БИОДЕГРАДИРУЕМЫЙ СОСУДИСТЫЙ ПРОТЕЗ С АРМИРУЮЩИМ ВНЕШНИМ КАРКАСОМ

Актуальность. Основные способы укрепления стенки тканеинженерного сосудистого графта представляют собой использование армирующих конструкций, изготовленных из биостабильных или биодеградируемых полимеров. Однако совмещение метода электроспиннинга с целью изготовления биодеградируемого трубчатого каркаса и метода послойного наплавления армирующей нити для создания внешнего армирующего каркаса требует оценки сохранения единства конструкции в ходе долгосрочной имплантации, а также реакции окружающих тканей на армирующее покрытие.

Цель. Разработать технологию изготовления биодеградируемого сосудистого протеза малого диметра с внешним армирующим покрытием и оценить состоятельность разработанной конструкции в эксперименте.

Материалы и методы. Методом двухфазного электроспиннинга из полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона (PHBV/PCL) изготовлены трубчатые каркасы диаметром 4,0 мм с послойным введением в структуру графта дифференцировочных факторов (GF mix): VEGF – во внутреннюю 1/3 стенки, bFGF и SDF-1a – во внешние 2/3 стенки. Внешний спиралевидный каркас из PCL изготавливали методом послойного наплавления. Изучены физико-механические свойства и структура поверхности разработанных конструкций. Сосудистые графты с армирующим внешним каркасом имплантированы в сонную артерию пяти овец сроком на 12 месяцев с последующим изучением эксплантированных образцов с помощью сканирующей электронной микроскопии и гистологических методов исследования.

Результаты. Выбор температурного режима спекания 160 ᵒС в процессе экструзии позволил интимно и без повреждения зон, свободных от армирующего покрытия, соединить нить PCL с наружной поверхностью трубчатого каркаса PHBV/ PCL/GFmix. Получали PCL нить толщиной 380–400 мкм, шаг спирали армирующего каркаса составил 1 мм. Наличие армирующего каркаса в 3 раза повысило прочность на разрыв и модуль Юнга графтов в поперечном направлении. Спустя 12 месяцев имплантации целостность конструкции сохранялась, существенной резорбции внешнего армирующего каркаса не выявлено, в тканях, окружавших нити каркаса, отсутствовало воспаление и кальцификация.

Заключение. В ходе долгосрочной имплантации сохранено единство биодеградируемого сосудистого протеза PHBV/PCL/GF mix с внешним армирующим спиралевидным каркасом из PCL. Результаты гистологического исследования свидетельствуют о высокой биосовместимости разработанной конструкции.

1. Fisher M.B., Mauck R.L. Tissue engineering and regenerative medicine: recent innovations and the transition to translation. Tissue Eng Part B Rev. 2013; 19 (1): 1-13. DOI: 10.1089/ten.TEB.2012.0723.

2. 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.

3. Антонова Л.В., Севостьянова В.В., Кутихин А.Г., Великанова Е.А., Матвеева В.Г., Глушкова Т.В., Миронов А.В., Кривкина Е.О., Барбараш О.Л., Барбараш Л.С. Влияние способа модифицирования трубчатого полимерного матрикса биомолекулами bFGF, SDF-1a и VEGF на процессы формирования in vivo тканеинженерного кровеносного сосуда малого диаметра. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2018; 20(1): 96-109. doi: 10.15825/1995-1191-2018-1-96-109.

4. Woods I., Flanagan T.C. Electrospinning of biomimetic scaffolds for tissue-engineered vascular grafts: threading the path. Expert Rev Cardiovasc Ther. 2014; 12(7): 815-32. doi: 10.1586/14779072.2014.925397.

5. Ingavle G.C., Gehrke S.H., Detamore M.S. The bioactivity of agarose–PEGDA interpenetrating network hydrogels with covalently immobilized RGD peptides and physically entrapped aggrecan. Biomaterials. 2014; 35(11): 3558-3570. doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.01.002.

6. Fukunishi T., Shoji T., Shinoka T. Nanofiber composites in vascular tissue engineering. In: Nanofiber Composites for Biomedical Applications. Ramalingam M, Ramakrishna S, editors. Elsevier Ltd, 2017. p. 455-481. doi: 10.1016/B978-0-08-100173-8.00018-1.

