Результаты долгосрочной проходимости биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра с атромбогенным лекарственным покрытием на модели овцы

Background. Preclinical tests of biodegradable small diameter vascular prostheses on a sheep model have been carried out.Aim. To assess the results of long-term patency and remodeling of biodegradable vascular prostheses based on polyhydroxybutyrate / valerate and polycaprolactone with an atrombogenic drug coating in a large laboratory animal model.Methods. We researched vascular prostheses made of polyhydroxybutyrate / valerate and polycaprolactone (PHBV/PCL) 4 mm in diameter with layer-by-layer vascular endothelial growth factor incorporated into the polymer framework, the main fibroblast growth factor, chemoattractant molecule containing SDF-1a (GFmix) surface, and additional modifying drug surface heparin and iloprost (PHBV/PCL/ GFmix/Heparin/Iloprost). Animals with implanted synthetic Gore-Tex vascular grafts with a diameter of 4 mm were included into a comparison group.Results. After one day of implantation it was revealed that the patency of biodegradable PHBV/PCL/GFmix/Heparin/Iloprost prostheses was 62.5%, while synthetic Gore-Tex prostheses were thrombosed in 100% of cases. At the same time, after 18 months of implantation, the patency of biodegradable vascular PHBV/PCL/ GFmix/Heparin/Iloprost prostheses decreased to 50%. Passable drug-eluting polymer grafts were completely resorbed after 18 months of implantation, and aneurysmically expanded newly formed vascular tissue was formed in their place.Conclusion. Vascular prostheses made of polyhydroxybutyrate/valerate and polycaprolactone showed better long-term patency results than synthetic prostheses used in the clinical practice. However, the strengthening of the external framework of the prostheses is required in order to prevent the formation of aneurysms. Актуальность. Проведены доклинические испытания биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра на модели овцы.Цель. Оценка результатов долгосрочной проходимости и ремоделирование биодеградируемых сосудистых протезов на основе полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона с атромбогенным лекарственным покрытием на модели крупных лабораторных животных.Материалы и методы. Исследованы сосудистые протезы из полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона (PHBV/PCL) диаметром 4 мм с послойно инкорпорированными в состав полимерного каркаса сосудистым эндотелиальным фактором роста, основным фактором роста фибробластов, хемоаттрактантной молекулой SDF-1а (GFmix) и дополнительной модификацией поверхности лекарственным покрытием, содержащим гепарин и илопрост (PHBV/PCL/GFmix/ гепарин/илопрост). В группу сравнения вошли животные с имплантированными синтетическими сосудистыми протезами Gore-Tex диаметром 4 мм. Результаты Через сутки после имплантации проходимость биодеградируемых протезов PHBV/PCL/GFmix/гепарин/илопрост составила 62,5%, тогда как синтетические протезы Gore-Tex тромбированы в 100% случаев. При этом через 18 мес. после имплантации проходимость биодеградируемых сосудистых протезов PHBV/PCL/GFmix/гепарин/илопрост снизилась до 50%. Проходимые полимерные графты с лекарственным покрытием полностью резорбировались через 18 мес. после имплантации, а на их месте сформировалась аневризматически расширенная новообразованная сосудистая ткань.Заключение. Сосудистые протезы из полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона показали лучшие результаты долгосрочной проходимости, чем синтетические протезы, используемые в клинической практике, однако требуется усиление внешнего каркаса протезов с целью предупреждения аневризм

Deformation Behavior under Static and Cyclic Tension of Polymer Grafts without and after Modification by RGD Peptides

The structure, mechanical properties, and deformation behavior under static and cyclic tension of biofunctionalized biodegradable vascular grafts based on polyhydroxybutyrate/valerate and polycaprolactone were studied. It is shown that the modification gives rise to an almost twofold decrease of the elongation at break as well as the ultimate strength. It is shown that under cyclic loading the modification of grafts results in decreasing cyclic durability by more than twice. In doing so, the level of deforming stress decreases to a much lesser extent and is practically inferior to that for unmodified material. The analysis of principal strain [epsilon]1 and [epsilon]2 component distribution patterns in grafts of both types is carried out while the reason for the observed changes is discussed

