Wirksamkeit eines mit thermoplastischem Polyurethan und Gelatine gemischten Nanofasern bedeckten Stenttransplantats in der Beckenarterie des Schweins

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 16524 (2022) Diesen Artikel zitieren

1248 Zugriffe

2 Zitate

2 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Stentgrafts aus expandiertem Polytetrafluorethylen (e-PTFE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyurethan (PU) zeichnen sich durch schlechte Endothelialisierung, hohen Modul und geringe Compliance aus, was zu Thrombose und Intimahyperplasie führt. Eine synthetische/natürliche Verbundmatrix gilt als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen synthetischen Stentgrafts. Ziel dieser Studie war es, die Wirksamkeit von mit thermoplastischem Polyurethan (TPU) und Gelatine (GL) gemischten Nanofasern (NFs) zu untersuchen, die mit einem Stenttransplantat in der Beckenarterie des Schweins bedeckt sind. Zwölf Schweine wurden nach dem Zufallsprinzip 7 Tage (n = 6) und 28 Tage (n = 6) nach der Platzierung des Stentgrafts getötet. Der Thrombogenitätswert war nach 28 Tagen im Vergleich zu 7 Tagen signifikant erhöht (p < 0,001). Die Dicke der neointimalen Hyperplasie, der Grad der Infiltration entzündlicher Zellen und der Grad der Kollagenablagerung waren nach 28 Tagen signifikant höher als nach 7 Tagen (alle p < 0,001). Die mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stentgrafts hielten die Durchgängigkeit in der Beckenarterie des Schweins erfolgreich für 28 Tage aufrecht. Obwohl Thrombosen mit neointimalem Gewebe beobachtet wurden, wurde bis zum Ende der Studie kein nachfolgender Verschluss des Stentgrafts festgestellt. Mit synthetischer/natürlicher Matrix überzogene Stentgrafts könnten vielversprechend sein, um die Durchgängigkeit von Stentgraften zu verlängern.

Synthetische Gefäßtransplantate werden häufig in chirurgischen und/oder minimalinvasiven interventionellen Therapieverfahren zur Behandlung von Gefäßerkrankungen wie Aortenisthmusstenose, Aneurysma, arteriovenöser Fistel, Dissektion, iatrogener Gefäßperforation, traumatischen Verletzungen und Hämodialysezugang eingesetzt1,2. Im Handel erhältliche synthetische Stentgrafts aus expandiertem Polytetrafluorethylen (e-PTFE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyurethan (PU) zeichnen sich durch schlechte Endothelialisierung, hohen Modul und geringe Compliance aus, was zu Thrombose und Intimahyperplasie führt3,4,5. Daher sind eine schnelle Endothelialisierung, gute mechanische Eigenschaften, Thromboresistenz und Biokompatibilität der Schlüssel zur langfristigen Erhaltung der Durchgängigkeit von Stentgrafts6,7. Eine synthetische/natürliche Verbundmatrix gilt als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen synthetischen Stentgrafts, da sie über ausreichende mechanische Eigenschaften und eine gute Zytokompatibilität verfügt8.

Durch Elektrospinnen (ES) hergestellte Beschichtungen aus Nanofasern (NFs) können ausreichend haltbar sein, wenn die Polymerzusammensetzung und -dicke der Deckschicht entsprechend ausgelegt sind9. Zur Herstellung von NF-Gerüsten wurden mehrere synthetische oder natürliche Biomaterialien verwendet, darunter Polylactid, Polycaprolacton, Polyglykolsäure, Kollagen, Chitosan und Gelatine (GL)10,11,12,13,14. GL ist aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften wie biologische Abbaubarkeit, Biokompatibilität, Fähigkeit zur Förderung der Zelladhäsion und -proliferation sowie geringe Immunogenität ein ausgezeichnetes Material für die Gewebezüchtung15,16. Darüber hinaus haben frühere Untersuchungen die Fähigkeit des GL gezeigt, die Festigkeit elektrogesponnener Matrizen zu verbessern17. Mittlerweile handelt es sich bei Tecoflex um eine Familie thermoplastischer Polyurethane (TPU), die sich gut für eine Verstärkung eignen würden. Als thermoplastisches Elastomer wird TPU aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften häufig als Abdeckmaterial für Brustimplantate, Katheter und Herzklappenprothesen verwendet18. Die Matrixzusammensetzung von TPU und GL kann die Eigenschaften gemischter Metriken verändern und die mechanischen und biologischen Eigenschaften verbessern. Die optimierten gemischten Matrizen aus TPU und GL haben ein großes Potenzial als Materialien für den Einsatz bei der Konstruktion elastischer Gewebe wie Stentgrafts, Klappen und Patches für vaskuläre und nicht-vaskuläre Organe18. Die aus TPU und GL gemischten NFs, die die Membran abdecken, wurden als zusammengesetzte 3D-Matrix für Stenttransplantate untersucht. Diese Zusammensetzung muss jedoch noch in vivo untersucht werden. Daher bestand der Zweck dieser Studie darin, die Wirksamkeit von mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stenttransplantaten in der Beckenarterie des Schweins zu untersuchen.

