Preview

Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний

Расширенный поиск

БИО- И ГЕМОСОВМЕСТИМОСТЬ ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИКАПРОЛАКТОНА, ЗАСЕЛЕННЫХ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫМИ И ГЛАДКОМЫШЕЧНЫМИ КЛЕТКАМИ, ПОСЛЕ ИМПЛАНТАЦИИ В БРЮШНУЮ АОРТУ МЫШАМ SCID

https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-6-3-47-63

Полный текст:

Аннотация

Введение. Современное развитие химии и химических технологий позволяет изготавливать синтетические материалы, которые демонстрируют физические характеристики, близкие к характеристикам тканей организма, обладают удовлетворительной биосовместимостью и тромборезистентностью. Такие материалы востребованы в сосудистой хирургии, однако для их практического использования требуется повысить их биологические свойства, а именно способность формировать нормальный эндотелий на внутренней поверхности и клеточные слои внутри стенки. Биодеградируемые синтетические полимерные 3D-матриксы, заселенные функциональными эндотелиальными (ЭК) и гладкомышечными (ГМК) клетками реципиента, могут быть подходящим вариантом при реконструктивных оперативных вмешательствах на сосудах.

Цель исследования. Оценить био- и гемосовместимость тканеинженерных конструкций из поликапролактона, заселенных донорскими ЭК и ГМК в эксперименте in vivo.

Материалы и методы. 3D-матриксы, изготовленные из поликапролактона с желатином методом электроспиннинга, заселяли in vitro человеческими ЭК и ГМК, которые были получены из сердечной ткани. Клетки культивировали на матриксах в течение 7 дней, затем имплантировали матриксы с клетками в брюшную аорту 23 мышей SCID. Для контроля 12 мышам были имплантированы 3D-матриксы без клеточного состава. Спустя 2, 4, 12 и 24 недели после имплантации выполняли УЗИ и МРТ брюшной аорты, иммуногистологические исследования эксплантированных заплат.

Результаты. Заплаты из поликапролактона, заселенные функциональными ЭК и ГМК, усиливают локальную неоваскуляризацию в области их имплантации с развитием васкуляризированной фиброзной капсулы, способствуют адгезии и пролиферации ЭК и ГМК, обеспечивают хорошую проходимость брюшной аорты мышей в течение 24 недель наблюдения.

Заключение. Клеточно-заселенные конструкции из поликапролактона могут быть использованы для создания пациент-специфических сосудистых трансплантатов. 

Об авторах

Ш. Б. Саая
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ
Россия
630055, г. Новосибирск, ул. Речкуновская, 15


И. С. Захарова
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН»
Россия
Новосибирск


М. К. Живень
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН»
Россия
Новосибирск


А. И. Шевченко
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН»
Россия
Новосибирск


А. М. Смирнова
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
Россия
Новосибирск


П. П. Лактионов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН»
Россия
Новосибирск


А. О. Степанова
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН»
Россия
Новосибирск


А. В. Ромащенко
Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»
Россия
Новосибирск


А. М. Волков
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ
Россия
Новосибирск


Е. Л. Завьялов
Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»
Россия
Новосибирск


Е. А. Покушалов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ
Россия
Новосибирск


Л. Н. Иванова
Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
Россия
Новосибирск


С. М. Закиян
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ; Федеральный исследовательский центр «Институт цитологии и генетики СО РАН»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН»
Россия
Новосибирск


А. А. Карпенко
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Сибирский федеральный биомедицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения РФ
Россия
Новосибирск


Список литературы

1. Hibino N., Duncan D.R., Nalbandian A., Yi T., Qyang Y., Shinoka T., Breuer C.K. Evaluation of the Use of an iPS Cell Sheet for the Construction of Tissue Engineered Vascular Grafts. J Thorac Cardiovasc Surg. 2012 March; 143(3): 696–703. doi:10.1016/j.jtcvs.2011.06.046.

