Способ уменьшения хирургической пористости протезов кровеносных сосудов малого диаметра

Высокая хирургическая пористость (ХП) является одной из причин значительной кровопотери, а также образования гематом, поэтому снижение ХП протезов кровеносных сосудов является актуальной задачей.

Целью данной работы была разработка технологии формирования протезов кровеносных сосудов (ПКС) малого диаметра на основе поликапролактона (ПКЛ) с биоактивным покрытием со сниженной ХП.

Материалы и методы. Пористые ПКС с внутренним диаметром 3 мм изготавливали методом электроспиннинга из 5% раствора ПКЛ с добавлением 5–30% желатина (ПКЛ-Ж) на установке NANON-01A («MECC CO», Япония). Биоактивное покрытие наносили последовательной инкубацией ПКС в растворах бычьего сывороточного альбумина, гепарина и лизата тромбоцитов с фиксацией в растворе глутаровом альдегида. Исследовали структуру поверхности, механические свойства образцов. Функциональные свойства биоактивных ПКС оценивали относительно их взаимодействия с клеточными культурами in vitro.

Результаты. Установлено, что введение в рабочий раствор желатина приводит к снижению ХП с 30,4 ± 1,5 мл/(см2 ·мин) до 2,8 ± 0,5 мл/(см2 ·мин). Показано, что при соотношении ПКЛ : желатин, равном 9 : 1, для внешней и внутренней стороны образцов биоактивных ПКС характерны однородность (отсутствие дефектов) поверхности, близкие к кровеносным сосудам того же диаметра механические свойства (модуль Юнга 6,7 ± 2,1 МПа, усилие до разрыва 26,7 ± 4,9 Н и удлинение до разрыва 423 ± 80%) и способность поддерживать адгезию и пролиферацию эндотелиальных клеток человека линии EA.hy926.

Заключение. Введение в раствор ПКЛ 10% концентрации желатина (по весу полимера) приводит к снижению хирургической пористости ПКС малого диаметра, однородности его внутренней и внешней поверхности, улучшению его механических свойств без снижения способности поддерживать адгезию и пролиферацию клеток сосудистого эндотелия.

1. Протезы кровеносных сосудов. Общие технические требования. Методы испытаний: ГОСТ 31514-2012. Дата введения 01.01.2015. М.: Стандартинформ, 2015..

2. Szentivanyi A, Chakradeo T, Zernetsch H, Glasmacher B. Electrospun cellular microenvironments: understanding controlled release and scaffold structure. Adv Drug Deliv Rev. 2011; 63: 209–220.

3. Новикова СП, Салохединова РР, Лосева СВ, Николашина ЛН, Левкина АЮ. Анализ физико-механических и структурных характеристик протезов кровеносных сосудов. Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. 2012; 54: 27–33.

4. Wesolowski SA, Fries CC, Karlson KE, De Bakey M, Sawyer PN. Porosity: primary determinant of ultimate fate of synthetic vascular grafts. Surgery. 1961; 50: 91–96.

5. Лебедев ЛВ, Плотник ЛЛ, Смирнов АД. Протезы кровеносных сосудов. Л.: Медицина, 1981; 192.

6. Guan G, Yu C, Fang X, Guidoin R, King MW, Wang H, Wang L. Exploration into practical significance of integral water permeability of textile vascular grafts. J Appl Biomater Funct Mater. 2021; 19: 22808000211014007. doi: 10.1177/22808000211014007.

7. Yates SG, Barros D’Sa AA, Berger K, Fernandez LG, Wood SJ, Rittenhouse EA et al. The preclotting of porous arterial prostheses. Ann Surg. 1978; 188: 611–622.

8. Joseph J, Domenico Bruno V, Sulaiman N, Ward A, Johnson TW, Baby HM et al. A novel small diameter nanotextile arterial graft is associated with surgical feasibility and safety and increased transmural endothelial ingrowth in pig. J Nanobiotechnology. 2022; 20: 71. doi: 10.1186/s12951-022-01268-1.

9. Hisagi M, Nishimura T, Ono M, Gojo S, Nawata K, Kyo S. New pre-clotting method for fibrin glue in a nonsealed graft used in an LVAD: the KYO method. J Artif Organs. 2010; 13: 174–177. doi: 10.1007/s10047-010- 0504-1.