Der Stent (S&G Biotech Co., Ltd., Yongin, Korea) wurde zu einer röhrenförmigen Konfiguration mit einem einzelnen Faden aus 0,127 mm dickem Nitinoldraht gewebt. Im vollständig expandierten Zustand hatte der Stent einen Durchmesser von 6 mm und eine Länge von 30 mm. An den Enden und in der Mitte des Stents wurden röntgendichte Markierungen angebracht, um die Visualisierung unter Durchleuchtung zu erleichtern. Das 6-Fr-Einführungssystem hatte eine nutzbare Länge von 500 mm und bestand aus einer äußeren geflochtenen Hülle und einem Schiebekatheter mit einer Führungsolivenspitze (S&G Biotech Co., Ltd.).

Die aus TPU und GL gemischte NFs-Membran wurde unter Verwendung von ES-Techniken (BFT-ES1000, S & G Biotech CO., Ltd.) hergestellt (Abb. 1a). Die ES-Lösungen wurden durch Mischen der Stammlösungen von 3 % TPU (Tecoflex EG 80A; Lubrizol Corporation, OH, USA), 15 % GL (G2500; Sigma Aldrich, MO, USA) und 1,1,1,3 hergestellt. 3,3-Hexafluor-2-propanol (HFIP, 105.228, Sigma Aldrich). Die Matrixzusammensetzung von TPU und GL wurde unter Bezugnahme auf frühere Studien16 bestimmt. Der Stent wurde auf dem zylindrischen Teflonkollektor befestigt (Abb. 1b), der sich ständig drehte, um eine gleichmäßige Verteilung der NFs über die gesamte Stentoberfläche zu gewährleisten (Abb. 1c). Anschließend wurden überschüssige NF-Deckschichten abgeschnitten und der bedeckte Stentgraft 24 Stunden lang bei Raumtemperatur vakuumgetrocknet. (Abb. 1d). Die ES-Parameter waren: Zufuhrrate, 1 ml/h; Spannung: 15 kV; Kollektorrotationsgeschwindigkeit: 750 U/min; Abstand zwischen Kollektor und Spinndüse: 15 cm; ES-Zeit, 30 Min. Die Oberflächenmorphologie der NF-Deckschichten wurde durch Rasterelektronenmikroskopie (REM; Hitachi S-2380 N, Tokio, Japan) beobachtet (Abb. 1e).

Die technischen Schritte der Herstellung eines mit TPU und GL gemischten NFs-beschichteten Stentgrafts mittels Elektrospinnen. (a) Schematische Darstellung der Herstellung eines mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stentgrafts. (b) Der Stent wurde am zylindrischen Teflonkollektor befestigt. (c) Der Stent mit dem zylindrischen Teflonkollektor war vollständig beschichtet. (d) Mit TPU und GL gemischtes, mit NFs bedecktes Stenttransplantat. (e) SEM-Bilder von TPU- und GL-gemischten NF-Gerüsten zeigen zufällig ausgerichtete NF-Strukturen bei 1.800-facher und 10.000-facher Vergrößerung. Notiz. TPU: thermoplastisches Polyurethan, GL: Gelatine, NF: Nanofaser.

In dieser Studie wurden insgesamt zwölf Beckenarterien von 12 Yorkshire-Hausschweinen mit einem Gewicht von 35,7–37,7 kg (männlich; Durchschnittsgewicht = 36,7 kg; Orient Bio, Seongnam, Korea) verwendet und nach dem Zufallsprinzip 7 Tage (n = 6) und 28 Tage geopfert (n = 6) nach der Platzierung des Stentgrafts. Der mit TPU und GL gemischte, mit NFs bedeckte Stentgraft wurde in der linken Beckenarterie (LIA) platziert. Alle Schweine wurden unter den gleichen Umgebungsbedingungen gehalten (Temperatur von 24 °C ± 2 bei einem 12-stündigen Tag-Nacht-Zyklus) und wurden nach Belieben mit Wasser und Futter versorgt. Alle Tiere wurden 7 oder 28 Tage nach der Platzierung des Stentgrafts mit 75 mg/kg Kaliumchlorid durch Injektion in die Randohrvene eingeschläfert.

