ТКАНЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ АТРИОВЕНТРИКУЛЯРНОГО КЛАПАНА: ДЕЦЕЛЛЮЛЯРИЗИРОВАННАЯ МАТРИЦА НА МОДЕЛИ МИТРАЛЬНОГО АЛЛОГРАФТА ОВЦЫ

Цель: разработка тканево-инженерной матрицы заменителя атриовентрикулярного клапана с использованием децеллюляризированного аллографта. Материалы и методы. Работа была выполнена на овечьих митральных клапанах (n = 100). Клапаны были изъяты и децеллюляризированы целиком с использованием 21-го протокола, основанного на различных детергентных растворах. Эффективность децеллюляризации оценивалась при помощи иммунофлюоресцентного анализа на ДНК, маркер внутриклеточных антигенов и на эпитоп α-GAL как маркер мембран-ассоциированных антигенов, а также с помощью количественного анализа ДНК. Выполнены механические испытания полученной матрицы на одноосное растяжение. Проведен тест на способность к репопуляции аллогенными эндотелиальными клетками. Для оценки структуры матрицы и степени ее репопуляции во время цитотоксического теста выполнялись гистологические окраски гематоксилином и эозином, по Мовату и по Ван-Гизону, а также ИФА на коллаген I, IV и маркеры эндотелиальных клеток. Результаты. Наиболее эффективными для децеллюляризации цельного митрального аллографта показали себя протоколы, в которых концентрация детергентного раствора постепенно повышалась. Однако и этот метод оказался неэффективным в отношении мембран-ассоциированного эпитопа α-GAL. Восстанавливающий агент позволил значительно улучшить результаты, полностью элиминировав ДНК и α-GAL, а абсолютное количество ДНК в тканях было уменьшено на 96,4%. Механические испытания выявили сопоставимые свойства нативных и децеллюляризированных клапанов, а при высеве на створки последних эндотелиальных клеток к 7-м суткам культивации их поверхность была покрыта монослоем клеток. Заключение. Полученные результаты позволяют констатировать возможность создания матрицы для протеза атриовентрикулярного клапана с использованием децеллюляризированного аллографта, обладающего сопоставимыми с нативным клапаном механическими свойствами и потенциалом к репопуляции. Комбинация детергентого раствора восходящих концентраций и восстанавливающего агента эффективнее для децеллюляризации цельного митрального клапана, чем чистый детергентный раствор. 

1. Herzbericht 2011: Schoenende Herzoperationen im Kontext des demographischen Bevoelkerungswandels. Deutsche Gesellschaft für Thorax-, Herzund Gefäßchirurgie.

2. Cevik C, Izgi C, Dechyapirom W, Nugent K. Treatment of prosthetic valve thrombosis: rationale for a prospective randomized clinical trial. J. Heart. Valve Dis. 2010; 19: 161–170.

3. Hoffmann G, Lutter G, Cremer J. Durability of bioprosthetic cardiac valves. Dtsch. Arztebl. Int. 2008; 105: 143–148.

4. Erez E, Kanter KR, Isom E, Williams WH, Tam VK. Mitral valve replacement in children. Journal of Heart and Valve Disease. 2003; 12: 25–29; discussion 30.

5. Caldarone CA, Raghuveer G, Hills CB, Atkins DL. LongTerm Survival after Mitral Valve Replacement in Children Aged <5 Years. Circulation. 2001; 104: I-143–I-147.

6. Миролюбов ЛМ, Мулдашев ЭР, Нигматуллин РТ, Шангина ОР и др. Новый тип гомографта. Первый опыт применения. Практическая медицина. 2013; 71: 74–76. Mirolyubov LM, Muldashev ER, Nigmatullin RT, Shangina OR et al. A new type of homograft. First Experiment. Prakticheskaya meditsina. 2013; 71: 74–76. [English Abstract].

7. Cebotari S, Tudorache I, Ciubotaru A et al. Use of fresh decellularized allografts for pulmonary valve replacement may reduce the reoperation rate in children and young adults: early report. Circulation. 2011; 124: S115–S123.

8. da Costa FD, Dohmen PM, Duarte D et al. Immunological and echocardiographic evaluation of decellularized versus cryopreserved allografts during the Ross operation. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 2005; 27: 572–578.

