cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2023-38-4-250-259cardiotomsk-2075Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESМорфологические особенности ремоделирования биологических и тканеинженерных сосудистых заплат: результаты испытаний на модели овцыMorphological features of biological and tissue-engineered vascular patches remodeling: results of tests on a sheep modelhttps://orcid.org/0000-0002-1991-6516ПрокудинаЕ. С.ProkudinaE. S.

Прокудина Екатерина Сергеевна, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория тканевой инженерии и внутрисосудистой визуализации

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Ekaterina S. Prokudina, Cand. Sci. (Med.), Research Scientist, Laboratory of Tissue Engineering and Intravascular Visualization

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

goddess27@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9430-937XСенокосоваЕ. А.SenokosovaE. A.

Сенокосова Евгения Андреевна, канд. биол. наук, научный сотрудник, лаборатория тканевой инженерии и внутрисосудистой визуализации,

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Eugeniia A. Senokosova, Cand. Sci. (Med.), Research Scientist, Laboratory of Tissue Engineering and Intravascular Visualization

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

sergeewa.ew@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8874-0788АнтоноваЛ. В.AntonovaL. V.

Антонова Лариса Валерьевна, д-р мед. наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория тканевой инженерии и внутрисосудистой визуализации

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Larisa V. Antonova, Dr. Sci. (Med.), Leading Research Scientist, Laboratory of Tissue Engineering and Intravascular Visualization

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

antonova.la@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5558-3229МухамадияровР. А.MukhamadiyarovR. A.

Мухамадияров Ринат Авхадиевич, канд. биол. наук, старший научный сотрудник, лаборатория молекулярной трансляционной и цифровой медицины

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Rinat A. Mukhamadiyarov, Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Scientist, Laboratory of Molecular Translational and Digital Medicine

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

muhara@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6840-1116КошелевВ. А.KoshelevV. A.

Кошелев Владислав Александрович, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярной трансляционной и цифровой медицины 

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

 

 

Vladislav A. Koshelev, Junior Research Scientist, Laboratory of Molecular Translational and Digital Medicine

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

koshva@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2500-2147КривкинаЕ. О.KrivkinaE. O.

Кривкина Евгения Олеговна, младший научный сотрудник, лаборатория клеточных технологий

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Eugeniia O. Krivkina, Junior Research Scientist, Laboratory of Cell Technology

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

leonora92@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1079-1956ВеликановаЕ. А.VelikanovaE. A.

Великанова Елена Анатольевна, канд. биол. наук, научный сотрудник, лаборатория клеточных технологий

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Elena A. Velikanova, Cand. Sci. (Biol.), Research Scientist, Laboratory of Cell Technology

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

velikanova_ea@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1534-264XКочергинН. А.KocherginN. A.

Кочергин Никита Александрович, канд. мед. наук, заведующий лаборатории тканевой инженерии и внутрисосудистой визуализации

650002 Кемерово, Сосновый бульвар, 6

Nikita A. Kochergin, Cand. Sci. (Med.), Head of Laboratory of Tissue Engineering and Intravascular Visualization

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

nikotwin@mail.ruНаучно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеванийРоссияResearch Institute for Complex Issues of Cardiovascular DiseasesRussian Federation202330122023384250259Copyright © Прокудина Е.С., Сенокосова Е.А., Антонова Л.В., Мухамадияров Р.А., Кошелев В.А., Кривкина Е.О., Великанова Е.А., Кочергин Н.А., 20232023Прокудина Е.С., Сенокосова Е.А., Антонова Л.В., Мухамадияров Р.А., Кошелев В.А., Кривкина Е.О., Великанова Е.А., Кочергин Н.А.Prokudina E.S., Senokosova E.A., Antonova L.V., Mukhamadiyarov R.A., Koshelev V.A., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Kochergin N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/2075

Одним из способов реконструкции артериальной стенки является эндартерэктомия с использованием сосудистой заплаты. Применение протезов сосудистой стенки, изготовленных из существующих материалов, может приводить к возникновению осложнений с необходимостью реоперации. Актуален поиск новых материалов для изготовления сосудистых заплат, обладающих оптимальной совместимостью со стенкой сосуда.

