Тканеинженерные конструкции для нужд сердечно-сосудистой хирургии: возможности персонификации и перспективы использования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Для нужд сердечно-сосудистой хирургии по-прежнему не существует эффективного сосудистого протеза диаметром менее 4 мм, несмотря на непрерывный рост частоты развития атеросклероза и возрастание числа хирургических операций по восстановлению кровотока в пораженных артериях. При этом сосудистая тканевая инженерия обладает разноплановыми методическими подходами для разработки эффективных функционально активных сосудистых протезов малого диаметра, пригодных для адаптивного роста и регенерации in situ. Немаловажный аспект — возможность персонификации создаваемых протезов за счет не только учета индивидуальной анатомии сосудистого русла пациента, но и использования аутологичных компонентов для создания подобного протеза, которые можно получить непосредственно от реципиента. В представленной проблемной статье отражены основные результаты по созданию биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра, полученные в Научно-исследовательском институте комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний г. Кемерово. Функционал протезов обеспечивали посредством как инкорпорирования биологически активных компонентов с проангиогенным потенциалом с целью полноценного ремоделировани in situ, так и формирования клеточнозаселенных сосудистых протезов с использованием аутологичных клеток и белков пациентов с ишемической болезнью сердца. В перспективе данные сосудистые протезы могут закрыть клиническую потребность плановой и экстренной сердечно-сосудистой хирургии, нейро- и микрохирургии, военно-полевой сосудистой хирургии.

Об авторах

Лариса Валерьевна Антонова

Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний

Автор, ответственный за переписку.
Email: antonova.la@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8874-0788
SPIN-код: 8634-3286

д.м.н.