Сосудистые протезы с противомикробным покрытием: экспериментальные разработки и внедрение в клиническую практику

Prosthetic vascular graft infections, followed by severe complications and high mortality rates, remain one of the main issues in cardiovascular surgery. Therefore, the development of antimicrobial coating for vascular prostheses that is capable of preventing the infection is a very relevant field. This review outlines the main factors of development of antibiotic-resistant bacteria, the main directions in the development of vascular prostheses with an antimicrobial coating, and the prospects for the application of antimicrobial peptides and cationic amphiphiles as antimicrobial coating to develop an infection-resistant vascular prosthesis.Цель. Одна из проблем сердечно-сосудистой хирургии - инфицирование сосудистого протеза, сопровождающееся тяжелыми осложнениями и высокими показателями смертности. Создание сосудистых протезов с антимикробным покрытием, способным защитить имплантат от инфицирования, является очень актуальным направлением. В настоящем обзоре освещены причины возникновения антибиотикорезистентности, описаны основные существующие направления создания сосудистых протезов с противомикробным покрытием, обозначены перспективы использования антимикробных пептидов и катионных амфифилов при создании антимикробного покрытия, к которому у патогенных микроорганизмов не развивается резистентности

Биодеградируемый сосудистый протез малого диаметра: виды модифицирования биологически активными молекулами и RGD-пептидами

The need for small-diameter grafts for replacing the damaged area of the blood pool is still very high. These grafts are very popular for coronary artery bypass grafting. Polymeric synthetic grafts are an alternative to autografts. A promising area of tissue engineering is the creation of a biodegradable graft. It can serve as the basis for de novo generation of vascular tissue directly in the patient’s body. Optimization of the polymer composition of products has led to improved physicomechanical and biocompatible properties of the products. However, the improvements are still far from needed. One of the decisive factors in the reliability of a small-diameter vascular graft is the early formation of endothelial lining on its inner surface, which can provide atrombogenic effect and full lumen of the future newly formed vessel. To achieve this goal, grafts are modified by incorporating bioactive molecules or functionally active peptide sequences into the polymer composition or immobilizing on its inner surface. Peptide sequences include cell adhesion site – arginine-glycine-aspartic acid (RGD peptide). This sequence is present in most extracellular matrix proteins and has a tropism for integrin receptors of endothelial cells. Many studies have shown that imitation of the functional activity of the natural extracellular matrix can promote spontaneous endothelization of the inner surface of a vascular graft. Moreover, configuration of the RGD peptide determines the survival and differentiation of endothelial cells. The linker through which the peptide is crosslinked to the polymer surface determines the bioavailability of the RGD peptide for endothelial cells.На сегодняшний день остается высокой потребность в протезах малого диаметра для замещения поврежденного участка кровеносного бассейна, в частности, таковые активно применяются при аортокоронарном шунтировании. В качестве альтернативы аутотрансплантатам выступают синтетические графты на основе полимеров. Перспективным направлением тканевой инженерии является создание биоразлагаемого графта, который может послужить основой для формирования сосудистых тканей de novo непосредственно в организме пациента. Оптимизация полимерного состава изделий уже привела к улучшению как физико-механических, так и биосовместимых свойств изделий, но все же они далеки от требуемых. Одним из решающих факторов надежности сосудистого трансплантата малого диаметра является скорейшее образование эндотелиальной выстилки на его внутренней поверхности, что может обеспечить атромбогенный эффект и полноценный просвет будущего новообразованного сосуда. Для достижения данной цели проводят модифицирование графтов посредством включения в полимерный состав или иммобилизацию на его внутреннюю поверхность биоактивных молекул либо функционально активных пептидных последовательностей. К последним относится сайт клеточной адгезии – аргинин – глицин – аспарагиновая кислота (или RGD-пептид), которая присутствует в большинстве белков экстрацеллюлярного матрикса и имеет тропность к интегриновым рецепторам эндотелиальных клеток. Имитация функциональной активности естественного экстрацеллюлярного матрикса может способствовать спонтанной эндотелизации внутренней поверхности сосудистого протеза, что демонстрируют результаты многих исследований. При этом конфигурация RGD-пептида определяет выживаемость и дифференцировку эндотелиальных клеток, а линкер, через который пептид сшит с полимерной поверхностью, определяет биодоступность RGD-пептида для эндотелиальных клеток