Alle Schweine wurden vor dem Experiment intramuskulär mit einer Mischung aus 50 mg/kg Zolazepam und 50 mg/kg Tiletamin (Zoletil 50; Virbac, Carros, Frankreich) und 10 mg/kg Xylazin (Rompun; Bayer HealthCare, Leverkusen, Deutschland) betäubt. Anschließend wurde ein Endotrachealtubus platziert und die Anästhesie durch Inhalation von 0,5–2 % Isofluran (Ifran®; Hana Pharm. Co., Seoul, Korea) mit 1:1 Sauerstoff (510 ml/kg/min) aufrechterhalten. Ein 5-Fr-Mikropunktionsset (Cook Medical, Bloomington, IN, USA) wurde verwendet, um die rechte Oberschenkelarterie unter Ultraschallkontrolle (iU22; PHILIPS, Amsterdam, Niederlande) zu punktieren. Anschließend wurde unter fluoroskopischer Anleitung (FORTE; DK Medical Systems, Pyeongtaek, Korea) eine 7-Fr-Gefäßhülle (Radifocus; Terumo Co., Tokio, Japan) ersetzt. Intraarterielles Heparin (100 U/kg; JW Pharm Co., Seoul, Korea) wurde direkt in die Schleuse verabreicht. Vor dem Eingriff wurde eine Angiographie durchgeführt, um die Lage der Beckenarterie zu bestätigen, und ein 0,018-Zoll-Führungsdraht (Radifocus M; Terumo Co.) wurde durch die Hülle eingeführt und bis zur Oberschenkelarterie vorgeschoben. Das Stent-Einführsystem wurde über den Führungsdraht in die LIA eingeführt und der Stent platziert. Nach dem Eingriff wurde eine Angiographie durchgeführt, um die Durchgängigkeit und Lage des platzierten Stentgrafts zu bestätigen. Es wurde ein Gefäßverschlussgerät (Angio-Seal, Terumo Co.) verwendet, gefolgt von einer manuellen Kompression für 10 Minuten. Antibiotika (Gentamicin, 7 mg/kg; Shin Poong Pharm Ltd., Seoul, Korea) und Analgetika (Keromin, Ketorolac 1 mg/kg; Hana Pharm Ltd., Seoul, Korea) wurden routinemäßig drei Tage lang nach den Eingriffen verabreicht.

Eine Nachsorgeangiographie über die rechte Halsschlagader wurde durchgeführt, um die Durchgängigkeit des Stents und stentbedingte Komplikationen 7 bzw. 28 Tage nach dem Eingriff zu beurteilen. Die Lumendurchmesser wurden im mittleren Teil der gestenteten Beckenarterien mit dem RadiAnt DICOM Viewer (Version 2020.2; Medixant, Posen, Polen) gemessen und verglichen.

Eine chirurgische Untersuchung der Bifurkation der Bauchaorta und beider Beckenarterien wurde zur groben Untersuchung möglicher arterieller Verletzungen und Thrombosen nach der Stentplatzierung durchgeführt. Ungefähr 100 ml Heparin-behandelte (100 U/kg, JW Pharm Co., Seoul, Korea) Kochsalzlösung wurden in die Arterien gespült. Außerdem wurden die gestentete LIA und die normalen rechten Beckenarterien für ausgewertete histologische Untersuchungen entnommen. Die Stentgrafts wurden vorsichtig aus der Stent-LIA entfernt, um einen oberflächlichen Thrombus zu erkennen. Der Grad der Thrombose wurde mithilfe eines Thrombogenitäts-Scores in 1 (leicht), kein Thrombus vorhanden oder minimal; 2 (leicht bis mäßig), minimaler Thrombus, der 1–25 % der Materialoberfläche bedeckt; 3 (mäßig), Thrombus mäßig, bedeckt 26–50 % der Materialoberfläche; 4 (mittelschwer bis schwer), schwerwiegender Thrombus, der 51–75 % der Materialoberfläche bedeckt; und 5 (schwer), ausgedehnter Thrombus, bedeckt 76–100 % der Materialoberfläche19. Die Proben wurden 48 Stunden lang mit 4 % Formalin zur Fixierung perfundiert. Die Proben wurden im mittleren Teil des gestenteten LIA axial geschnitten. Gewebeproben wurden in Paraffin eingebettet, in 5 μm dicke Scheiben geschnitten und mit Hämatoxylin und Eosin (H&E) und Masson-Trichrom (MT) gefärbt. Die histologische Untersuchung mittels H&E umfasste die Bestimmung der Dicke der neointimalen Hyperplasie und des Grades der Infiltration entzündlicher Zellen. Der Grad der Kollagenablagerung wurde an MT-gefärbten Schnitten bestimmt. Die Dicke der neointimalen Hyperplasie und der Grad der Infiltration entzündlicher Zellen wurden als Durchschnitt von acht Werten über den Umfang berechnet. Der Grad der Infiltration entzündlicher Zellen und der Grad der Kollagenablagerung wurden subjektiv in 1, mild; 2, leicht bis mäßig; 3, mäßig; 4, mittelschwer bis schwer; und 5, schwerwiegend entsprechend der Verteilung der Entzündungszellen und des Kollagens20. Der gesamte Scan der Färbeproben wurde mit einem digitalen Objektträgerscanner (Pannoramic 250 FLASH III, 3DHISTECH Ltd., Budapest, Ungarn) durchgeführt. Die Messungen wurden mit einem digitalen Mikroskop-Viewer (CaseViewer, 3DHISTECH Ltd.) durchgeführt. Die Analysen der histologischen Befunde basierten auf dem Konsens von drei Beobachtern, die gegenüber den Versuchsgruppen blind waren.