7. Hasan A., Memic A., Annabi N., Hossain M., Haul A., Dokmeci M.R. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta Biomater. 2014; 10(1): 11–25. doi: 10.1016/j.actbio.2013.08.022.

8. Catto V., Fare S., Freddi G., Tanzi M.C. Vascular tissue engineering: recent advances in small diameter blood vessel regeneration. ISRN Vasc. Med. 2014; 923030: 1–27. doi: 10.1155/2014/923030.

9. Ngadiman N.H.A, Noordin M.Y., Idris A., Kurniawan D. A review of evolution of electrospun tissue engineering scaffold: From two dimensions to three dimensions. Proc Inst Mech Eng H. 2017; 231(7): 597-616. doi: 10.1177/0954411917699021.

10. Pei B., Wang W., Fan Y., Wang X., Watari F., Li X. Fiberreinforced scaffolds in soft tissue engineering. Regenerative biomaterials. 2017; 4(4): 257-268. doi: 10.1093/rb/rbx021.

11. Li X., Pei B., Wang W., Fan Y., Wang X., Watari F. Biocomposites reinforced by fibers or tubes as scaffolds for tissue engineering or regenerative medicine. Biocomposites reinforced by fibers or tubes as scaffolds for tissue engineering or regenerative medicine. Journal of Biomedical Materials Research Part A: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials. 2014; 102(5): 1580-1594. doi: 10.1093/rb/rbx021.

12. Ngadiman N.H.A., Noordin M.Y., Idris A., Kurniawan D. A. review of evolution of electrospun tissue engineering scaffold: From two dimensions to three dimensions. Proc Inst Mech Eng H. 2017; 231(7): 597-616. doi: 10.1177/0954411917699021.

13. Hashi C.K., Zhu Y., Yang G.Y., Young W.L., Hsiao B.S., Wang K., Chu B., Li S. Antithrombogenic property of bone marrow mesenchymal stem cells in nanofibrous vascular grafts. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2007; 104(29): 11915–11920. doi: 10.1073/pnas.0704581104.

14. Lee Y.H., Lee J.H., An I.G., Kim C., Lee D.S., Lee Y.K., Nam J.D. Electrospun dual-porosity structure and biodegradation morphology of Montmorillonite reinforced PLLA nanocomposite scaffolds. Biomaterials. 2005; 26(16): 3165-3172. doi: 10.1016/j.biomaterials.2004.08.018.

15. Mauck R.L., Baker B.M., Nerurkar N.L., Burdick J.A., Li W.J., Tuan R.S., Elliott D.M.. Engineering on the straight and narrow: the mechanics of nanofibrous assemblies for fiberreinforced tissue regeneration. Tissue Engineering Part B: Reviews. 2009; 15(2): 171-193. doi: 10.1089/ten.TEB.2008.0652.

16. Spadaccio C., Nappi F., De Marco F., Sedati P., Sutherland F.W., Chello M., Trombetta M., Rainer A. Preliminary in vivo evaluation of a hybrid armored vascular graft combining electrospinning and additive manufacturing techniques. Drug Target Insights. 2016; 10(Suppl 1): 1-7. doi: 10.4137/DTI.S35202.

17. Li G., Liu J., Zheng Z., Wang X., Kaplan D.L. Structural Mimetic Silk Fiber-Reinforced Composite Scaffolds Using Multi-Angle Fibers. Macromolecular bioscience. 2015; 15(8): 1125-1133. doi: 10.1002/mabi.201400502.

18. Xu W., Zhou F., Ouyang C., Cui W., Yao M., Wang X. Small diameter polyurethane vascular graft reinforced by elastic weft-knitted tubular fabric of polyester/spandex. Fibers and Polymers 2008; 9(1): 71-75. doi: 10.1007 / s12221-008-0011-7.

19. Xu W., Zhou F., Ouyang C., Ye W., Yao M., Xu B. Mechanical properties of small-diameter polyurethane vascular grafts reinforced by weft-knitted tubular fabric. J Biomed Mater Res A. 2010; 92(1): 1-8. doi: 10.1002/jbm.a.32333.