Para peneliti membuat cangkok vaskular biodegradable yang tidak berpori
Dalam penelitian terbaru yang diterbitkan di Advanced Materials, tim peneliti mengembangkan cangkok vaskular biodegradable berdiameter kecil baru yang membantu pembentukan struktur yang mengandung elastin di intima-media, yang penting untuk fungsi normal arteri.
Latar belakang
Kerusakan arteri yang disebabkan oleh kondisi seperti aterosklerosis parah dapat menyebabkan infark miokard dan kematian. Sementara cangkok vaskular autologus dari arteri radial, arteri mammae interna, atau vena saphena ideal, pasien dengan kondisi medis sebelumnya sering menggunakan cangkok sintetis.
Cangkok sintetis yang tersedia secara komersial yang terbuat dari bahan seperti polytetrafluoroethylene menimbulkan masalah seperti obstruksi dalam waktu lama karena pembekuan darah dan restenosis. Regenerasi arteri juga terhambat karena sifat cangkok ini yang tidak dapat terurai secara hayati.
Cangkok vaskular biodegradable memiliki keuntungan dari peningkatan patensi dan fasilitasi proliferasi smooth muscle cell (SMC), pembentukan endotelium, dan pengendapan protein extracellular matrix (ECM) seperti kolagen dan elastin. Namun, kinerja jangka panjang dari cangkok ini terancam oleh regenerasi spasial yang tidak tepat dan pengorganisasian serat elastin, yang mengakibatkan susunan sel endotel dan SMC yang salah.
Tentang studi
Dalam penelitian ini, para peneliti menggunakan kombinasi tropoelastin (TE), protein ECM yang diproduksi secara alami yang digunakan oleh sel elastogenik untuk menghasilkan elastin, dan polyglycerol sebacate (PGS), bahan yang sangat elastis dan biodegradabel, untuk menghasilkan bahan yang dapat terurai secara hayati, non- cangkok vaskular berpori.
Scaffold TE-PGS dibangun melalui electrospinning untuk meniru struktur serat arteri asli dan distabilkan selama 16 jam pada 160 °C. Mikroskop multifoton digunakan untuk memeriksa perancah yang distabilkan panas dan menyelidiki mikrostruktur TE dan PGS. Konformasi kimia scaffold sebelum dan sesudah stabilisasi panas dibandingkan dengan menggunakan Fourier transform infrared spectroscopy-attenuated total reflectance (FTIR-ATR).
Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik seperti kekuatan tarik ultimit, modulus Young, perpanjangan putus, dan kurva tegangan-regangan. Stabilitas mekanik dan viskoelastisitas dievaluasi dengan menguji perancah pada beban 0,1 MPa selama 500 menit. Selanjutnya, integritas struktural dan stabilitas dimensi perancah diuji dengan merendam perancah dalam saline buffer fosfat pada suhu 37 °C. Stabilitas jangka panjang ditentukan berdasarkan pengamatan perubahan massa selama 154 hari setelah perendaman.
Perancah dikultur dengan fibroblas kulit manusia untuk menentukan sitokompatibilitas in vitro, sedangkan kompatibilitas in vivo diukur dengan menanamkan perancah subkutan pada tikus dan melakukan pemeriksaan histologis setelah dua dan empat minggu.
Human coronary artery smooth muscle cells (HCASMCs) dan human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) dikultur pada scaffold. Biomarker fungsional dan proliferasi diselidiki untuk menentukan apakah perancah ini akan berfungsi dengan sukses sebagai cangkok vaskular.
Perancah TE-PGS digunakan untuk membuat cangkok vaskular dengan diameter 0,7, 1, dan 1,5 mm dan ketebalan dinding yang bervariasi, dan tekanan ledakan, sudut ketegaran, dan sifat retensi jahitan dari cangkok ini diuji. Trombogenisitas cangkok diuji sebelum ditanamkan di aorta perut infrarenal tikus selama delapan bulan.
Degradasi graft dipantau menggunakan pewarnaan imunofluoresensi untuk makrofag. Distribusi elastin, kolagen, SMC, dan sel endotel juga diselidiki, dan lamela elastis yang diregenerasi dalam media intima dibandingkan dengan tikus asli.
Hasil
Hasilnya menunjukkan bahwa perancah TE50 (rasio 50:50 TE:PGS) stabil secara mekanis dan biokompatibel untuk digunakan sebagai cangkok vaskular dan tidak terlalu rentan terhadap trombosis. Ini mendukung proliferasi HUVEC dan HCASMC dan ekspresi penanda protein fungsional.
Lebih jauh lagi, perancah TE50 yang tidak berpori merangsang pembentukan serat elastin dan kolagen yang sesuai secara struktural di intima-media dan adventitia, masing-masing. Eksperimen implantasi pada tikus menunjukkan bahwa dalam delapan bulan, perancah telah benar-benar terdegradasi, neoarteri telah terbentuk, dan kolagen matang terdeteksi di adventitia.
Lamela elastis dikelilingi oleh aktin otot halus alfa berbentuk gelendong yang disejajarkan secara melingkar dan SMC smoothelin dalam waktu delapan minggu, dibandingkan dengan delapan bulan yang diambil pada tikus asli untuk pembentukan lamela elastis yang serupa.
Kesimpulan
Untuk meringkas, penelitian ini menggambarkan penggunaan
perancah TE-PGS untuk membangun cangkok vaskular yang tidak berpori dan dapat
terurai secara hayati dan dapat mendukung proliferasi SMC serta memfasilitasi
pembentukan serat elastin dan kolagen.
Secara keseluruhan, hasil menunjukkan bahwa perancah TE-PGS memfasilitasi pembentukan lamela elastin terorganisir yang penting untuk regenerasi arteri yang tepat. Tes implantasi melaporkan biokompatibilitas dan memberikan bukti untuk pembentukan neoarteri pada tikus dalam waktu delapan bulan. Selain itu, sifat biodegradable, termostabilitas, kekuatan tarik, dan paten bahan menjadikannya kandidat ideal untuk cangkok vaskular sintetis.
Journal reference:
Wang, Z., Mithieux, S. M., Vindin, H., Wang, Y., Zhang, M., Liu, L., Zbinden, J., Blum, K. M., Yi, T., Matsuzaki, Y., Oveissi, F., Akdemir, R., Lockley, K. M., Zhang, L., Ma, K., Guan, J., Waterhouse, A., Pham, N. T. H., Hawkett, B. S., & Shinoka, T. (2022). Rapid Regeneration of a Neoartery with Elastic Lamellae. Advanced Materials, 2205614. doi: https://doi.org/10.1002/adma.202205614 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205614
No comments