Die Daten wurden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) ausgedrückt. Unterschiede zwischen den Gruppen wurden gegebenenfalls mithilfe des Zwei-Stichproben-T-Tests und des Mann-Whitney-U-Tests analysiert. Ein p-Wert < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen. Statistische Analysen wurden mit der SPSS-Software (Version 27; IBM, Chicago, USA) durchgeführt.

Diese Studie wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC-Genehmigungsnummer 2021–13-240) genehmigt und entsprach den Richtlinien der US National Institutes of Health für den humanen Umgang mit Labortieren. Die Studie wurde in Übereinstimmung mit den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt.

Mit TPU und GL gemischte, mit NFs bedeckte Stentgrafts wurden bei allen Schweinen erfolgreich und ohne verfahrensbedingte Komplikationen eingesetzt. Alle Schweine überlebten bis zum Ende der Studie ohne weitere Komplikationen. Die Angiographiebefunde sind in Abb. 2 dargestellt. Der mittlere Lumendurchmesser nahm im Laufe der Zeit allmählich ab. Die mittleren (± SD) Lumendurchmesser bei der Nachuntersuchung nach 28 Tagen (2,8 ± 0,34 mm) waren signifikant niedriger als diejenigen nach 7 Tagen (4,7 ± 0,34 mm, p < 0,001) und nach dem Eingriff (5,1 ± 0,24). mm, p < 0,001) Angiographien. Der Lumendurchmesser unterschied sich bei der Nachuntersuchung nach 7 Tagen nicht signifikant von der Angiographie nach dem Eingriff (p > 0,05). Follow-up-Angiographien zeigten eine gute Durchgängigkeit der mit Stents versehenen LIAs ohne stentbedingte Komplikationen wie Endoleckage, Migration, Kollaps und Okklusion. Allerdings wurde eine durch Thrombose verursachte unregelmäßige Lumenverengung 7 Tage (1 von 6, 16,7 %) und 28 Tage (5 von 6, 83,3 %) nach der Stentplatzierung beobachtet.

Repräsentative Follow-up-Angiographien mit den mittleren Lumendurchmessern in den gestenteten LIAs. (a) Die Präangiographie zeigt die LIA. (b) Die Postangiographie zeigt den vollständig expandierten, mit TPU und GL gemischten NFs bedeckten Stentgraft (Pfeile). (c) Die Nachsorgeangiographie nach 7 Tagen zeigt eine gute Durchgängigkeit des Stentgrafts (Pfeile). (d) Die Nachuntersuchungsangiographie nach 28 Tagen zeigt eine unregelmäßige Lumenverengung (Pfeilspitzen) am distalen Teil des mit TPU und GL gemischten NFs bedeckten Stentgrafts (Pfeile). (e) Die Grafik zeigt Veränderungen der Lumendurchmesser in den mit Stents versehenen LIAs. Notiz. CI, Konfidenzintervall; Notiz. TPU: thermoplastisches Polyurethan, GL: Gelatine, NF: Nanofaser; *p < 0,05, ***p < 0,001.

Alle mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stentgrafts mit Beckenarterien wurden erfolgreich extrahiert. Bei der groben Untersuchung wurde bei allen Proben eine In-Stent-Thrombose an der Innen- und Außenwand des Stent-Grafts beobachtet (Abb. 3a). Der mittlere (± SD) Thrombogenitätswert war 28 Tage nach der Stentimplantation signifikant höher als nach 7 Tagen (2,67 ± 0,51 vs. 1,33 ± 0,51, p < 0,001) (Abb. 3b).

Repräsentative Bilder grober Exemplare. (a) Bild, das mit TPU und GL gemischtes, mit NFs bedecktes Stenttransplantat mit Thrombose in LIA nach der Tötung zur Extraktion am 7. und 28. Tag zeigt. (b) Der mittlere (± SD) Grad der Thrombose nach 28 Tagen im Vergleich zu 7 Tagen. CI, Konfidenzintervall; ***p < 0,001.