Цель

Цель: изучить динамику и сравнить морфологические особенности ремоделирования тканеинженерных сосудистых заплат из фиброина шелка (ФШ) и биологических лоскутов из ксеноперикарда (КП), имплантированных в стенку сонной артерии овец.

Материал и методы

Материал и методы. Матриксы из 15% раствора ФШ (n = 2) изготавливали методом электроспиннинга. Для сравнения использовали лоскуты из бычьего перикарда (n = 2). Сосудистые заплаты имплантировали овцам в стенку сонной артерии сроком на 2 и 6 мес. Проводили гистологическое исследование эксплантированных образцов, сканирующую электронную микроскопию и конфокальную микроскопию со специфической иммунофлюоресцентной окраской препаратов.

Результаты

Результаты. На основе имплантированной ФШ-заплаты сформировалась неоинтима и неоадвентиция. Спустя 2 мес. имплантации ФШ-матрикс сохранил свою структуру; через 6 мес. наблюдалась умеренная биодеградация материала с замещением собственной тканью сосуда. Участков кальцификации и массивного воспаления не обнаружено. Спустя 6 мес. выявлена гиперплазия неоинтимы в проекции имплантированной ФШ-заплаты. На основе имплантированного КП-лоскута также сформировалась неоинтима и неоадвентиция. Через 2 мес. выявлено расслоение имплантированного КП. Спустя 6 мес. обнаружена гиперплазия неоинтимы в проекции КП-заплаты.

Заключение

Заключение. Ремоделирование ФШ-заплаты и КП-лоскута, имплантированных в стенку сонной артерии овцы, шло по пути формирования трехслойной структуры, напоминающей архитектуру собственной стенки сосуда, с признаками умеренной биодеградации материала. Гиперплазия неоинтимы объясняется недостаточной комплаентностью артериальной стенки и заплаты, что требует совершенствования состава имплантированного матрикса.

One of the ways to reconstruct the arterial wall is endarterectomy with a vascular patch. The use of vascular wall prostheses made from existing materials can lead to complications with the need for reoperation. The search for new materials for the manufacture of vascular patches that have optimal compatibility with the vessel wall is still relevant.

Aim

Aim: To study the dynamics and compare the morphological features of remodeling of tissue-engineered vascular patches from silk fibroin (SF) and biological xenopericardium (XP) flaps implanted into the wall of the sheep carotid artery.

Material and Methods

Material and Methods. Matrices from a 15% SF solution (n = 2) were prepared by electrospinning. For comparison, bovine pericardial flaps were used (n = 2). Vascular patches were implanted into the wall of the carotid artery in sheep for 2 and 6 months. A histological examination of explanted samples of vascular patches, scanning electron microscopy and confocal microscopy with specific immunofluorescent staining of the preparations were performed.

Results

Results. Based on the implanted SF-patch, neointima and neoadventitia were formed. After 2 months of implantation, the SFmatrix retained its structure; after 6 months, there were signs of moderate biodegradation of the material with the replacement of the vessel wall with its own tissue. There were no areas of calcification or massive inflammation. After 6 months, neointimal hyperplasia was detected in the projection of the implanted SF-patch. Based on the implanted XP-flap, neointima and neoadventitia were also formed. After 2 months, delamination of the implanted XP was revealed. After 6 months, neointimal hyperplasia was found in the projection of the XP-patch.

Conclusion

Conclusion. Remodeling of the SF-patches and XP-flaps implanted into the wall of the sheep carotid artery followed the formation of a three-layer structure resembling the architecture of the vessel’s own wall, with signs of moderate biodegradation of the material. Neointimal hyperplasia is explained by insufficient compliance of the arterial wall and the patch and requires improvement in the composition of the implanted matrix.

