и патоморфологическим признакам поддержали разделение исследованной выборки БП на 2 стабильных кластера, соответствующих паттернам СКД и ПЭ.

Цель. Выполнить комплексную оценку патоморфологических изменений в БП модели «ЮниЛайн», эксплантированных по причине дисфункции.

Материалы и методы. Изучено 44 БП модели «ЮниЛайн», удаленных у соответствующего числа реципиентов при репротезировании клапанов. Для выявления состава и оценки микроструктуры биоматериала производили криотомирование створок с последующим окрашиванием срезов гематоксилином и эозином, пентахромом по Расселу–Мовату, масляным красным и ализариновым красным С. Колонии бактерий в образцах детектировали окрашиванием по Граму. Типирование клеток выполняли иммуногистохимическим методом, используя набор реактивов NovoLink Polimer DS и антитела к пан-лейкоцитарному маркеру (CD45), маркерам Т- и В-лимфоцитов (CD3 и CD19 соответственно), макрофагов (CD68), нейтрофилов (MPO) и тромбоцитов (CD62p). Окрашенные срезы сканировали на микроскопе MT5300L, полученные гистологические слайды анализировали в программах QuPath и Fiji. Для анализа патоморфологических паттернов дисфункций БП провели кластерный анализ.

Результаты. Анализ клинических данных и результатов патоморфологического исследования показал, что причинами развития дисфункций в изученной выборке БП стали ПЭ и СКД. Пациенты в группах ПЭ и СКД не имели значимых клинико-демографических различий. Средний срок функционирования БП при ПЭ составил 30 месяцев, при СКД – 74 месяца. Для клапанов, удаленных по причине СКД отмечена кальцификация створок и наличие в них разрывов. Большая часть БП с ПЭ отличались присутствием вегетаций на створчатом аппарате. Клапаны с СКД характеризовались умеренной макрофагальной инфильтрацией, тогда как при ПЭ выявлена агрессивная инвазия нейтрофилов. С помощью алгоритмов кластерного анализа выделено 2 стабильных паттерна дисфункций: первый характеризовался типичными для СКД признаками, включающими хроническое воспаление и кальцификацию, второй соответствовал персистирующему острому воспалению при ПЭ.

Заключение. Ключевые паттерны дисфункций клапанов «ЮниЛайн», стабилизированных диглицидиловым эфиром этиленгликоля, сводятся к двум патоморфологическим сценариям, связанным с развитием ПЭ или СКД. Выявленные паттерны аналогичны основным причинам дегенерации БП, обработанных глутаровым альдегидом. Это указывает на фундаментальные ограничения использования химически сшитого ксеноперикарда для производства БП и, как следствие, необходимость разработки новых материалов и методов, направленных на повышение долговечности искусственных клапанов сердца.

1. Кудрявцева Ю.А. Биологические протезы клапана сердца. От идеи до клинического примене-ния. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2015; 4:6-16. doi:10.17802/2306-1278-2015-4-6-16

2. Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция биопротезов клапанов сердца: достижения и про-блемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2012; 1:4-11. doi:10.17802/2306-1278-2012-1-4-11

3. Karaskov A., Sharifulin R., Zheleznev S., Demin I., Lenko E., Bogachev-Prokophiev A. Results of the Ross procedure in adults: a single-Centre experience of 741 operations. Eur J Cardiothorac Surg. 2016; 49:e97-e104. doi:10.1093/ejcts/ezw047

4. Nichay N.R., Zhuravleva I.Y., Kulyabin Y.Y., Zubritskiy A.V., Voitov A.V., Soynov I.A., Gorbatykh A.V., Bogachev-Prokophiev A.V., Karaskov A.M. Diepoxy- versus glutaraldehyde-treated xenografts: out-comes of right ventricular outflow tract reconstruction in children. World J Pediatr Congenit Heart Surg. 2020; 11:56-64. doi:10.1177/2150135119885900

5. Zhuravleva I.Y., Karpova E.V., Dokuchaeva A.A., Titov A.T., Timchenko T.P., Vasilieva M.B. Calcifica-tion of various bioprosthetic materials in rats: is it really different? Int J Mol Sci. 2023; 24(8):7274. doi:10.3390/ijms24087274