Россия, Кемерово

Ольга Леонидовна Барбараш

Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний

Email: barbol@kemcardio.ru
ORCID iD: 0000-0002-4642-3610
SPIN-код: 5373-7620

д.м.н., профессор, академик РАН

Россия, Кемерово

Леонид Семенович Барбараш

Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний

Email: reception@kemcardio.ru
ORCID iD: 0000-0001-6981-9661

д.м.н., профессор, академик РАН

Россия, Кемерово

Список литературы

  1. Benjamin EJ, Muntner P, Alonso A, et al. Disease and Stroke Statistics-2019 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 2019;139(10):e56–e528. doi: https://doi.org/10.1161/CIR.0000000000000659
  2. Taggart DP. Current status of arterial grafts for coronary artery bypass grafting. Ann Cardiothorac Surg. 2013;2(4):427–430. doi: https://doi.org/10.3978/j.issn.2225-319X.2013.07.21
  3. Kitsuka T, Hama R, Ulziibayar A, et al. Clinical Application for Tissue Engineering Focused on Materials. Biomedicines. 2022;10(6):1439. doi: https://doi.org/10.3390/biomedicines10061439
  4. Moore MJ, Tan RP, Yang N, et al. Bioengineering artificial blood vessels from natural materials. Trends Biotechnol. 2022;40(6):693–707. doi: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2021.11.003
  5. Fang S, Ellman DG, Andersen DC. Review: Tissue Engineering of Small-Diameter Vascular Grafts and Their in vivo Evaluation in Large Animals and Humans. Cells. 2021;10(3):713. doi: https://doi.org/10.3390/cells10030713
  6. Naegeli KM, Kural MH, Li Y, et al. Bioengineering Human Tissues and the Future of Vascular Replacement. Circ Res. 2022:131(1):109–126. doi: https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.121.319984
  7. Stowell CET, Wang Y. Quickening: Translational design of resorbable synthetic vascular grafts. Biomaterials. 2018;173:71–86. doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.05.006
  8. Zhu M, Wu Yi, Li W, et al. Biodegradable and elastomeric vascular grafts enable vascular remodeling. Biomaterials. 2018;183:306–318. doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.08.063
  9. Durán-Rey D, Crisóstomo V, Sánchez-Margallo JA, et al. Systematic Review of Tissue-Engineered Vascular Grafts. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:771400. doi: https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.771400
  10. Matsuzaki Yu, Iwaki R, Reinhardt JW, et al. The effect of pore diameter on neo-tissue formation in electrospun biodegradable tissue-engineered arterial grafts in a large animal model. Acta Biomate. 2020;115:176–184. doi: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.08.011
  11. Zhao L, Lic X, Yang L, et al. Evaluation of remodeling and regeneration of electrospun PCL/fibrin vascular grafts in vivo. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;118:111441. doi: https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111441
  12. Antonova LV, Sevostyanova VV, Mironov AV, et al. 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: https://doi.org/10.17802/2306-1278-2018-7-2-25-36
  13. Hao D, Fan Y, Xiao W, et al. Rapid endothelialization of small diameter vascular grafts by a bioactive integrin-binding ligand specifically targeting endothelial progenitor cells and endothelial cells. Acta Biomater. 2020;108:178–193. doi: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.03.005
  14. Maitz MF, Martins MCL, Grabow N, et al. The blood compatibility challenge. Part 4: Surface modification for hemocompatible materials: Passive and active approaches to guide blood-material interactions. Acta Biomater. 2019;94:33–33. doi: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.06.019
  15. Matsuzaki Yu, Miyamoto S, Miyachi H, et al. Improvement of a Novel Small-diameter Tissue-engineered Arterial Graft with Heparin Conjugation. Ann Thorac Surg. 2021;111(4):1234–1241. doi: https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2020.06.112
  16. Wang C, Li Z, Zhang L, et al. Long-term results of triple-layered small diameter vascular grafts in sheep carotid arteries. Med Eng Phys. 2020;85:1–6. doi: https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2020.09.007
  17. Matsuzaki Y, Ulziibayar A, Shoji T, et al. Heparin-Eluting Tissue-Engineered Bioabsorbable Vascular Grafts. Applied Sciences. 2021;11(10):4563. doi: https://doi.org/10.3390/app11104563
  18. Maes C, Carmeliet P, Moermans K, et al. Impaired angiogenesis and endochondral bone formation in mice lacking the vascular endothelial growth factor isoforms VEGF164 and VEGF188. Mech Dev. 2002;111(1–2):61–73. doi: https://doi.org/10.1016/s0925-4773(01)00601-3
  19. Takahashi H, Hattori S, Iwamatsu A, et al. A novel snake venom vascular endothelial growth factor (VEGF) predominantly induces vascular permeability through preferential signaling via VEGF receptor-1. J Biol Chem. 2004;279(44):46304–46314. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M403687200
  20. Kano MR, Morishita Y, Iwata C, et al. VEGF-A and FGF-2 synergistically promote neoangiogenesis through enhancement of endogenous PDGF-B-PDGFRbeta signaling. J Cell Sci. 2005;118(Pt16):3759–3768. doi: https://doi.org/10.1242/jcs.02483
  21. Ho TK, Shiwen X, Abraham D, et al. Stromal-Cell-Derived Factor-1 (SDF-1)/CXCL12 as Potential Target of Therapeutic Angiogenesis in Critical Leg Ischaemia. Cardiol Res Pract. 2012;2012:143209. doi: https://doi.org/10.1155/2012/143209
  22. Thomas LV, Lekshmi V, Nair PD. Tissue engineered vascular grafts-preclinical aspects. Int J Cardiol. 2013;167(4):1091–1100. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijcard.2012.09.069
  23. Swartz DD, Andreadis ST. Animal models for vascular tissue-engineering. Curr Opin Biotechnol. 2013;24(5):916–925. doi: https://doi.org/10.1016/j.copbio.2013.05.005
  24. Ahmed M, Hamilton G, Seifalian AM. The performance of a small-calibre graft for vascular reconstructions in a senescent sheep model. Biomaterials. 2014;35(33):9033–9040. doi: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.07.008
  25. Antonova LV, Mironov AV, Yuzhalin AE, et al. A Brief Report on an Implantation of Small-Caliber Biodegradable Vascular Grafts in a Carotid Artery of the Sheep. Pharmaceuticals (Basel). 2020;13(5):101. doi: https://doi.org/10.3390/ph13050101
  26. Fukunishi T, Ong CS, Yesantharao P, et al. Different degradation rates of nanofiber vascular grafts in small and large animal models. J Tissue Eng Regen Med. 2020;14(2):203–214. doi: https://doi.org/10.1002/term.2977
  27. Антонова Л.В., Кривкина Е.О., Резвова М.А., и др. Биодеградируемый сосудистый протез с армирующим внешним каркасом // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. — 2019. — Т. 8. — № 2. — С. 87–97. [Antonova LV, Krivkina EO, Rezvova MA, et al. Biodegradable vascular graft reinforced with a biodegradable sheath. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2019;8(2):87–97. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.17802/2306-1278-2019-8-2-87-97
  28. Патент РФ на изобретение № 2702239/07.10.2019, Бюл. № 28. Антонова Л.В., Севостьянова В.В., Резвова М.А., Кривкина Е.О., Кудрявцева Ю.А., Барбараш О.Л., Барбараш Л.С. Технология изготовления функционально активных биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра с лекарственным покрытием. [Patent RUS №2702239/ 07.10.2019. Byul. №28. Antonova LV, Sevostianova VV, Rezvova MA, Krivkina EO, Kudryavtseva YuA, Barbarash OL, Barbarash LS. Technology of producing functionally active biodegradable small-diameter vascular prostheses with drug coating. (In Russ).] Available from: https://patents.google.com/patent/RU2702239C1/ru (accessed: 22.02.2023).
  29. Груздева О.В., Бычкова Е.Е., Пенская Т.Ю., и др. Сравнительная характеристика гемостазиологического профиля овец и пациентов с сердечно-сосудистой патологией — основа для прогнозирования тромботических рисков в ходе преклинических испытаний сосудистых протезов // Современные технологии в медицине. — 2021. — Т. 13. — № 1. — С. 52–58. [Gruzdeva OV, Bychkova EE, Penskaya TY, et al. Comparative Analysis of the Hemostasiological Profile in Sheep and Patients with Cardiovascular Pathology as the Basis for Predicting Thrombotic Risks During Preclinical Tests of Vascular Prostheses. Sovrem Tekhnologii Med. 2021;13(1):52–56. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.17691/stm2021.13.1.06
  30. Antonova LV, Krivkina EO, Sevostianova VV, et al. Tissue-engineered carotid artery interposition grafts demonstrate high primary patency and promote vascular tissue regeneration in the ovine model. Polymers. 2021;13(16):2637. doi: https://doi.org/10.3390/ polym13162637
  31. Matveeva V, Khanova M, Sardin E, et al. Endovascular interventions permit isolation of endothelial colony-forming cells from peripheral blood. Int J Mol Sci. 2018;19(11):3453. doi: https://doi.org/10.3390/ijms19113453
  32. Матвеева В.Г., Ханова М.Ю., Антонова Л.В., и др. Фибрин — перспективный материал для тканевой сосудистой инженерии // Вестник трансплантологии и искусственных органов. — 2020. — Т. 22. — № 1. — С. 196–208. [Matveeva VG, Khanova MU, Antonova LV, et al. Fibrin — a promising material for vascular tissue engineering. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2020;22(1):196–208. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.15825/1995-1191-2020-1-196-208
  33. Матвеева В.Г., Сенокосова Е.А., Ханова М.Ю., и др. Влияние способа полимеризации на свойства фибриновых матриц (пилотное исследование in vitro) // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. — 2022. — Т. 11. — № 4S. — С. 134–145. [Matveeva VG, Senokosova EA, Khanova MYu, et al. Influence of the polymerization method on the properties of fibrin matrices. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2022;11(4S):134-145. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.17802/2306-1278-2022-11-4S-134-145
  34. Matveeva VG, Senokosova EA, Sevostianova VV, et al. Advantages of Fibrin Polymerization Method without the Use of Exogenous Thrombin for Vascular Tissue Engineering Applications. Biomedicines. 2022;10(4):789. doi: https://doi.org/10.3390/biomedicines10040789
  35. Ханова М.Ю., Великанова Е.А., Матвеева В.Г., и др. Формирование монослоя эндотелиальных клеток на поверхности сосудистого протеза малого диаметра в условиях потока // Вестник трансплантологии и искусственных органов. — 2021. — Т. 23. — № 3. — С. 101–114. [Khanova MYu, Velikanova EA, Matveeva VG, et al. Endothelial cell monolayer formation on a small-diameter vascular graft surface under pulsatile flow conditions. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2021;23(3):101–114. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.15825/1995-1191-2021-3-101-114