фиброин шелкатканевая инженериясосудистая заплатаксеноперикардсонная артериянеоинтимагиперплазияsilk fibroinstissue engineeringvascular scaffoldxenopericardiumcarotid arteryneointimahyperplasiaРабота выполнена при поддержке комплексной программы фундаментальных научных исследований РАН в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ № 0419-2022-0003The work was supported by the comprehensive program of fundamental scientific research of the Russian Academy of Sciences within the framework of the fundamental theme of the Research Institute of Complex Problems of Cardiovascular Diseases No. 0419-2022-0003.ReferencesMensah G.A., Roth G.A., Fuster V. The global burden of cardiovascular diseases and risk factors: 2020 and beyond. J. Am. Coll. Cardiol. 2019;74(20):2529–2532. DOI: 10.1016/j.jacc.2019.10.009.Mensah G.A., Roth G.A., Fuster V. The global burden of cardiovascular diseases and risk factors: 2020 and beyond. J. Am. Coll. Cardiol. 2019;74(20):2529–2532. DOI: 10.1016/j.jacc.2019.10.009.AbuRahma A.F., Avgerinos E.D., Chang R.W., Darling R.C. 3rd, Duncan A.A., Forbes T.L. et al. Society for Vascular Surgery clinical practice guidelines for management of extracranial cerebrovascular disease. J. Vasc. Surg. 2022;75(1S):4–22. DOI: 10.1016/j.jvs.2021.04.073.AbuRahma A.F., Avgerinos E.D., Chang R.W., Darling R.C. 3rd, Duncan A.A., Forbes T.L. et al. Society for Vascular Surgery clinical practice guidelines for management of extracranial cerebrovascular disease. J. Vasc. Surg. 2022;75(1S):4–22. DOI: 10.1016/j.jvs.2021.04.073.Севостьянова В.В., Миронов А.В., Антонова Л.В., Тарасов Р.С. Применение сосудистых заплат для артериальной реконструкции, проблемы и перспективные технологии. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2019;8(3):116–129. DOI: 10.17802/2306-1278-2019-8-3-116-129.Sevostyanova V.V., Mironov A.V., Antonova L.V., Tarasov R.S. Vascular patches for arterial reconstruction, challenges and advanced technologies. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2019;8(3):116–129. (In Russ.). DOI: 10.17802/2306-1278-2019-8-3-116-129.Allen K.B., Adams J.D., Badylak S.F., Garrett H.E., Mouawad N.J., Oweida S.W. et al. Extracellular matrix patches for endarterectomy repair. Front. Cardiovasc. Med. 2021;11(8):1–13. DOI: 10.3389/fcvm.2021.631750.Allen K.B., Adams J.D., Badylak S.F., Garrett H.E., Mouawad N.J., Oweida S.W. et al. Extracellular matrix patches for endarterectomy repair. Front. Cardiovasc. Med. 2021;11(8):1–13. DOI: 10.3389/fcvm.2021.631750.Liesker D.J., Gareb B., Looman R.S., Donners S.J.A., de Borst G.J., Zeebregts C.J. et al. Patch angioplasty during carotid endarterectomy using different materials has similar clinical outcomes. J. Vasc. Surg. 2023;77(2):559–566. DOI: 10.1016/j.jvs.2022.09.027.Liesker D.J., Gareb B., Looman R.S., Donners S.J.A., de Borst G.J., Zeebregts C.J. et al. Patch angioplasty during carotid endarterectomy using different materials has similar clinical outcomes. J. Vasc. Surg. 2023;77(2):559–566. DOI: 10.1016/j.jvs.2022.09.027.Wang M., Wang Y., Pan P., Liu X., Zhang W., Hu C. et al. A high molecular weight silk fibroin scaffold that resists degradation and promotes cell proliferation. Biopolymers. 2023;114(7):e23554. DOI: 10.1002/bip.23554.Wang M., Wang Y., Pan P., Liu X., Zhang W., Hu C. et al. A high molecular weight silk fibroin scaffold that resists degradation and promotes cell proliferation. Biopolymers. 2023;114(7):e23554. DOI: 10.1002/bip.23554.Prokudina E.S., Senokosova E.A., Antonova L.V., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Akentieva T.N. et al. New tissue-engineered vascular matrix based on regenerated silk fibroin: in vitro study. Sovremennye tehnologii v medicine. 