Preview

Вестник трансплантологии и искусственных органов

Расширенный поиск

Перспективы использования триблок-сополимеров SIBS в кардиохирургии: in vitro и in vivo исследование в сравнении с ePTFE

https://doi.org/10.15825/1995-1191-2019-4-67-80

Полный текст:

Аннотация

Протезирование клапанов сердца полимерными конструкциями лепесткового типа в перспективе позволит решить проблемы существующих клапанных заменителей – механических и биологических. Целью настоящей работы является комплексная оценка свойств гемосовместимости полимерных материалов на основе синтезированного методом контролируемой катионной полимеризации триблок-сополимера стирола и изобутилена (SIBS) в сравнении с использующимся в клинической практике политетрафторэтиленом (ePTFE). Материалы и методы. Пленки на основе SIBS изготавливали методом полива из раствора полимера; оценку биосовместимости in vitro проводили с использованием клеточных культур, определяя жизнеспособность клеток, клеточную адгезию и пролиферацию; склонность материалов к кальцификации определяли методом ускоренной кальцификации in vitro; оценку биосовместимости in vivo проводили путем подкожной имплантации образцов крысам; гемосовместимость определяли ex vivo по результатам оценки степени гемолиза, агрегации и адгезии тромбоцитов. Результаты. Молекулярная масса синтезированного полимера составила 33 000 г/моль с показателем полидисперсности 1,3. При изучении клеточной адгезии не выявлено достоверных отличий (p = 0,20) свойств полимера SIBS (588 кл/мм2 ) от свойств культурального пластика (732 кл/мм2 ), адгезия клеток для материала ePTFE составила 212 кл/мм2 . Процент мертвых клеток на образцах SIBS, ePTFE составил соответственно 4,40 и 4,72% (p = 0,93), для культурального пластика – 1,16% (p < 0,05). Пролиферация клеток на поверхности ePTFE (0,10%) оказалась значимо ниже (p < 0,05) тех же параметров для SIBS и культурального пластика (62,04 и 44,00%). Результаты имплантации (60 дней) показали формирование фиброзных капсул со средними толщинами 42 мкм (ePTFE) и 58 мкм (SIBS). Содержание кальция в эксплантированных образцах составило: 0,39 мг/г (SIBS), 1,25 мг/г (ePTFE) и 93,79 мг/г (GA-ксеноперикард) (p < 0,05). Уровень гемолиза эритроцитов крови после контакта с SIBS составил 0,35%, еPTFE – 0,40%, что ниже положительного контроля (р < 0,05). Максимум агрегации тромбоцитов интактной обогащенной тромбоцитами плазмы крови составил 8,60%, контактировавшей с полимером SIBS – 18,11%, еPTFE – 22,74%. Заключение. Исследуемый полимер SIBS при сравнении свойств гемосовместимости не уступает ePTFE и может быть использован в качестве основы при разработке полимерного протеза клапана сердца.

Об авторах

М. А. Резвова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия

Резвова Мария Александровна

650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, 6.
Тел. (913) 079-61-40.



Е. А. Овчаренко
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


П. А. Никишев
Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета; Химический факультет Белорусского государственного университета
Беларусь
Минск


С. В. Костюк
Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета; Химический факультет Белорусского государственного университета; Институт регенеративной медицины, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)
Беларусь

Минск

Москва



Л. В. Антонова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Т. Н. Акентьева
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Т. В. Глушкова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Е. Г. Великанова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Д. К. Шишкова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Е. О. Кривкина
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


К. Ю. Клышников
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Ю. А. Кудрявцева
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Л. С. Барбараш
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»
Россия
Кемерово


Список литературы

1. Manji RA, Ekser B, Menkis AH, Cooper DKC. Bioprosthetic heart valves of the future. Xenotransplantation. 2014; 21 (1): 1–10. doi: 10.1111/xen.12080. PMCID: PMC4890621.

2. Jaffer IH, Whitlock RP. A mechanical heart valve is the best choice. Heart Asia. 2016; 8 (1): 62–64. doi: 10.1136/heartasia-2015-010660. PMCID: PMC4898622.

3. Chambers J. Prosthetic heart valves. Int J Clin Pract. 2014; 68 (10): 1227–1230. doi: 10.1111/ijcp.12309. PMID: 24423099.