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Предполагаемая схема механизмов, обусловливающих клеточный отклик и привлечение клеток в стенку биодеградируемого сосудистого протеза PHBV/PCL/GF mix

Скачать (512KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сравнительная оценка проходимости и ремоделирования сосудистых протезов PHBV/PCL/GF mix диаметром 1,5 мм через 12 мес имплантации в брюшную часть аорты крыс (в сравнении с немодифицированными аналогами) [12]

Скачать (392KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Биодеградируемый сосудистый протез PHBV/PCL/GF mixHep/Ilo с антианевризматическим каркасом

Скачать (385KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сравнительная гистологическая картина стенки ремоделированного сосудистого протеза PHBV/PCL/GF mixHep/Ilo диаметром 4 мм спустя 12 мес после имплантации и интактной сонной артерии овцы [30]

Скачать (441KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Относительное количество положительных результатов культивирования в точках забора крови у пациентов, перенесших операцию коронарного шунтирования (КШ) и чрескожного коронарного вмешательства (ЧКВ), %

Скачать (120KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Примеры гистограмм различных антигенов на популяциях CD45– и HUVEC (проточная цитофлуориметрия) [31]

Скачать (309KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Фотографии колоний CD45– и HUVEC, выполненные на конфокальном микроскопе [31]

Скачать (467KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Биологические свойства матриксов PHBV/PCL, покрытых различными белками внеклеточного матрикса

Скачать (445KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Удержание клеток на поверхности биодеградируемых сосудистых протезов PHBV/PCL, покрытых различными белками внеклеточного матрикса, в условиях статики и пульсирующего потока

Скачать (125KB)
Метаданные

© Издательство "Педиатръ", 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».