Die histologischen Befunde sind in den Abbildungen dargestellt. 4 und 5. Die mittlere (± SD) Dicke der neointimalen Hyperplasie war nach 28 Tagen signifikant höher als nach 7 Tagen (847,8 ± 162,6 μm gegenüber 373,7 ± 53,25 μm, p < 0,001) (Abb. 5a). Darüber hinaus wurden der Grad der Entzündungszellinfiltration (3,66 ± 0,51 vs. 1,83 ± 0,40, p < 0,001) (Abb. 5b) und der Grad der Kollagenablagerung (3,50 ± 0,83 vs. 1,33 ± 0,51, p < 0,001) (Abb. 5c) ermittelt ) waren nach 28 Tagen deutlich höher als nach 7 Tagen.

Repräsentative Bilder, die serielle histologische Veränderungen in der normalen Beckenarterie nach 7 und 28 Tagen zeigen. (a) Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (H&E) mit 1-facher und 10-facher Vergrößerung. × 10-Bilder zeigen Orte für die höhere Vergrößerung an (schwarze Kästchen). (b) Masson-Trichrom-Färbung (MT) mit 1-facher und 10-facher Vergrößerung. × 10-Bilder zeigen Orte für die höhere Vergrößerung an (rote Kästchen).

Histologische Befunde. (a–c) Histologische Ergebnisse des LIA an den Tagen 7 und 28. KI, Konfidenzintervall; ***p < 0,001.

Die vorliegenden Studienergebnisse zeigten, dass die Durchgängigkeit des mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stentgrafts 28 Tage lang gut erhalten blieb; Allerdings nahm der Thrombus mit leichter neointimaler Hyperplasie im Laufe der Zeit allmählich zu. Die Folgeangiographie zeigte eine unregelmäßige luminale Verengung in das Stent-Graft hinein und der Lumendurchmesser der mit einem Stent versehenen Beckenarterie war nach 28 Tagen deutlich geringer als nach 7 Tagen der Nachuntersuchung. Allerdings wurde bei keinem der Schweine ein Stentverschluss beobachtet. In Übereinstimmung mit den groben Befunden zeigten die histologischen Ergebnisse eine signifikant erhöhte neointimale Hyperplasie mit prominenten Entzündungszellen und Kollagenablagerungen in der 28-Tage-Gruppe, die mit den angiographischen Befunden korrelierte.

Im Handel erhältliche und herkömmliche synthetische Stentgrafts mit e-PTFE- oder PET-Beschichtung werden häufig für Arterien mit großem Durchmesser (> 6 mm) verwendet und zur Behandlung endovaskulärer Erkrankungen eingesetzt21. Allerdings kann ihr sperriges Design die Zustellbarkeit erschweren. Darüber hinaus trat Stent-in-Restenose häufig bei Arterien mit relativ kleinem Durchmesser (< 6 mm) auf, was auf eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Verkalkung oder Thrombogenität der Transplantate zurückzuführen war22. Die Inzidenz einer Restenoserate bei mit e-PTFE bedeckten Stentgrafts betrug 12 % mit Thrombose innerhalb eines Monats23. Wong et al. berichteten außerdem, dass der Lumendurchmesser von e-PTFE-beschichteten Stentgrafts in den Halsschlagadern von Schweinen aufgrund einer neointimalen Hyperplasie mit entzündlicher Reaktion auf 67,2 % reduziert wurde24. Weitere Komplikationen im Zusammenhang mit konventionellen Stentgrafts sind Thrombose, Restenose und verzögerte Endothelialisierung25. Daher wird die Entwicklung neuer synthetischer Stentgrafts mit verbesserter Stentdurchgängigkeit und Hämokompatibilität immer wichtiger26. Unsere vorläufige Studie ergab, dass der mit TPU und GL gemischte, mit NFs bedeckte Stentgraft mit den optimierten mechanischen und biologischen Eigenschaften die Durchgängigkeit ohne nennenswerte Stent-in-Restenose 28 Tage lang erfolgreich aufrechterhielt. Allerdings sollte eine langfristige Entzündungsreaktion mit möglichen Komplikationen für die klinische Anwendung validiert werden.