4. Smith M, Cantwell WJ, Guan Z, Tsopanos S, Theobald MD, Nurick GN et al. The quasi-static and blast response of steel lattice structures. Journal of Sandwich Structures and Materials. 2011; 13 (4): 479–501. doi: 10.1177/1099636210388983.

5. Hawreliak JA, Lind J, Maddox B, Barham M, Messner M, Barton N et al. Dynamic Behavior of Engineered Lattice Materials. Sci Rep. 2016; 6: 28094. doi: 10.1038/srep28094. PubMed PMID: 27321697. PubMed Central PMCID: PMC4913358.

6. Hasan A, Ragaert K, Swieszkowski W, Selimovic S, Paul A, Camci-Unal G et al. Biomechanical properties of native and tissue engineered heart valve constructs. Journal of Biomechanics. 2014; 47: 1949–1963. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiomech.2013.09.023.

7. Базылев ВВ, Воеводин АБ, Раджабов ДА, Россейкин ЕВ. Первый опыт трансапикальной имплантации протеза аортального клапана «МедИнж». Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН «Сердечно-сосудистые заболевания». 2016; 17 (6): 141.

8. Bezuidenhout D, Zilla P. Flexible leaflet polymeric heart valves. Cardiovasc Card Ther Devices. 2014; 15: 93–129.

9. Daebritz SH, Fausten B, Hermanns B, Franke A, Schroeder J, Groetzner J et al. New flexible polymeric heart valve prostheses for the mitral and aortic positions. Heart Surg Forum. 2004; 7 (5): 525–532. PMID: 15799940. doi: 10.1532/HSF98.20041083.

10. Chetta GE, Lloyd JR. The design, fabrication and evaluation prosthetic heart valve. J Biomech Eng. 1980; 102: 34–41. PMID: 7382451.

11. Jiang H, Campbell G, Boughner D, Wand WK, Quantz M. Design and manufacture of a polyvinyl alcohol (PVA) cryogel tri-leaflet heart valve prosthesis. Medical Engineering & Physics. 2004; 26: 269–277. PMID: 15121052. doi: 10.1016/j.medengphy.2003.10.007.

12. Quintessenza JA, Jacobs JP, Chai PJ, Morell VO, Lindberg H. Polytetrafluoroethylene bicuspid pulmonary valve implantation: experience with 126 patients. World J Pediatr Congenit Heart Surg. 2010; 1 (1): 20–27. PMID: 23804719. doi: 10.1177/2150135110361509.

13. Kidane AG, Burriesci G, Edirisinghe M, Ghanbari H, Bonhoeffer P et al. A novel nanocomposite polymer for development of synthetic heart valve leaflets. Acta Biomaterialia. 2009; 5: 2409–2417. PMID: 19497802. doi: 10.1016/j.actbio.2009.02.025.

14. Claiborne TE, Sheriff J, Kuetting M, Steinseifer U, Slepian MJ, Bluestein DJ. In vitro evaluation of a novel hemodynamically optimized trileaflet polymeric prosthetic heart valve. Biomech Eng. 2013; 135 (2): 021021. PMID: 23445066. PMCID: PMC5413125. doi: 10.1115/1.4023235.

15. Strickler F, Richard R, McFadden S, Lindquist J, Schwarz MC, Faust R et al. In vivo and in vitro characterization of poly(styrene-b-isobutylene-b-styrene) copolymer stent coatings for biostability, vascular compatibility and mechanical integrity. J Biomed Mater Res A. 2010 Feb; 92 (2): 773–782. doi: 10.1002/jbm.a.32418.

16. Pinchuk L, Wilson GJ, Barry JJ, Schoephoerster RT, Parel JM, Kennedy JP. Medical applications of poly(styreneblock-isobutylene-block-styrene) («SIBS»). Biomaterials. 2008; 29 (4): 448–460. PMID: 17980425. doi: 10.1016/j.biomaterials.2007.09.041.

17. Fray ME, Prowans P, Puskas JE, Altsta V. Biocompatibility and Fatigue Properties of Polystyrene-Polyisobutylene-Polystyrene, an Emerging Thermoplastic Elastomeric Biomaterial. Biomacromolecules. 2006, 7, 844–850.

18. Wang Q, McGoron AJ, Bianco R, Kato Y, Pinchuk L. Schoephoerster RT. In vivo assessment of a novel polymer (SIBS) trileaflet heart valve. J Heart Valve Dis. 2010; 19: 499–505. PMID: 20845899.