2. Vivek A. Kumar, Jeffrey M. Caves, Carolyn A. Haller, Erbin Dai, Liying Li, Stephanie Grainger, Elliot L. Chaikof. Acellular vascular grafts generated from collagen and elastin analogs. Acta Biomater. 2013 Sep; 9(9): 8067–8074. http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2013.05.024

3. Isayama N., Matsumura G., Sato H., Matsuda S., Yamazaki K. Histological maturation of vascular smooth muscle cells in in situ tissueengineered vasculature. http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.01.006

4. Sion G. Jones, MD, MRCS, Yanhua Hu, MD, Qingbo Xu, MD, PhD, and Marjan Jahangiri, MD, FRCS (CTh). Stem Cells Accumulate on a Decellularized Arterial Xenograft In Vivo. http://dx.doi.org/10.1016/j.athoracsur.2014.02.023

5. Mirensky T.L., Nelson G.N., Brennan M.P., Roh J.D., Hibino N., Yi T., Shinoka T., Breuer C.K. Tissue-engineered arterial grafts: long-term results after implantation in a small animal model. J Pediatr Surg. 2009 Jun;44(6):1127-32. doi:10.1016/j.jpedsurg.2009.02.035

6. Tara S., Kurobe H., Maxfield M.W., Rocco K.A., Yi T., Naito Y. et al. Evaluation of remodeling process in small-diameter cell-free tissue-engineered arterial graft. J Vasc Surg. 2015 Sep; 62(3):734-43. http://dx.doi.org/10.1016/j.jvs.2014.03.011

7. Miyata T., Conte M.S., Trudell L.A., Mason D., Whittemore A.D., Birinyi L.K. Delayed exposure to pulsatile shear stress improves retention of human saphenous vein endothelial cells on seeded ePTFE grafts. J Surg Res 1991;50(5):485–93.

8. Wu H., Fan J., Chu C.C., Wu J. Electrospinning of small diameter 3-D nanofibrous tubular scaffolds with controllable nanofiber orientations for vascular grafts. J Mater Sci Mater Med 2010; 21: 3207 – 3215.

9. Попова И.В., Степанова А.О., Сергеевичев Д.С., Акулов А.Е., Захарова И.С., Покушалов А.А. и др. Сравнительное исследование трех типов протезов, изготовленных методом электроспиннинга в эксперименте in vitro и in vivo. Патология кровообращения и кардиохирургия/ 2015; 19 (4): 63–71. Popova I.V., Stepanova A.O., Sergeevichev D.S., Akulov A.E., Zakharova I.S., Pokushalov A.A. et al. Comparative study of three vascular grafts produced by electrospinning in vitro and in vivo. Patologiya krovoobrasheniya i kardihirurgiya. 2015; 19 (4): 63–71.

10. Захарова И.С., Живень М.К., Саая Ш.Б., Карпенко А.А., Шевченко А.И., Струнов А.А. и др. Разработка клеточных технологий для создания клеточно-наполненных сосудистых трансплантатов. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2015; 19(4–2): 43–54. Zakharova I.S., Zhiven’ M.K., Saaya Sh.B., Karpenko A.A., Shevchenko A.I., Strunov A.A. et al. Development of cell technologies for design of cell contained vascular grafts. Patologiya krovoobrasheniya i kardihirurgiya. 2015; 19(4–2): 43–54.

11. Саая Ш.Б., Захарова И.С., Живень М.К., Шевченко А.И., Карпенко А.А., Покушалов Е.А. и др. Оценка функциональных свойств человеческих эндотелиальных и гладкомышечных клеток после заселения на поверхности из естественных и синтетических материалов. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2016; 3: 94-101. DOI: 10.15825/1995-1191-2016-3-94-101. Sh.B. Saaya, I.S. Zakharova, M.K. Zhiven, A.I. Shevchenko, A.A. Karpenko Ye.A. Pokushalov ,et al. Evaluation of the functional properties of human endothelial and smooth muscle cells after seeding on the surface of natural and synthetic materials. Vestnik transplaantologii I isskustvennyh organov. 2016; 3: 94-101. DOI: 10.15825/1995-1191-2016-3-94-101.