10. Weadock KS, Goggins JA. Vascular graft sealants. J Long Term Eff Med Implants. 1993; 3: 207–22.

11. Copes F, Pien N, Van Vlierberghe S, Boccafoschi F, Mantovani D. Collagen-Based Tissue Engineering Strategies for Vascular Medicine. Front Bioeng Biotechnol. 2019; 7: 166. doi: 10.3389/fbioe.2019.00166.

12. Zdrahala RJ. Small caliber vascular grafts. Part I: state of the art. J Biomater Appl. 1996; 10: 309–329. doi: 10.1177/088532829601000402.

13. Drury JK, Ashton TR, Cunningham JD, Maini R, Pollock JG. Experimental and clinical experience with a gelatin impregnated Dacron prosthesis. Ann Vasc Surg. 1987; 1: 542–547.

14. Fortin W, Bouchet M, Therasse E, Maire M, Héon H, Ajji A et al. Negative In Vivo Results Despite Promising In vitro Data With a Coated Compliant Electrospun Polyurethane Vascular Graft. J Surg Res. 2022; 279: 491– 504. doi: 10.1016/j.jss.2022.05.032.

15. Huang F, Sun L, Zheng J. In vitro and in vivo characterization of a silk fibroin-coated polyester vascular prosthesis. Artif Organs. 2008; 12: 932–941. doi: 10.1111/j.1525- 1594.2008.00655.x.

16. Lee JH, Kim WG, Kim SS, Lee JH, Lee HB. Development and characterization of an alginate-impregnated polyester vascular graft. J Biomed Mater Res. 1997; 36: 200–208. doi: 10.1002/(sici)1097-4636(199708)36:23.0.co;2-o.

17. Lisman A, Butruk B, Wasiak I, Ciach T. Dextran/Albumin hydrogel sealant for Dacron(R) vascular prosthesis. J Biomater Appl. 2014; 28: 1386–1396. doi: 10.1177/0885328213509676.

18. Madhavan K, Elliott WH, Bonani W, Monnet E, Tan W. Mechanical and biocompatible characterizations of a readily available multilayer vascular graft. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2013; 101: 506–519. doi: 10.1002/jbm.b.32851.

19. Немец ЕА, Панкина АП, Сургученко ВА, Севастьянов ВИ. Биостабильность и цитотоксичность медицинских изделий на основе сшитых биополимеров. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2018; 20 (1): 79–85. doi: 10.15825/1995-1191-2018-1-79-85.

20. Глушкова ТВ, Овчаренко ЕА, Рогулина НВ, Клышников КЮ, Кудрявцева ЮА, Барбараш ЛС. Дисфункции эпоксиобработанных биопротезов клапанов сердца. Кардиология. 2019; 59 (10): 49–59. doi: 10.18087/cardio.2019.10.n327.

21. Hennink WE, van Nostrum CF. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 2002; 54: 13–36. doi: 10.1016/s0169-409x(01)00240-x.

22. Chernonosova VS, Laktionov PP. Structural Aspects of Electrospun Scaffolds Intended for Prosthetics of Blood Vessels. Polymers (Basel). 2022; 14: 1698. doi: 10.3390/polym14091698.

23. Fioretta ES, Simonet M, Smits AI, Baaijens FP, Bouten CV. Differential response of endothelial and endothelial colony forming cells on electrospun scaffolds with distinct microfiber diameters. Biomacromolecules. 2014; 15: 821–829. doi: 10.1021/bm4016418.

24. Azimi B, Nourpanah P, Rabiee M, Arbab SJ. Poly (ε-caprolactone) Fiber: An Overview. Engineered Fibers Fabrics. 2014; 9: 74–90. doi: 10.1177/155892501400900309.

25. Reid JA, McDonald A, Callanan A. Electrospun fibre diameter and its effects on vascular smooth muscle cells. J Mater Sci Mater Med. 2021; 32: 131. doi: 10.1007/s10856-021-06605-8.

26. Nemets EA, Surguchenko VA, Belov VYu, Xajrullina AI, Sevastyanov VI. Porous Tubular Scaffolds for Tissue Engineering Structures of Small Diameter Blood Vessels. Inorganic Materials: Applied Research. 2023; 14: 400– 407. doi: 10.1134/S2075113323020338.

27. Лебедев АВ, Бойко АИ. Зависимость прочности сваренных кровеносных сосудов от диаметра, толщины и модуля Юнга стенки. Биомедицинская инженерия и электроника. 2014; 2: 54–61.