Оценка биосовместимости и антимикробных свойств биодеградируемых сосудистых протезов различного полимерного состава с атромбогенным и противомикробным лекарственным покрытием

Создание сосудистых протезов с атромбогенным и противомикробным покрытием является очень актуальным направлением.

Цель. Оценить биосовместимость и антимикробные свойства биодеградируемых сосудистых протезов различного полимерного состава с атромбогенным и противомикробным лекарственным покрытием.

Материалы и методы. Модифицирование поверхности биодеградируемых сосудистых протезов проведено через комплексообразование с поливинилпирролидоном, который был полимеризован с поверхностью полимерных каркасов посредством ионизирующего излучения в 10 и 15 кГр. Оценены физико-механические свойства и гемосовместимость. Проведены бактериологические исследования с использованием тест-штаммов грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов: Klebsiella pneumoniae spp. ozaena № 5055, Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus АTCC 25923, Proteus mirabillis ATCC3177, Pseudomonas aeruginosa ATCC27853.

Результаты. Отмечено отсутствие влияния модифицирующих манипуляций с участием ионизирующего излучения на физико-механические характеристики биодеградируемых протезов. Сосудистые протезы с атромбогенным и противомикробным покрытием проявляли атромбогенные свойства при контакте с кровью, в 5–7 раз снижая агрегацию тромбоцитов (p < 0,05). Также на поверхности матриксов с лекарственным покрытием выявлено снижение адгезии и индекса деформации тромбоцитов (для протезов на основе PCL последний уменьшился в 1,9 раза относительно немодифицированных аналогов (p < 0,05), на основе PHBV/PCL – в 1,3 раза относительно немодифицированных аналогов и в 1,5 раза относительно матриксов с поливинилпирролидоном (p < 0,05). При проведении бактериологических исследований обнаружено местное ингибирующее действие в месте наложения на агар матриксов с катионным амфифилом. Зон задержки роста не выявлено. Полимерный состав матриксов и использованная доза ионизирующего излучения не привели к разнице в бактериостатических свойствах матриксов с амфифилом.

Заключение. Проведение полного цикла модифицирования поверхности полимерных биодеградируемых протезов на основе как PCL, так и композиции РHBV/PCL, привело к значимому повышению атромбогенных и противомикробных свойств протезов и не ухудшило физико-механические и биосовместимые свойства разрабатываемых конструкций.

1. Taggart DP. Current status of arterial grafts for coronary artery bypass grafting. Ann. Cardiothorac Surg. 2013; 2 (4): 427–430. doi: 10.3978/j.issn.2225-319X.2013.07.21. PMID: 23977618.

2. Altun G, Pulathan Z, Hemsinli D. Obturator bypass in the treatment of prosthetic graft infection: Classic but still effective. Turk Gogus Kalp Damar Cerrahisi Derg. 2018; 26 (3): 480–483. doi: 1010.5606/tgkdc.dergisi.2018.15744. PMID: 32082784.

3. Gentili A, Di Pumpo M, La Milia DI, Vallone D, Vangi G, Corbo MI et al. A Six-Year Point Prevalence Survey of Healthcare-Associated Infections in an Italian Teaching Acute Care Hospital. Int J Environ Res Public Health. 2020; 17 (21): 7724. doi: 10.3390/ijerph17217724. PMID: 33105772.

4. Welborn MB, Valentine RJ. Vascular infection. In Vascular Medicine; 2006. p. 859–879. Elsevier Inc. doi: 10.1016/B978-0-7216-0284-4.50067-1.

5. Sousa JV, Antunes L, Mendes C, Marinho A, Gonçalves A, Gonçalves Ó et al. Prosthetic vascular graft infections: a center experience. Angiologia e Cirurgia Vascular. 2014; 10 (2): 52–57. doi.org/10.1016/S1646-706X(14)70050-3.

6. Aslam S, Darouiche RO. Role of antibiofilm-antimicrobial agents in controlling device-related infections. Int J Artif Organs. 2011; 34 (9): 752–758. doi: 10.5301/ijao.5000024. PMID: 22094553.

7. Geipel U. Pathogenic organisms in hip joint infections. Int J Med Sci. 2009; 6 (5): 234–240. doi: 10.7150/ijms.6.234. PMID: 19834588.

8. Staneviciute E, Na’amnih W, Kavaliauskas P, Prakapaite R, Ridziauskas M, Kevlicius L et al. New in vitro model evaluating antiseptics’ efficacy in biofilm-associated Staphylococcus aureus prosthetic vascular graft infection. J Med Microbiol. 2019; 68 (3): 432–439. doi: 10.1099/jmm.0.000939. PMID: 30735113.