Aufgrund seiner hohen Porosität, großen Oberfläche, nanofaserigen Struktur elektrogesponnener Gerüste und seiner Nachahmung der physikalischen Nanomerkmale der nativen extrazellulären Matrix27 wird ES häufig zur Herstellung von NF-Membranen verwendet. Darüber hinaus macht die Einfachheit der ES-Technik zur Herstellung eines röhrenförmigen Gerüsts sie für Anwendungen zur Gefäßgeweberegeneration beliebter28. Aufgrund seiner hohen Hämokompatibilität wird TPU häufig in medizinischen Schläuchen verwendet. Darüber hinaus muss es nicht biologisch abbaubar sein, was ebenfalls zum Ersatz von Blutgefäßen beitragen kann29. Radeleff et al. berichteten, dass TPU-beschichtete Stentgrafts in einem 28-Tage-Schweinemodell mit selbstexpandierenden metallischen blanken Stents verglichen wurden. Allerdings konnte die Durchgängigkeit von TPU-Stentgrafts aufgrund übermäßiger neointimaler Hyperplasie und anschließender Okklusion nicht verbessert werden15. Trotz der relativ guten Zelllebensfähigkeit von TPU beeinträchtigt seine schlechte Adhäsion und Proliferation von Endothelzellen die antithrombogenen Eigenschaften von Gefäßstrukturen30,31. In diesem Fall könnte die Suche nach einem geeigneten Material, das mit TPU kombiniert und in ein synthetisches Stent-Graft umgewandelt werden kann, eine Lösung sein, um dessen Wirksamkeit bei der endovaskulären Behandlung zu verbessern. Kürzlich wurden im Zusammenhang mit der Verwendung eines Verbundnetzes als Gefäßtransplantat TPU und GL gemischt, um eine Verbundmatrix aus natürlichem/synthetischem Polymer zu erhalten16. Zusätzlich zur Förderung der Adhäsion und Proliferation von Endotheliozyten spielt GL auch eine Rolle bei der Stärkung der elektrogesponnenen Matrizen17. Unsere Studie stellte mit ES erfolgreich TPU- und GL-gemischte, mit NFs bedeckte Stentgrafts her und zeigte eine kurzfristige Durchgängigkeit ohne stentbedingte Komplikationen wie Migration, Endoleckage und Kollaps.

Diese Studie hatte mehrere Einschränkungen. Erstens haben wir die Biokompatibilität und mechanische Charakterisierung von TPU- und GL-gemischten NF-Gerüsten nicht in einem In-vitro-Test bewertet. Zweitens könnte die Nachbeobachtungsdauer zu kurz sein, um eine aussagekräftige Neointimaproliferation und Thrombosebildung beurteilen zu können. Weitere Studien mit längeren Nachbeobachtungszeiträumen sind erforderlich, um die Wirksamkeit und Sicherheit von mit TPU und GL gemischten NFs bedeckten Stentgrafts zu bestätigen. Drittens gab es in unserer Studie keinen Vergleich mit kommerziell erhältlichen Stentgrafts. Viertens wurde das Experiment in normalen Beckenarterien durchgeführt. Unsere Ergebnisse spiegeln möglicherweise nicht alle pathologischen Mechanismen wider, die beim Menschen nach der Platzierung eines Stents auftreten. Schließlich war die Anzahl der Tiere zu gering, um eine belastbare statistische Analyse durchzuführen. Obwohl weitere Studien erforderlich sind, um unsere aktuellen Daten weiter zu validieren, liefern unsere Ergebnisse das Grundkonzept eines mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stenttransplantats in der Beckenarterie des Schweins.

Die mit TPU und GL gemischten, mit NFs bedeckten Stentgrafts hielten ihre Durchgängigkeit 28 Tage lang erfolgreich aufrecht, ohne dass Stentgraft-bedingte Komplikationen in einem Beckenarterienmodell von Schweinen auftraten. Obwohl Thrombosen mit neointimalem Gewebe beobachtet wurden, wurde bis zum Ende der Studie kein nachfolgender Verschluss des Stentgrafts festgestellt. Obwohl weitere präklinische Studien erforderlich sind, um seine Wirksamkeit und Sicherheit zu untersuchen, kann ein mit einer synthetischen/natürlichen Matrix bedeckter Verbund-Stentgraft vielversprechend sein, um die Durchgängigkeit des Stentgrafts zu verlängern.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Müller-Hülsbeck, S. et al. Erfahrungen zur Endothelzelladhäsion an Gefäßstents und Stentgrafts: Erste In-vitro-Ergebnisse. Investieren. Radiol. 37, 314–320 (2002).

Artikel Google Scholar

Qureshi, MA, Martin, Z. & Greenberg, RK Endovaskuläre Behandlung von Patienten mit Takayasu-Arteriitis: Stents versus Stentgrafts. Semin. Vasc. Surg. 24, 44–52 (2011).

Artikel Google Scholar

Chlupáč, J., Filová, E. & Bačáková, L. Blutgefäßersatz: 50 Jahre Entwicklung und Tissue-Engineering-Paradigmen in der Gefäßchirurgie. Physiol. Res. 58 (Suppl 2), S119-s140 (2009).

Artikel Google Scholar

Hu, JJ, Chao, WC, Lee, PY & Huang, CH Konstruktion und Charakterisierung eines elektrogesponnenen röhrenförmigen Gerüsts für aus Gewebe hergestellte Gefäßtransplantate mit kleinem Durchmesser: Ein Gerüstmembranansatz. J. Mech. Verhalten. Biomed. Mater. 13, 140–155 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Yamaguchi, S. et al. Nichtanastomosenruptur eines Dacron-Transplantats in der Brustaorta, behandelt durch endovaskuläre Stent-Transplantation. General Thorac. Herz-Kreislauf. Surg. 61, 414–416 (2013).