12. Hibino N., McGillicuddy E., Matsumura G., Ichihara Y., Naito Y., Breuer C., Shinoka T. Lateterm results of tissue-engineered vascular grafts in humans. J Thorac Cardiovasc Surg. 2010;139:431-6. doi: 10.1016/j.jtcvs.2009.09.057.

13. Wystrychowski W., McAllister T.N., Zagalski K., Dusserre N., Cierpka L., L’Heureux N. First human use of an allogeneic tissue-engineered vascular graft for hemodialysis access. J Vasc Surg. 2014 Nov; 60(5):1353-7. doi: 10.1016/j.jvs.2013.08.018. Epub 2013 Oct 5.

14. Latimer C.A., Nelson M., Moore C.M., Martin K.E. Effect of collagen and elastin content on the burst pressure of human blood vessel seals formed with a bipolar tissue sealing system. Journal of Surgical Research. 2014; 186 (1): 73–80.

15. Samouillan V., Dandurand J., Lacabanne C., Stella A., Gargiulo M., Degani A. et al. Analysis of the molecular mobility of collagen and elastin in safe, atheromatous and aneurysmal aortas. Pathologie Biologie. 2012; 60 (1): 58–65.

16. Pate M., Damarla V., Chi D.S., Negi S., Krishnaswamy G. Endothelial cell biology: role in the inflammatory response. Adv. Clin. Chem. 2010; 52: 109–30.

17. S. Tara, K. A. Rocco, N. Hibino, T. Sugiura, H. Kurobe, C. K. Breuer, and T. Shinoka Vessel bioengineering. Circ. J 2014; 78 (1): 12–9.

18. Wong C.S., Sgarioto M., Owida A.A., Yang E., Rosenfeldt, C.S., Morsi Y.S. Polyethyleneterephthalate Provides Superior Retention of Endothelial Cells During Shear Stress Compared to Polytetrafluoroethylene and Pericardium. Heart, Lung and Circulation. 2006;15:371–377

19. Eybl E., Grimm M., Grabenwoger M., Bock P., Muller M.M., Wolner E. Endothelial cell lining of bioprosthetic heart valve materials. J Thorac Cardiovasc Surg. 1992; 104(3): 763–9.

20. Kaushal S., Amiel G.E., Guleserian K.J., Shapira O.M., Perry T., Sutherland F.W. et al. Functional small-diameter neovessels created using endothelial progenitor cells expanded ex vivo. Nat Med. 2001; 7: 1035 – 1040.

21. Simon P., Kasimir M.T., Seebacher G., Weigel G., Ullrich R., Salzer-Muhar U. et al. Early failure of the tissue engineered porcine heart valve SYNERGRAFT in pediatric patients. Eur J Cardiothorac Surg. 2003; 23: 1002 – 1006.

22. Quint C., Kondo Y., Manson R.J., Lawson J.H., Dardik A., Niklason L.E. Decellularized tissueengineered blood vessel as an arterial conduit. Proc Natl Acad Sci USA. 2011; 108: 9214 – 9219.

23. Kannan R.Y., Salacinski H.J., Sales K., Butler P., Seifalian A.M. The roles of tissue engineering and vascularisation in the development of micro-vascular networks: A review. Biomaterials. 2005; 26(14): 1857–75.

24. Rotmans J.I., Heyligers J.M., Verhagen H.J., Velema E., Nagtegaal M.M., de Kleijn D.P. et al. In vivo cell seeding with anti-CD34 antibodies successfully accelerates endothelialization but stimulates intimal hyperplasia in porcine arteriovenous expanded polytetrafluoroethylene grafts. Circulation. 2005; 112(1): 12–8.

25. Mirenghi L., Ramires P.A., Pentassuglia R.E., Rotolo P., Romito A. Growth of human endothelial cells on plasma-treated polyethyleneterephthalate surfaces. J Mater Sci Mater Med. 2000; 11(5): 327–31.