19. Duraiswamy N, Choksi TD, Pinchuk L, Schoephoerster RT. A phospholipid-modified polystyrene-polyisobutylene-polystyrene (SIBS) triblock polymer for enhanced hemocompatibility and potential use in artificial heart valves. J Biomater Appl. 2009; 23 (4): 367–379. doi: 10.1177/0885328208093854.

20. Claiborne TE, Slepian MJ, Hossainy S, Bluestein D. Polymeric trileaflet prosthetic heart valves: evolution and path to clinical reality. Expert Rev Med Devices. 2012; 9 (6): 577–594. doi: 10.1586/erd.12.51. PMID: 23249154. PMCID: PMC3570260.

21. Kaszas G, Puskas JE, Kennedy JP, Hager WG, Polym J. Sci. Part A: Polym. Chem. 1991, 29, 427–435. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pola.1991.080290316.

22. Lu S, Zhang P, Sun X, Gong F, Yang S, Shen L et al. Synthetic ePTFE grafts coated with an anti-CD133 antibody-functionalized heparin/collagen multilayer with rapid in vivo endothelialization properties. ACS Appl Mater Interfaces. 2013 Aug 14; 5 (15): 7360–7369. doi: 10.1021/am401706w.

23. Wiggins MJ, Wilkoff B, Anderson JM, Hiltner A. Biodegradation of polyether polyurethane inner insulation in bipolar pacemaker leads. J Biomed Mater Res. 2001; 58: 302–307.

24. Knoll A, Magerle R, Krausch G. Tapping Mode Atomic Force Microscopy on Polymers: Where Is the True Sample Surface? Macromolecules. 2001, 34, 4159–4165.

25. Bracaglia LG, Yu L, Hibino N, Fisher JP. Reinforced pericardium as a hybrid material for cardiovascular applications. Tissue Eng Part A. 2014 Nov; 20 (21–22): 2807–2816. doi: 10.1089/ten.TEA.2014.0516.

26. Jee KS, Kim YS, Park KD, Kim YH. A novel chemical modification of bioprosthetic tissues using L-arginine. Biomaterials. 2003 Sep; 24 (20): 3409–3416.

27. Hilbert S, Ferrans V, Tomita Y, Eidbo E, Jones M. Evaluation of explanted polyurethane trileaflet cardiac valve prostheses. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 1987. 94 (3): 419–429.

28. Corvo MF, Dugan SW, Werth MS, Stevenson CM, Summers SA, Pohl DR et al. Cadaret Analytica AutoStart 150 mL Burette. NAMSA. 2008: 8.

29. Kakavand M, Yazdanpanah G, Ahmadiani A, Niknejad H. Blood compatibility of human amniotic membrane compared with heparin-coated ePTFE for vascular tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med. 2017 Jun; 11 (6): 1701–1709. doi: 10.1002/term.2064.

30. Xia Ye, Ze Wang, Xianghua Zhang, Ming Zhou, Lan Cai. Hemocompatibility research on the micro-structure surface of a bionic heart valve. Bio-Medical Materials and Engineering. 2014; 24: 2361–2369.

31. Thevenot P, Hu W, Tang L. Surface chemistry influences implant biocompatibility. Curr Top Med Chem. 2008; 8 (4): 270–280.


Для цитирования:


Резвова М.А., Овчаренко Е.А., Никишев П.А., Костюк С.В., Антонова Л.В., Акентьева Т.Н., Глушкова Т.В., Великанова Е.Г., Шишкова Д.К., Кривкина Е.О., Клышников К.Ю., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Перспективы использования триблок-сополимеров SIBS в кардиохирургии: in vitro и in vivo исследование в сравнении с ePTFE. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2019;21(4):67-80. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2019-4-67-80

For citation:


Rezvova M.A., Ovcharenko E.A., Nikishev P.A., Kostyuk S.V., Antonova L.V., Akent’eva T.N., Glushkova T.V., Velikanova Y.G., Shishkova D.K., Krivkina E.O., Klyshnikov K.Yu., Kudryavtseva Yu.A., Barbarash L.S. SIBS triblock copolymers in cardiac surgery: in vitro and in vivo studies in comparison with ePTFE. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2019;21(4):67-80. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2019-4-67-80

Просмотров: 193


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


ISSN 1995-1191 (Print)
ISSN 2412-6160 (Online)