9. Vukadinovic-Nikolic Z, Andree B, Dorfman SE, Pflaum M, Horvath T et al. Generation of bioartificial heart tissue by combining a three-dimensional gel-based cardiac construct with decellularized small intestinal submucosa. Tissue Eng Part A. 2014; 20: 799–809a.

10. Korossis S, Booth C, Wilcox HE, Watterson KG, Kearney JN et al. Tissue engineering of cardiac valve prostheses II: biomechanical characterization of decellularized porcine aortic heart valves. Journal of Heart and Valve Disease. 2002;11: 463–471.

11. Weber B, Dijkman PE, Scherman J, Sanders B, Emmert MY, Grünenfelder J et al. Off-the-shelf human decellularized tissue-engineered heart valves in a non-human primate model. Biomaterials. 2013; 34: 7269–7280. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.04.059.

12. Nappi F, Spadaccio C, Chello M, Lusini M, Acar C. Impact of Structural Valve Deterioration on Outcomes in the Cryopreserved Mitral Homograft Valves. J. Card. Surg. 2014; XX: 1–7.

13. Long CH, Ullrey DE, Miller ER, Vincent BH, Zutaut CL. Sheep hematology from birth to maturity. III. Serum calcium, phosphorus, magnesium, sodium and potassium. Journal of animal Science. 1965; 24: 145–150.

14. Crapo PM, Gilbert TW, Badylak SF. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011; 32: 3233–3243. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2011.01.057.

15. Simon P, Kasimir MT, Seebacher G, Weigel G, Ullrich R, Salzer-Muhar U et al. Early failure of the tissue engineered porcine heart valve SYNERGRAFT in pediatric patients. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 2003; 23: 1002–1006. DOI: 10.1016/S10107940(03)00094-0

16. Hayworth D. Detergents for Cell Lysis and Protein Extraction. Protein Methods Library. Thermo Scientific. http://www.piercenet.com/method/detergents-cell-lysisprotein-extraction.

17. Bhuyan AK. On the Mechanism of SDS-Induced Protein Denaturation. Biopolymers. 2009; 93: 186–199. DOI 10.1002/bip.21318

18. Wong ML, Leach JK, Athanasiou KA, Griffiths LG. The role of protein solubilization in antigen removal from xenogeneic tissue for heart valve tissue engineering. Biomaterials. 2011; 32: 8129–38.

19. Wong ML, Leach JK, Athanasiou KA, Griffiths LG. Stepwise solubilization-based antigen removal for xenogeneic scaffold generation in tissue engineering. Acta Biomaterialia. 2013; 9: 6492–501.

20. Khoshnoodi J, Pedchenko V, Hudson BG. Mammalian Collagen IV. Microscopy Research and Technique. 2008; 71: 357–370.

21. Reddy GK, Hudson BG, Bailey AJ, Noelken ME. Reductive cleavage of the disulfide bonds of the collagen IV noncollagenous domain in aqueous sodium dodecyl sulfate: absence of intermolecular nondisulfide cross-links. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1993; 190: 277–282. PMID: 8422253.

22. Grashow JS, Yoganathan AP, Sacks MS. Biaxial stressstretch behavior of the mitral valve anterior leaflet at physiologic strain rates. Ann. Biomed. Eng. 2006; 34: 315–325.

23. Grande-Allen KJ, Liao J. The Heterogeneous Biomechanics and Mechanobiology of the Mitral Valve: Implications for Tissue Engineering. Current Cardiology Report. 2011; 13: 113–120.

24. Tudorache I, Cebotari S, Sturz G, Kirsch L, Hurschler C, Hilfiker A et al. Tissue Engineering of Heart Valves: Biomechanical and Morphological Properties of Decellularized Heart Valves. The Journal of Heart Valve Disease. 2007; 16: 567–574.

25. Бобылев ДО, Чеботарь С, Тудораке И, Хаверих А. Тканевая инженерия клапанов сердца: новые возможности и перспективы. Кардиология. 2011; 51: 50–56. Bobylev DO, Cebotari S, Tudorache I, Haverich A. Tissue Engineering of Heart Valves: New Opportunities and Challenges. Kardiologiya. 2011; 51: 50–56. [English Abstract].

26. Cebotari S, Tudorache I, Jaekel T, Hilfiker A, Dorfman S, Ternes W et al. Detergent Decellularization of Heart Valves for Tissue Engineering: Toxicological Effects of Residual Detergents on Human Endothelial Cells. Artificial Organs. 2010; 34: 206–210.