26. Niklason L.E., Gao J., Abbott W.M., Hirschi K.K., Houser S., Marini R. et al. Functional arteries grown in vitro. Science 1999; 284: 489 – 493.

27. Isayama N., Matsumura G., Sato H., Matsuda S., Yamazaki K. Histological maturation of vascular smooth muscle cells in in situ tissueengineered vasculature. Biomaterials. 2014; 35 (11): 3589-3595 doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.01.006

28. Roh J.D., Sawh-Martinez R., Brennan M.P., Jay S.M., Devine L., Rao D.A. et al. Tissueengineered vascular grafts transform into mature blood vessels via an inflammation-mediated process of vascular remodeling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Mar 9;107(10):4669-74. doi: 10.1073/pnas.0911465107.

29. Pektok E., Nottelet B., Tille J.C., Gurny R., Kalangos A., Moeller M. et al. Degradation and healing characteristics of small-diameter poly (epsilon-caprolactone) vascular grafts in the rat systemic arterial circulation. Circulation. 2008; 118: 2563 – 2570.

30. Wang S., Mo XM, Jiang B.J., Gao C.J., Wang H.S., Zhuang Y.G. et al. Fabrication of smalldiameter vascular scaffolds by heparin-bonded P(LLA-CL) composite nanofibers to improve graft patency. Int J Nanomed. 2013; 8: 2131 – 2139.

31. Cikirikcioglu M., Sedelnikov N., Osorio-Da Cruz S., Khabiri E., Donmez Antal A., Tatar T. et al. Improved neo-endothelialization of small diameter ePTFE grafts with titanium coating. Int J Artif Organs. 2006; 29: 990-9.

32. Heise M., Schmidmaier G., Husmann I., Heidenhain C., Schmidt J., Neuhaus P. et al. PEGhirudin/iloprost coating of small diameter ePTFE grafts effectively prevents pseudointima and intimal hyperplasia development. Eur J Vasc Endovasc Surg. 2006; 32: 418-24.

33. McDaid J., Scott C.J., Kissenpfennig A., Chen H., Martins P.N. The utility of animal models in developing immunosuppressive agents. European Journal of Pharmacology. 2015; 759: 295–302. DOI: 10.1016/j.ejphar.2015.03.025

34. Lasso J.M., Pe´rez Cano R., Castro Y., Arenas L., Garcı´a J., Ferna´ndez-Santos M.E. Xenotransplantation of human adiposederived stem cells in the regeneration of a rabbit peripheral nerve. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 2015 Dec;68(12):e189-97. doi: 10.1016/j.bjps.2015.07.005.

35. Sousa W.B., Garcia J.B., Nogueira Neto J., Furtado P.G., Anjos J.A. Xenotransplantation of uterine leiomyoma in Wistar rats: a pilot study. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2015 Jul;190:71-5. doi: 10.1016/j.ejogrb.2015.04.012.

36. Mirensky T.L., Nelson G.N., Brennan M.P., Roh J.D., Hibino N., Yi T., Shinoka T., Breuer C.K. Tissue-engineered arterial grafts: long-term results after implantation in a small animal model. J Pediatr Surg. 2009 Jun;44(6):1127-32; discussion 1132-3. doi: 10.1016/j.jpedsurg.2009.02.035.

37. Tara S., Kurobe H., Maxfield M.W., Rocco K.A., Yi T., Naito Y., Breuer C.K., Shinoka T..Evaluation of remodeling process in smalldiameter cell-free tissue-engineered arterial graft. J Vasc Surg. 2015 Sep; 62(3):734-43. doi: 10.1016/j.jvs.2014.03.011.

38. Jones S.G., Hu Y., Xu Q., Jahangiri M. Stem Cells Accumulate on a Decellularized Arterial Xenograft In Vivo. Ann Thorac Surg. 2014 Jun; 97(6): 2104-10. doi: 10.1016/j.athoracsur.2014.02.023.