2023;15(4):41. DOI: 10.17691/stm2023.15.4.04.Prokudina E.S., Senokosova E.A., Antonova L.V., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Akentieva T.N. et al. New tissue-engineered vascular matrix based on regenerated silk fibroin: in vitro study. Sovremennye tehnologii v medicine. 2023;15(4):41. DOI: 10.17691/stm2023.15.4.04.Антонова Л.В., Миронов А.В., Шабаев А.Р., Сильников В.Н., Кривкина Е.О., Матвеева В.Г. и др. Тканеинженерные сосудистые запла ты – сравнительная характеристика и результаты преклинических испытаний на модели овцы. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2022;24(4):94–108.. DOI: 10.15825/1995-1191-2022-4-94-108.Antonova L.V., Mironov A.V., Shabaev A.R., Silnikov V.N., Krivkina E.O., Matveeva V.G. at al. Tissue-engineered vascular patches: comparative characteristics and preclinical test results in a sheep model. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2022;24(4):94–108. (In Russ.). DOI: 10.15825/1995-1191-2022-4-94-108.Ghorbani M., Vasheghani-Farahani E., Azarpira N., Hashemi-Najafabadi S., Ghasemi A. Dual-crosslinked in-situ forming alginate/silk fibroin hydrogel with potential for bone tissue engineering. Biomater. Adv. 2023;153:213565. DOI: 10.1016/j.bioadv.2023.213565.Ghorbani M., Vasheghani-Farahani E., Azarpira N., Hashemi-Najafabadi S., Ghasemi A. Dual-crosslinked in-situ forming alginate/silk fibroin hydrogel with potential for bone tissue engineering. Biomater. Adv. 2023;153:213565. DOI: 10.1016/j.bioadv.2023.213565.Dong Z., Peng R., Zhang Y., Shan Y., Ding W., Liu Y. et al. Tendon repair and regeneration using bioinspired fibrillation engineering that mimicked the structure and mechanics of natural tissue. ACS Nano. 2023;17(18):17858–17872. DOI: 10.1021/acsnano.3c03428.Dong Z., Peng R., Zhang Y., Shan Y., Ding W., Liu Y. et al. Tendon repair and regeneration using bioinspired fibrillation engineering that mimicked the structure and mechanics of natural tissue. ACS Nano. 2023;17(18):17858–17872. DOI: 10.1021/acsnano.3c03428.Wuttisiriboon K., Tippayawat P., Daduang J., Limpaiboon T. Three-dimensional silk fibroin-gelatin/chondroitin sulfate/hyaluronic acid-aloe vera scaffold supports in vitro chondrogenesis of bone marrow mesenchymal stem cells and reduces inflammatory effect. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2023;111(8):1557–1570. DOI: 10.1002/jbm.b.35254.Wuttisiriboon K., Tippayawat P., Daduang J., Limpaiboon T. Three-dimensional silk fibroin-gelatin/chondroitin sulfate/hyaluronic acid-aloe vera scaffold supports in vitro chondrogenesis of bone marrow mesenchymal stem cells and reduces inflammatory effect. J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2023;111(8):1557–1570. DOI: 10.1002/jbm.b.35254.Yan Y., Zhang W., Wu R., Guan T., Li Z., Tu Q. et al. Promising application of a novel biomaterial, light chain of silk fibroin combined with NT3, in repairment of rat sciatic nerve defect injury. Int. J. Biol. Macromol. 2023;240:124447. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.124447.Yan Y., Zhang W., Wu R., Guan T., Li Z., Tu Q. et al. Promising application of a novel biomaterial, light chain of silk fibroin combined with NT3, in repairment of rat sciatic nerve defect injury. Int. J. Biol. Macromol. 2023;240:124447. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.124447.Chan A.H.P., Filipe E.C., Tan R.P., Santos M., Yang N., Hung J. et al. Altered processing enhances the efficacy of small-diameter silk fibroin vascular grafts. Sci. Rep. 2019;9(1):17461. DOI: 10.1038/s41598-01953972-y.Chan A.H.P., Filipe E.C., Tan R.P., Santos M., Yang N., Hung J. et al. Altered processing enhances the efficacy of small-diameter silk fibroin vascular grafts. Sci. Rep. 2019;9(1):17461. DOI: 10.1038/s41598-01953972-y.Remuzzi A., Ene-Iordache B. Novel paradigms for dialysis vascular access: upstream hemodynamics and vascular remodeling in dialysis access stenosis. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2013;8(12):2186–2193. DOI: 10.2215/CJN.03450413.Remuzzi A., Ene-Iordache B. Novel paradigms for dialysis vascular access: upstream hemodynamics and vascular remodeling in dialysis access stenosis. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. 2013;8(12):2186–2193. DOI: 10.2215/CJN.03450413.Chiu J.J., Chien S. Effects of disturbed flow on vascular endothelium: pathophysiological basis and clinical perspectives. Physiol. Rev. 2011;91(1):327–387. DOI: 10.1152/physrev.00047.2009.Chiu J.J., Chien S. Effects of disturbed flow on vascular endothelium: pathophysiological basis and clinical perspectives. Physiol. Rev. 2011;91(1):327–387. DOI: 10.1152/physrev.00047.2009.Bonatti J., Oberhuber A., Schachner T., Zou Y., Hammerer-Lercher A., Mittermair R. et al. Neointimal hyperplasia in coronary vein grafts: pathophysiology and prevention of a significant clinical problem. Heart Surg. Forum. 2004;7(1):72–87. DOI: 10.1532/hsf.910.Bonatti J., Oberhuber A., Schachner T., Zou Y., Hammerer-Lercher A., Mittermair R. et al. Neointimal hyperplasia in coronary vein grafts: pathophysiology and prevention of a significant clinical problem. Heart Surg. Forum. 2004;7(1):72–87. DOI: 10.1532/hsf.910.Lavin B., Gómez M., Pello O.M., Castejon B., Piedras M.J., Saura M. et al. Nitric oxide prevents aortic neointimal hyperplasia by controlling macrophage polarization. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2014;34(8):1739– 1746. DOI: 10.1161/ATVBAHA.114.303866.Lavin B., Gómez M., Pello O.M., Castejon B., Piedras M.J., Saura M. et al. Nitric oxide prevents aortic neointimal hyperplasia by controlling macrophage polarization. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2014;34(8):1739– 1746. DOI: 10.1161/ATVBAHA.114.303866.Bahnson E.S., Koo N., Cantu-Medellin N., Tsui A.Y., Havelka G.E., Vercammen J.M. et al. Nitric oxide inhibits neointimal hyperplasia following vascular injury via differential, cell-specific modulation of SOD-1 in the arterial wall. Nitric Oxide. 2015;44:8–17. DOI: 10.1016/j.niox.2014.10.009.Bahnson E.S., Koo N., Cantu-Medellin N., Tsui A.Y., Havelka G.E., Vercammen J.M. et al. Nitric oxide inhibits neointimal hyperplasia following vascular injury via differential, cell-specific modulation of SOD-1 in the arterial wall. Nitric Oxide. 2015;44:8–17. DOI: 10.1016/j.niox.2014.10.009.Cai Y., Nagel D.J., Zhou Q., Cygnar K.D., Zhao H., Li F. et al. Role of cAMP-phosphodiesterase 1C signaling in regulating growth factor receptor stability, vascular smooth muscle cell growth, migration, and neointimal hyperplasia. Circ. Res. 2015;116(7):1120–1132. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.304408.Cai Y., Nagel D.J., Zhou Q., Cygnar K.D., Zhao H., Li F. et al. Role of cAMP-phosphodiesterase 1C signaling in regulating growth factor receptor stability, vascular smooth muscle cell growth, migration, and neointimal hyperplasia. Circ. Res. 2015;116(7):1120–1132. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.304408.Rotmans J.I., Velema E., Verhagen H.J., Blankensteijn J.D., de Kleijn D.P., Stroes E.S. et al. Matrix metalloproteinase inhibition reduces intimal hyperplasia in a porcine arteriovenous-graft model. J. Vasc. Surg. 2004;39(2):432–439. DOI: 10.1016/j.jvs.2003.07.009.Rotmans J.I., Velema E., Verhagen H.J., Blankensteijn J.D., de Kleijn D.P., Stroes E.S. et al. Matrix metalloproteinase inhibition reduces intimal hyperplasia in a porcine arteriovenous-graft model. J. Vasc. Surg. 2004;39(2):432–439. DOI: 10.1016/j.jvs.2003.07.009.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.