Оценка резистентности к кальцификации ксеноперикарда, обработанного полигидроксисоединениями

Кальцификация биологического материала, используемого при протезировании клапанов сердца, является актуальной проблемой сердечно-сосудистой хирургии. Цель настоящей работы - сравнительная оценка эффективности модифицирования поливиниловым спиртом (ПВС) и дубильной кислотой (ДК) ксеноткани, предварительно стабилизированной глутаровым альдегидом (ГА) и диглицидиловым эфиром этиленгликоля (ДЭЭ), в снижении уровня кальцификации. Анализ механических свойств, оцененный в условиях одноосного растяжения, продемонстрировал значимое увеличение предела прочности на разрыв исследуемых образцов по сравнению с тем же показателем для контрольных (немодифицированных) образцов (p < 0,05). Дополнительная обработка ГА-фиксированной ткани ПВС и ДК позволила добиться значимого снижения количества кальция в образцах, имплантированных крысам на срок наблюдения 60 дней (p < 0,05). Уровень кальцификации образцов, предварительно стабилизированных ДЭЭ и обработанных ПВС и ДК, не отличался от контрольной группы (p = 0,063). Совокупный анализ результатов исследования продемонстрировал способность биоматериала, предварительно консервированного ГА и дополнительно модифицированного ПВС и ДК, к снижению кальций-связывающей активности и повышению прочности, что свидетельствует о перспективах клинического применения предложенных способов обработки. В то же время вопрос отдаленной реакции организма требует дальнейшего изучения долгосрочной стабильности модифицированного биоматериала в условиях физиологического кровотока.

1. Hoerstrup SP, Weber B. Biological heart valves. Eur Heart J. 2015; 36: 325-332. doi: 10.1093/eurheartj/ehu483.

2. Chambers J. Prosthetic heart valves. Int J Clin Pract. 2014; 68: 1227-1230. doi: 10.1111/ijcp.12309.

3. Li KYC. Bioprosthetic Heart Valves: Upgrading a 50Year Old Technology. Front Cardiovasc Med. 2019; 6: 47. doi: 10.3389/fcvm.2019.00047.

4. Mirsadraee S, Wilcox HE, Watterson KG, Kearney JN, Hunt J, Fisher J, Ingham E. Biocompatibility of acellular human pericardium. J Surg Res. 2007; 143: 407-414. doi: 10.1016/j.jss.2007.01.026.

5. Sadowski J, Bartus K, Kapelak B, Chung A, Stqpor M, Bochenek M. Aortic valve replacement with a novel anticalcification technology platform. Kardiologia Polska. 2015; 73: 317-322. doi: 10.5603/KP.a2014.0214.

6. Barbarash O, Rutkovskaya N, Hryachkova O, Gruzdeva O, Uchasova E, Ponasenko A et al. Impact of recipient-related factors on structural dysfunction of xenoaortic bioprosthetic heart valves. J Patient Preference and Adherence. 2015; 9: 389-399. doi: 10.2147/PPA.S76001.

7. Migneault I, Dartiguenave C, Bertrand MJ, Waldron KC. Glutaraldehyde: behavior in aqueous solution, reaction with proteins, and application to enzyme crosslinking. Biotechniques. 2004; 37: 790-796, 798-802.

8. Козлов БН, Петлин КА, Пряхин АС, Середкина ЕБ, Панфилов ДС, Шипулин ВМ. Непосредственные и отдаленные результаты применения биопротезов «ЮниЛайн» в аортальной позиции. Клиническая и экспериментальная хирургия. 2017; 5: 37-42. doi: 10.24411/2308-11982017-00005.

9. Shang H, Claessens SM, Tian B, Wright GA. Aldehyde reduction in a novel pericardial tissue reduces calcification using rabbit intramuscular model. J Mater Sci Mater Med. 2016; 28: 16. doi: 10.1007/s10856-016-5829-8.

10. Bre LP, McCarthy R, Wang W. Prevention of bioprosthetic heart valve calcification: strategies and outcomes. Curr Med Chem. 2014; 21: 2553-2564. doi: 10.2174/0929867321666131212151216.

11. Tam H, Zhang W, Feaver KR, Parchment N, Sacks MS, Vyavahare N. A novel crosslinking method for improved tear resistance and biocompatibility of tissue based biomaterials. Biomaterials. 2015; 66: 83-91. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.07.011.

12. Lim HG, Kim GB, Jeong S, Kim YJ. Development of a next-generation tissue valve using a glutaraldehyde-fixed porcine aortic valve treated with decellularization, a-galactosidase, space filler, organic solvent and detoxification. Eur J Cardiothorac Surg. 2015; 48: 104-113. doi: 10.1093/ejcts/ezu385.

13. Rapoport HS, Connolly JM, Fulmer J, Dai N, Murti BH, Gorman RC, Gorman JH, Alferiev I, Levy RJ. Mechanisms of the in vivo inhibition of calcification of bioprosthetic porcine aortic valve cusps and aortic wall with triglycidylamine/mercapto bisphosphonate. Biomaterials. 2007; 28: 690-699. doi: 10.1016/j.biomaterials.2006.09.029.