9. Zhao G, Hochwalt PC, Usui ML, Underwood RA, Singh PK, James GA et al. Delayed wound healing in diabetic (db/db) mice with Pseudomonas aeruginosa biofilm challenge: a model for the study of chronic wounds. Wound Repair Regen. 2010; 18 (5): 467–477. doi: 10.1111/j.1524-475X.2010.00608.x. PMID: 20731798.

10. Ng VW, Chan JM, Sardon H, Ono RJ, García JM, Yang YY et al. Antimicrobial hydrogels: a new weapon in the arsenal against multidrug-resistant infections. Adv Drug Deliv Rev. 2014; 78: 46–62. doi: 10.1016/j.addr.2014.10.028. PMID: 25450263.

11. Ghosh C, Haldar J. Membrane-Active Small Molecules: Designs Inspired by Antimicrobial Peptides. Chem Med Chem. 2015; 10 (10): 1606–1624. doi: 10.1002/cmdc.201500299. PMID: 26386345.

12. Molchanova N, Hansen PR, Franzyk H. Advances in Development of Antimicrobial Peptidomimetics as Potential Drugs. Molecules. 2017; 22 (9): 1430. doi: 10.3390/molecules22091430. PMID: 28850098.

13. Ghosh C, Haldar J. Membrane-Active Small Molecules: Designs Inspired by Antimicrobial Peptides. ChemMedChem. 2015; 10 (10): 1606–1624. doi: 10.1002/cmdc.201500299. PMID: 26386345.

14. Антонова ЛВ, Севостьянова ВВ, Резвова МА и др. Технология изготовления функционально активных биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра с лекарственным покрытием: пат. 2702239. Заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» (НИИ КПССЗ) (RU); № 2019119912; заявл. 25.06.2019; опубл. 07.10.2019, Бюл. № 28.

15. Fedorova AA, Azzami K, Ryabchikova EI, Spitsyna YE, Silnikov VN, Ritter W et al. Inactivation of a non-enveloped RNA virus by artificial ribonucleases: honey bees and acute bee paralysis virus as a new experimental model for in vivo antiviral activity assessment. Antiviral Res. 2011; 91 (3): 267–277. doi: 10.1016/j.antiviral.2011.06.011. PMID: 21722669.

16. Yarinich LA, Burakova EA, Zakharov BA, Boldyreva EV, Babkina IN, Tikunova NV et al. Synthesis and structureactivity relationship of novel 1,4-diazabicyclo[2.2.2] octane derivatives as potent antimicrobial agents. Eur J Med Chem. 2015; 95: 563–573. doi: 10.1016/j.ejmech.2015.03.033. PMID: 25867737.

17. Burakova EA, Saranina IV, Tikunova NV, Nazarkinaa ZK, Laktionova PP, Karpinskaya LA et al. Biological evaluation of tetracationic compounds based on two 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane moieties connected by different linkers. Bioorg Med Chem. 2016; 24 (22): 6012–6020. doi: 10.1016/j.bmc.2016.09.064. PMID: 27720324.

18. Ye X, Wang Z, Zhang X, Zhou M, Cai L. Hemocompatibility research on the micro-structure surface of a bionic heart valve. Biomed Mater Eng. 2014; 24 (6): 2361– 2369. doi: 10.3233/BME-141049. PMID: 25226936.

19. Shen X, Su F, Dong J, Fan Z, Duan Y, Li S. In vitro biocompatibility evaluation of bioresorbable copolymers prepared from L-lactide, 1, 3-trimethylene carbonate, and glycolide for cardiovascular applications. J Biomater Sci Polym Ed. 2015; 26 (8): 497–514. doi: 10.1080/09205063.2015.1030992. PMID: 25783945.

20. Jung F, Braune S, Lendlein A. Haemocompatibility testing of biomaterials using human platelets. Clin Hemorheol Microcirc. 2013; 53 (1–2): 97–115. doi: 10.3233/CH-2012-1579. PMID: 22954639.

21. Bai J, Dai J, Li G. Electrospun composites of PHBV/ pearl powder for bone repairing. Progress in Natural Science: Materials International. 2015; 25 (4): 327–333. doi: 10.1016/j.pnsc.2015.07.004.

22. Lyu JS, Lee JS, Han J. Development of a biodegradable polycaprolactone film incorporated with an antimicrobial agent via an extrusion process. Sci Rep. 2019; 9 (1): 20236. doi: 10.1038/s41598-019-56757-5. PMID: 31882928.

23. Mireles LK, Wu MR, Saadeh N, Yahia H, Sacher E. Physicochemical Characterization of Polyvinyl Pyrrolidone: A Tale of Two Polyvinyl Pyrrolidones. ACS Omega. 2020; 5 (47): 30461–30467. doi: 10.1021/acsomega.0c04010. PMID: 33283094.

24. Källrot M, Edlund U, Albertsson AC. Surface functionalization of degradable polymers by covalent grafting. Biomaterials. 2006; 27 (9): 1788–1796. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.10.010. PMID: 16257444.