Artikel Google Scholar

Sarkar, S., Schmitz-Rixen, T., Hamilton, G. & Seifalian, AM Erreichen der idealen Eigenschaften für Gefäßbypasstransplantate mithilfe eines Tissue-Engineering-Ansatzes: Eine Übersicht. Med. Biol. Ing. Berechnen. 45, 327–336 (2007).

Artikel Google Scholar

Wang, J. et al. Mit Heparin und vaskulärem endothelialen Wachstumsfaktor beladener, mit Poly(L-lactid-co-caprolacton)-Nanofasern beschichteter Stentgraft zur Behandlung von Aneurysmen. J. Biomed. Nanotechnologie. 11, 1947–1960 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Detta, N. et al. Neuartige elektrogesponnene Polyurethan/Gelatine-Verbundnetze für Gefäßtransplantate. J. Mater. Wissenschaft. Mater. Med. 21, 1761–1769 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, R. et al. Herstellung und Charakterisierung von koaxialen elektrogesponnenen thermoplastischen Polyurethan/Kollagen-Nanofasern für Tissue-Engineering-Anwendungen. Kolloide surfen. B Bioschnittstellen. 79, 315–325 (2010).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Park, KE, Kang, HK, Lee, SJ, Min, BM & Park, WH Biomimetische Nanofasergerüste: Herstellung und Charakterisierung von Nanofasern aus PGA/Chitin-Mischungen. Biomacromol 7, 635–643 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Hussain, A., Collins, G., Yip, D. & Cho, CH Funktionelles 3D-Herz-Kokulturmodell unter Verwendung bioaktiver Chitosan-Nanofasergerüste. Biotechnologie. Bioeng. 110, 637–647 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Jaiswal, M. et al. Zweischichtiger Verbundverband aus Gelatine-Nanofasermatte und Polyvinylalkohol-Hydrogel zur Arzneimittelabgabe und Wundheilung: In-vitro- und In-vivo-Studien. J. Biomed. Nanotechnologie. 9, 1495–1508 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Lee, JB et al. Poly(L-Milchsäure)/Hydroxylapatit-Nanozylinder als Nanofaserstruktur für Knochengewebe-Engineering-Gerüste. J. Biomed. Nanotechnologie. 9, 424–429 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Pereira, IH et al. Differenzierung menschlicher Stammzellen aus Fettgewebe, die auf mineralisierten elektrogesponnenen koaxialen Poly(ε-caprolacton) (PCL)/Gelatine-Nanofasern ausgesät sind. J. Mater. Wissenschaft. Mater. Med. 25, 1137–1148 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Radeleff, B. et al. Vergleich eines mikroporösen, mit thermoplastischem Polyurethan überzogenen Stents mit einem selbstexpandierenden blanken Nitinol-Stent in einem Beckenarterienmodell eines Schweins. J. Vasc. Interv. Radiol. 20, 927–935 (2009).

Artikel Google Scholar

Chernonosova, VS et al. Mechanische Eigenschaften und biologisches Verhalten von 3D-Matrizen, die durch Elektrospinnen aus proteinangereichertem Polyurethan hergestellt wurden. Biomed. Res. Int. 2018, 1380606. https://doi.org/10.1155/2018/1380606 (2018).

Artikel PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Sheikholeslam, M. et al. Elektrogesponnener Polyurethan-Gelatine-Verbundstoff: Ein neues Gewebegerüst zur Anwendung bei der Hautregeneration und der Reparatur komplexer Wunden. ACS Biomater. Wissenschaft. Ing. 6, 505–516 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Pedicini, A. & Farris, RJ Mechanisches Verhalten von elektrogesponnenem Polyurethan. Polymer 44, 6857–6862 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

Wolf, MF et al. In-vitro-Methodik zur Beurteilung der Thrombogenität von Medizinprodukten: Eine Verwendungsbedingung und ein bioanalytischer Proof-of-Concept-Ansatz. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomaterial. 109, 358–376 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Park, JH et al. Histologische Analyse mit dem neu entwickelten Exoskelett Seal(®) Stentgraft in der Bauchaorta des Schweins. Herz-Kreislauf. Eingreifen. Radiol. 42, 1331–1342 (2019).