6. Глушкова Т.В., Овчаренко Е.А., Рогулина Н.В., Клышников К.Ю., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Дисфункции эпоксиобработанных биопротезов клапанов сердца. Кардиология. 2019; 59(10):49-59. doi:10.18087/cardio.2019.10.n327

7. Караськов А.М., Железнев С.И., Рогулина Н.В., Сапегин А.В., Одаренко Ю.Н., Левадин Ю.В., Рутковская Н.В., Барбараш Л.С. Отечественный биологический протез нового поколения «ЮниЛайн» в хирургии митрального порока: первый опыт. Грудная и сердечно-сосудистая хи-рургия. 2017; 59(2):98-104. doi:10.24022/0236-2791-59-2-98-104

8. Козлов Б.Н., Петлин К.А., Пряхин А.С., Середкина Е.Б., Панфилов Д.С., Шипулин В.М. Непо-средственные и отдаленные результаты применения биопротезов «ЮниЛайн» в аортальной позиции. Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал им. акад. Б.В. Петровского. 2017; 4:37-42. doi:10.24411/2308-1198-2017-00005

9. Мухамадияров Р.А., Рутковская Н.В., Кокорин С.Г., Одаренко Ю.Н., Мильто И.В., Барбараш Л.С. Типирование клеток биопротезов клапанов сердца, эксплантированных вследствие развития кальций-ассоциированных дисфункций. Бюллетень сибирской медицины. 2018; 17(4):94-102. doi:10.20538/1682-0363-2018-4-94-102

10. Мухамадияров Р.А., Рутковская Н.В., Сидорова О.Д., Барбараш Л.С. Исследование клеточного состава кальцинированных биопротезов клапанов сердца. Вестник РАМН. 2015; 70(6):662-668. doi:10.15690/vramn560

11. Барбараш Л.С., Караськов А.М., Семеновский М.Л., Журавлева И.Ю., Одаренко Ю.Н., Вавилов П.А., Нохрин А.В., Астапов Д.А. Биопротезы клапанов сердца в России: опыт трех клиник. Патоло-гия кровообращения и кардиохирургия. 2011; 2:21-26

12. Fowler V.G., Durack D.T., Selton-Suty C., Athan E., Bayer A.S., Chamis A.L., Dahl A., DiBernardo L., Durante-Mangoni E., Duval X., Fortes C.Q., Fosbøl E., Hannan M.M., Hasse B., Hoen B., Karchmer A.W., Mestres C.A., Petti C.A., Pizzi M.N., Preston S.D., Roque A., Vandenesch F., van der Meer J.T.M., van der Vaart T.W., Miro J.M. The 2023 Duke-international society for cardiovascular infectious diseases criteria for infective endocarditis: updating the modified Duke criteria. Clin Infect Dis. 2023; 77(4):518-526. doi:10.1093/cid/ciad271

13. Bankhead P., Loughrey M.B., Fernández J.A., Dombrowski Y., McArt D.G., Dunne P.D., McQuaid S., Gray R.T., Murray L.J., Coleman H.G., James J.A., Salto-Tellez M., Hamilton P.W. QuPath: Open source software for digital pathology image analysis. Sci Rep. 2017; 7(1):16878. doi:10.1038/s41598-017-17204-5

14. Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E., Kaynig V., Longair M., Pietzsch T., Preibisch S., Rueden C., Saalfeld S., Schmid B., Tinevez J.Y., White D.J., Hartenstein V., Eliceiri K., Tomancak P., Cardona A. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 2012; 9(7):676-682. doi:10.1038/nmeth.2019

15. Healy J., McInnes L. Uniform manifold approximation and projection. Nat Rev Methods Primers. 2024; 4:82. doi:10.1038/s43586-024-00363-x

16. Rousseeuw P.J. Silhouettes: A graphical aid to the interpretation and validation of cluster analysis. Journal of Computational and Applied Mathematics. 1987; 20: 53-65. doi:10.1016/0377-0427(87)90125-7