39. Klinkert P., Post P.N., Breslau P.J., van Bockel J.H. Saphenous vein versus PTFE for above-knee femoropopliteal bypass. A review of the literature. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 2004; 27 (4): 357–62.

40. Nemeno-Guanzon J.G., Lee S., Berg J.R., Jo Y.H., Yeo J.E., Nam B.M. et al. Trends in tissue engineering for blood vessels. J J Biomed Biotechnol. 2012;2012:956345. doi: 10.1155/2012/956345.

41. Sugiura T., Tara S., Nakayama H., Kurobe H., Yi T., Lee Y.U. et al. Novel Bioresorbable Vascular Graft With Sponge-Type Scaffold as a Small-Diameter Arterial Graft. Ann Thorac Surg. 2016 Sep;102(3):720-7. doi: 10.1016/j.athoracsur.2016.01.110.

42. Catto V., Farè S., Cattaneo I., Figliuzzi M., Alessandrino A., Freddi G. et al. Small diameter electrospun silk fibroin vascular grafts: Mechanical properties, in vitro biodegradability, and in vivo biocompatibility Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015 Sep;54:101-11. doi: 10.1016/j.msec.2015.05.003.

43. Pawlowski K.J., Rittgers S.E., Schmidt S.P., Bowlin G.L. Endothelial cell seeding of polymeric vascular grafts. Front Biosci. 2004; 9: 1412–21.

44. Roh J.D., Nelson G.N., Udelsman B.V., Brennan M.P., Lockhart B., Fong P.M. et al. Centrifugal seeding increases seeding efficiency and cellular distribution of bone marrow stromal cells in porous biodegradable scaffolds. Tissue Eng. 2007; 13(11): 2743–9.

45. Gong Z. , Niklason L.E. Blood vessels engineered from human cells. Trends Cardiovasc Med. 2006; 16: 153 – 6 .

46. Edelman E.R. Vascular tissue engineering : designer arteries . Circ Res. 1999; 85: 1115 – 17 .

47. Lee S. J. , Atala A., Wake Forest University School of Medicine, USA. Engineering of tissues and organs. In Boccaccini A.R, Ma P.X., editors. Tissue Engineering Using Ceramics and Polymers. Cambridge: Elsevier; 2014. p. 347-353. DOI:10.1533/9780857097163.3.347


Для цитирования:


Саая Ш.Б., Захарова И.С., Живень М.К., Шевченко А.И., Смирнова А.М., Лактионов П.П., Степанова А.О., Ромащенко А.В., Волков А.М., Завьялов Е.Л., Покушалов Е.А., Иванова Л.Н., Закиян С.М., Карпенко А.А. БИО- И ГЕМОСОВМЕСТИМОСТЬ ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИКАПРОЛАКТОНА, ЗАСЕЛЕННЫХ ЧЕЛОВЕЧЕСКИМИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫМИ И ГЛАДКОМЫШЕЧНЫМИ КЛЕТКАМИ, ПОСЛЕ ИМПЛАНТАЦИИ В БРЮШНУЮ АОРТУ МЫШАМ SCID. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2017;(3):47-63. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-6-3-47-63

For citation:


Saaya S.B., Zakharova I.S., Zhiven M.K., Shevchenko A.I., Smirnova A.M., Laktionov P.P., Stepanova A.O., Romashenko A.V., Volkov A.M., Zavyalov Y.L., Pokushalov Y.A., Ivanova L.N., Zakian S.M., Karpenko A.A. BIO- AND HEMOCOMPATIBLE TISSUE-ENGINEERED POLYCAPROLACTONE SCAFFOLDS SEEDED BY HUMAN ENDOTHELIAL AND SMOOTH MUSCLE CELLS AFTER IMPLANTATION IN THE ABDOMINAL AORTA OF SCID MICE. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2017;(3):47-63. (In Russ.) https://doi.org/10.17802/2306-1278-2017-6-3-47-63

Просмотров: 113


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2306-1278 (Print)
ISSN 2587-9537 (Online)