Artikel Google Scholar

McClure, MJ, Sell, SA, Simpson, DG, Walpoth, BH & Bowlin, GL Eine dreischichtige elektrogesponnene Matrix zur Nachahmung der nativen Arterienarchitektur unter Verwendung von Polycaprolacton, Elastin und Kollagen: Eine vorläufige Studie. Acta Biomater. 6, 2422–2433 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Isenberg, BC, Williams, C. & Tranquillo, RT In vitro hergestellte künstliche Arterien mit kleinem Durchmesser. Zirkel. Res. 98, 25–35 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Conway, AM et al. Der Einsatz eines Stentgrafts in der A. iliaca externa erhöht das Risiko eines Extremitätenverschlusses nach einer endovaskulären AAA-Reparatur. J. Endovasc. Dort. 19, 79–85 (2012).

Artikel Google Scholar

Wong, G. et al. Hemmung der experimentellen neointimalen Hyperplasie durch mit rekombinantem menschlichem Thrombomodulin beschichtete ePTFE-Stenttransplantate. J. Vasc. Surg. 47, 608–615 (2008).

Artikel Google Scholar

Melissano, G., Tshomba, Y., Civilini, E. & Chiesa, R. Enttäuschende Ergebnisse mit einem neuen im Handel erhältlichen Thorax-Endotransplantat. J. Vasc. Surg. 39, 124–130 (2004).

Artikel Google Scholar

Adipurnama, I., Yang, MC, Ciach, T. & Butruk-Raszeja, B. Oberflächenmodifikation und Endothelialisierung von Polyurethan für vaskuläre Tissue-Engineering-Anwendungen: Eine Übersicht. Biomaterial. Wissenschaft. 5, 22–37 (2016).

Artikel Google Scholar

Thomas, V., Zhang, X., Catledge, SA & Vohra, YK Funktional abgestufte elektrogesponnene Gerüste mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften für die Regeneration von Gefäßgewebe. Biomed. Mater. 2, 224–232 (2007).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Vatankhah, E. et al. Elektrogesponnene tekophile/Gelatine-Nanofasern mit Potenzial für das Tissue Engineering von Blutgefäßen mit kleinem Durchmesser. Biopolymere 101, 1165–1180 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

von Woedtke, T. et al. Der Einfluss antimikrobieller Behandlungen auf die Zytokompatibilität von Polyurethan-Biosensormembranen. Biosens. Bioelektron. 19, 269–276 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

McGuigan, AP & Sefton, MV Der Einfluss von Biomaterialien auf die Thrombogenität von Endothelzellen. Biomaterialien 28, 2547–2571 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Andrews, KD & Hunt, JA Hochregulierung von Matrix- und Adhäsionsmolekülen durch kontrollierte Topographie. J Mater Sci Mater Med. 19, 1601–1608 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Forschung wurde vom Ministerium für Handel, Industrie und Energie (MOTIE) und dem Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT) durch das International Cooperative R&D Program (P0016047) und das Nano Material Technology Development Program durch die National Research Foundation of Korea finanziell unterstützt ( NRF), finanziert vom Ministerium für Wissenschaft und IKT (2022M3H4A1A04085300).

Diese Autoren trugen gleichermaßen bei: Dae Sung Ryu, Dong-Sung Won.

Biomedizinisches Forschungszentrum, Asan Institute for Life Sciences, Asan Medical Center, 88 Olympic-ro 43-gil, Songpa-gu, Seoul, 05505, Republik Korea

Dae Sung Ryu, Dong-Sung Won, Ji Won Kim, Yubeen Park, Song Hee Kim, Jeon Min Kang, Chu Hui Zeng und Jung-Hoon Park

Fakultät für Maschinenbau, Sejong-Universität, 209, Neungdong-ro, Gwangjin-gu, Seoul, 05006, Republik Korea

Dohyung Lim & Hyun Choi

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

HC und J.-HP konzipierten das Projekt und gestalteten die Experimente. DSR, D.-SW, JWK, YP und HC führten die experimentellen Arbeiten durch. DSR, D.-SW, SHK, JMK, DL und J.-HP sammelten und analysierten die Daten und erstellten das Manuskript. DSR, D.-SW, CHZ, HC und J.-HP haben das Manuskript geschrieben. Statistische Analyse von DSR, D.-SW, SHK und J.-HP. DL, HC und J.-HP erhalten Fördermittel. Das endgültige Manuskript wurde von allen Autoren überprüft und genehmigt.

Korrespondenz mit Hyun Choi oder Jung-Hoon Park.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Ryu, DS, Won, DS., Kim, JW et al. Wirksamkeit eines mit thermoplastischem Polyurethan und Gelatine gemischten Nanofasern bedeckten Stenttransplantats in der Beckenarterie des Schweins. Sci Rep 12, 16524 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20950-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 16. Mai 2022

Angenommen: 21. September 2022

Veröffentlicht: 03. Oktober 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20950-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Wissenschaftliche Berichte (2023)

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.

Nachricht

Wirksamkeit eines mit thermoplastischem Polyurethan und Gelatine gemischten Nanofasern bedeckten Stenttransplantats in der Beckenarterie des Schweins