17. Caliński T., Harabasz J. A dendrite method for cluster analysis. Communications in Statistics. 1974; 3(1):1-27. doi:10.1080/03610927408827101

18. Davies D.L., Bouldin D.W. A cluster separation measure. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1979; PAMI-1(2):224-227. doi:10.1109/TPAMI.1979.4766909

19. Berrett T.B., Samworth R.J. USP: an independence test that improves on Pearson's chi-squared and the G-test. Proc Math Phys Eng Sci. 2021; 477(2256):20210549. doi:10.1098/rspa.2021.0549

20. Cote N., Pibarot P., Clavel M.A. Incidence, risk factors, clinical impact, and management of biopros-thesis structural valve degeneration. Curr Opin Cardiol. 2017; 32(2):123-129. doi:10.1097/HCO.0000000000000372

21. Nappi F. Advancements and challenges in the management of prosthetic valve endocarditis: a re-view. Pathogens. 2024; 13(12):1039. doi:10.3390/pathogens13121039

22. DeSimone D.C., Garrigos Z.E., Marx G.E., Tattevin P., Hasse B., McCormick D.W., Hannan M.M., Zuhlke L.J., Radke C.S., Baddour L.M. Blood culture-negative endocarditis: a scientific statement from the American Heart Association: endorsed by the International Society for Cardiovascular Infectious Diseases. J Am Heart Assoc. 2025; 14(8):e040218. doi:10.1161/JAHA.124.040218

23. Lepidi H., Casalta J.P., Fournier P.E., Habib G., Collart F., Raoult D. Quantitative histological examina-tion of bioprosthetic heart valves. Clin Infect Dis. 2006; 42(5):590-596. doi:10.1086/500135

24. Anton C.I., Ștefan I., Duțulescu S., Stăniceanu F., Buzilă C.A., Ștefan A.T., Streinu-Cercel A. Histolog-ical findings in infective endocarditis-a retrospective cohort study conducted at "Dr. Carol Davila" Cen-tral Military Emergency University Hospital in Bucharest. Life (Basel). 2024; 14(12):1658. doi:10.3390/life14121658

25. Meyers S, Crescente M, Verhamme P, Martinod K. Staphylococcus aureus and neutrophil extracel-lular traps: the master manipulator meets its match in immunothrombosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2022 Mar;42(3):261-276. doi: 10.1161/ATVBAHA.121.316930

26. Christian A.J., Lin H., Alferiev I.S., Connolly J.M., Ferrari G., Hazen S.L., Ischiropoulos H., Levy R.J. The susceptibility of bioprosthetic heart valve leaflets to oxidation. Biomaterials. 2014; 35(7):2097-2102. doi:10.1016/j.biomaterials.2013.11.045

27. Kostyunin A.E., Glushkova T.V., Lobov A.A., Ovcharenko E.A., Zainullina B.R., Bogdanov L.A., Shish-kova D.K., Markova V.E., Asanov M.A., Mukhamadiyarov R.A., Velikanova E.A., Akentyeva T.N., Rez-vova M.A., Stasev A.N., Evtushenko A.V., Barbarash L.S., Kutikhin A.G. Proteolytic degradation is a ma-jor contributor to bioprosthetic heart valve failure. J Am Heart Assoc. 2023; 12(1):e028215. doi:10.1161/JAHA.122.028215

28. Liu Z., Wang Y., Xie F., Liu X., Li F., Dong N. Elimination of macrophages reduces glutaraldehyde-fixed porcine heart valve degeneration in mice subdermal model. Pharmacol Res Perspect. 2021; 9(1):e00716. doi:10.1002/prp2.716

29. Sakaue T., Koyama T., Nakamura Y., Okamoto K., Kawashima T., Umeno T., Nakayama Y., Miyamoto S., Shikata F., Hamaguchi M., Aono J., Kurata M., Namiguchi K., Uchita S., Masumoto J., Yamaguchi O., Higashiyama S., Izutani H. Bioprosthetic valve deterioration: accumulation of circulating proteins and macrophages in the valve interstitium. JACC Basic Transl Sci. 2023; 8(7):862-880. doi:10.1016/j.jacbts.2023.01.003