14. Jeong S, Yoon EJ, Lim HG, Sung SC, Kim YJ. The effect of space fillers in the cross-linking processes of bioprosthesis. BioResearch Open Access. 2013; 2: 98-106. doi: 10.1089/biores.2012.0289.

15. Lopez-Moya M, Melgar-Lesmes P, Kolandaivelu K, de la Torre Hernandez JM, Edelman ER, Balcells M. Optimizing Glutaraldehyde-Fixed Tissue Heart Valves with Chondroitin Sulfate Hydrogel for Endothelialization and Shielding against Deterioration. Biomacromolecules. 2018; 19: 1234-1244. doi: 10.1021/acs.biomac.8b00077.

16. Chen Y-N, Peng L, Liu T, Wang Y, Shi S, Wang H. Poly(vinyl alcohol)-Tannic Acid Hydrogels with Excellent Mechanical Properties and Shape Memory Behaviors. ACS Appl Mater Interfaces. 2016; 8: 27199-27206. doi: 10.1021/acsami.6b08374.

17. Suchy T, Supova M, Sauerova P, Verdanova M, Sucharda Z, Ryglova S, Zaloudkova M, Sedlacek R, Kalbacova MH. The effects of different cross-linking conditions on collagen-based nanocomposite scaffolds-an in vitro evaluation using mesenchymal stem cells. Biomed Mater. 2015; 10: 065008. doi: 10.1088/1748-6041/10/6/065008.

18. Mallard I, Landy D, Fourmentin S. Evaluation of Polyethylene Glycol Crosslinked в-CD Polymers for the Removal of Methylene Blue. Appl Sci. 2020; 10: 4679. doi: 10.3390/app10134679.

19. Gao S, Yuan Z, Guo W, Chen M, Liu S, Xi T, Guo Q. Comparison of glutaraldehyde and carbodiimides to crosslink tissue engineering scaffolds fabricated by decellularized porcine menisci. Mater Sci Eng C. 2017; 71: 891-900. doi: 10.1016/j.msec.2016.10.074.

20. Muppalaneni S, Omidian H. Polyvinyl Alcohol in Medicine and Pharmacy: A Perspective. J Develop Drugs. 2013; 2: 112. doi: 10.4172/2329-6631.1000112.

21. Cwalina B, Turek A, Nozynski J, Jastrzebska M, Nawrat Z. Structural Changes in Pericardium Tissue Modified with Tannic Acid. Int J Artif Organs. 2005; 28 (6): 648-653. doi: 10.1177/039139880502800614.

22. Wang D, Jiang H, Li J, Zhou JY, Hu SS. Mitigated calcification of glutaraldehyde-fixed bovine pericardium by tannic acid in rats. Chin Med J (Engl). 2008; 121: 1675-1679. doi: 10.1097/00029330-200809010-00017.

23. Ovcharenko EA, Klyshnikov KU, Yuzhalin AE, Savrasov GV, Glushkova TV, Vasukov GU et al. Comparison of xenopericardial patches of different origin and type of fixation implemented for TAVI. International Journal of Biomedical Engineering and Technology. 2017; 25 (1): 44-59. doi: 10.1504/IJBET.2017.086551.

24. Gu L, Shan T, Ma Y, Tay FR, Niu L. Novel Biomedical Applications of Crosslinked Collagen. Trends Biotechnol. 2018; 37: 464-491. doi: 10.1016/j.tibtech.2018.10.007.

25. D'Alessandro CC, Komninou MA, Badria AF, Korossis S, Koutsoukos P, Mavrilas D. Calcification assessment of bioprosthetic heart valve tissues using an improved in vitro model. IEEE Trans Biomed Eng. 2020; 67: 2453-2461. doi: 10.1109/tbme.2019.2963043.

26. Vasudev SC, Moses LR, Sharma CP. Covalently bonded heparin to alter the pericardial calcification. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol. 2000; 28: 241-253. doi: 10.3109/10731190009119355.

27. Vasudev SC, Chandy T. Polyethylene glycol-grafted bovine pericardium: a novel hybrid tissue resistant to calcification. J Mater Sci: Mater. 1999; 10: 121-128. doi: 10.1023/a:1008925204988.

28. Hulin A, Hego A, Lancellotti P, Oury C. Advances in Pathophysiology of Calcific Aortic Valve Disease Propose Novel Molecular Therapeutic Targets. Front Cardiovasc Med. 2018; 5: 21. doi: 10.3389/fcvm.2018.00021.

29. Isenburg JC, Karamchandani NV, Simionescu DT, Vyavahare NR. Structural requirements for stabilization of vascular elastin by polyphenolic tannins. Biomaterials. 2006; 27: 3645-3651. doi: 10.1016/j.biomaterials.2006.02.016.