30. Shetty R., Pibarot P., Audet A., Janvier R., Dagenais F., Perron J., Couture C., Voisine P., Després J.P., Mathieu P. Lipid-mediated inflammation and degeneration of bioprosthetic heart valves. Eur J Clin Invest. 2009; 39(6):471-480. doi:10.1111/j.1365-2362.2009.02132.x

31. Werner P., Gritsch J., Scherzer S., Gross C., Russo M., Coti I., Kocher A., Laufer G., Andreas M. Structural valve deterioration after aortic valve replacement with the Trifecta valve. Interact Cardio-vasc Thorac Surg. 2021; 32(1):39-46. doi:10.1093/icvts/ivaa236

32. Yang Y., Sun H., Zhang Y., Zhang T., Gong J., Wei Y., Duan Y.G., Shu M., Yang Y., Wu D., Yu D. Dimen-sionality reduction by UMAP reinforces sample heterogeneity analysis in bulk transcriptomic data. Cell Rep. 2021; 36(4):109442. doi:10.1016/j.celrep.2021.109442

33. Kostyunin A.E., Yuzhalin A.E., Rezvova M.A., Ovcharenko E.A., Glushkova T.V., Kutikhin A.G. De-generation of bioprosthetic heart valves: update 2020. J Am Heart Assoc. 2020; 9(19):e018506. doi:10.1161/JAHA.120.018506

34. Delgado V., Ajmone Marsan N., de Waha S., Bonaros N., Brida M., Burri H., Caselli S., Doenst T., Ederhy S., Erba P.A., Foldager D., Fosbøl E.L., Kovac J., Mestres C.A., Miller O.I., Miro J.M., Pazdernik M., Pizzi M.N., Quintana E., Rasmussen T.B., Ristić A.D., Rodés-Cabau J., Sionis A., Zühlke L.J., Borger M.A. 2023 ESC Guidelines for the management of endocarditis. Eur Heart J. 2023; 44(39):3948-4042. doi:10.1093/eurheartj/ehad193

35. Ivanovic B., Trifunovic D., Matic S., Petrovic J., Sacic D., Tadic M. Prosthetic valve endocarditis – a trouble or a challenge? J Cardiol. 2019; 73(2):126-133. doi:10.1016/j.jjcc.2018.08.007

36. Pibarot P., Herrmann H.C., Wu C., Hahn R.T., Otto C.M., Abbas A.E., Chambers J., Dweck M.R., Leip-sic J.A., Simonato M., Rogers T., Sathananthan J., Guerrero M., Ternacle J., Wijeysundera H.C., Sondergaard L., Barbanti M., Salaun E., Généreux P., Kaneko T., Landes U., Wood D.A., Deeb G.M., Sellers S.L., Lewis J., Madhavan M., Gillam L., Reardon M., Bleiziffer S., O'Gara P.T., Rodés-Cabau J., Grayburn P.A., Lancellotti P., Thourani V.H., Bax J.J., Mack M.J., Leon M.B. Standardized definitions for bioprosthetic valve dysfunction following aortic or mitral valve replacement: JACC state-of-the-art re-view. J Am Coll Cardiol. 2022; 80(5):545-561. doi:10.1016/j.jacc.2022.06.002

37. Poitier B., Rancic J., Richez U., Piquet J., El Batti S., Smadja D.M. Fibrin deposition on bovine pericar-dium tissue used for bioprosthetic heart valve drives its calcification. Front Cardiovasc Med. 2023; 10:1198020. doi:10.3389/fcvm.2023.1198020

38. Zakharchenko A., Xue Y., Keeney S., Rock C.A., Alferiev I.S., Stachelek S.J., Takano H., Thomas T., Nagaswami C., Krieger A.M., Chorny M., Ferrari G., Levy R.J. Poly-2-methyl-2-oxazoline-modified bio-prosthetic heart valve leaflets have enhanced biocompatibility and resist structural degeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022; 119(6):e2120694119. doi:10.1073/pnas.2120694119