IN SITU VASCULAR TISSUE REMODELING USING BIODEGRADABLE TUBULAR SCAFFOLDS WITH INCORPORATED GROWTH FACTORS AND CHEMOATTRACTANT MOLECULES

Background Currently, the search for the bioactive molecules capable of promoting formation of the vascular tissue is still ongoing. We have previously demonstrated that incorporation of the growth factors and chemoattractant molecules into the biodegradable tubular scaffolds can increase their primary patency upon the implantation into rat abdominal aorta. However, further studies are required to investigate tissue remodeling using functionalized vascular grafts with the same diameter as a replaced native vessel. Aim To investigate the specific aspects of de novo vascular tissue formation and calcification employing rat abdominal aorta interposition model and vascular grafts with 1.5 mm diameter with incorporated vascular endothelial growth factor (VEGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), and stromal cell-derived factor (SDF)-1α. Methods Tubular grafts with a diameter of 1.5 mm were blended of poly(3-hydroxybutyrateco-3-hydroxyvalerate) and poly(ε-caprolactone) (PHBV/PCL). Grafts without growth factors were fabricated using standard electrospinning technique whilst grafts with incorporated growth factors were prepared utilizing emulsion electrospinning. VEGF was incorporated into the inner third, whereas bFGF and SDF-1α were incorporated into the outer two-thirds of the graft. Grafts were implanted into the abdominal aortas of Wistar rats for 1, 3, 6, and 12 months following scanning electron microscopy along with histological and immunofluorescent examination. Results Primary patency of the grafts with VEGF, bFGF, and SDF-1α reached 93% indicative of structural integrity of the vascular tissue. Neither signs of inflammation nor severe calcification was detected. Conclusion As in 2 mm diameter vascular grafts, incorporation of bioactive factors into 1.5 mm diameter grafts increased their long-term primary patency and improved vascular tissue formation in comparison with non-modified grafts.  Background Currently, the search for the bioactive molecules capable of promoting formation of the vascular tissue is still ongoing. We have previously demonstrated that incorporation of the growth factors and chemoattractant molecules into the biodegradable tubular scaffolds can increase their primary patency upon the implantation into rat abdominal aorta. However, further studies are required to investigate tissue remodeling using functionalized vascular grafts with the same diameter as a replaced native vessel. Aim To investigate the specific aspects of de novo vascular tissue formation and calcification employing rat abdominal aorta interposition model and vascular grafts with 1.5 mm diameter with incorporated vascular endothelial growth factor (VEGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), and stromal cell-derived factor (SDF)-1α. Methods Tubular grafts with a diameter of 1.5 mm were blended of poly(3-hydroxybutyrateco-3-hydroxyvalerate) and poly(ε-caprolactone) (PHBV/PCL). Grafts without growth factors were fabricated using standard electrospinning technique whilst grafts with incorporated growth factors were prepared utilizing emulsion electrospinning. VEGF was incorporated into the inner third, whereas bFGF and SDF-1α were incorporated into the outer two-thirds of the graft. Grafts were implanted into the abdominal aortas of Wistar rats for 1, 3, 6, and 12 months following scanning electron microscopy along with histological and immunofluorescent examination. Results Primary patency of the grafts with VEGF, bFGF, and SDF-1α reached 93% indicative of structural integrity of the vascular tissue. Neither signs of inflammation nor severe calcification was detected. Conclusion As in 2 mm diameter vascular grafts, incorporation of bioactive factors into 1.5 mm diameter grafts increased their long-term primary patency and improved vascular tissue formation in comparison with non-modified grafts

МОДИФИКАЦИЯ RGD-ПЕПТИДАМИ СОСУДИСТЫХ ГРАФТОВ МАЛОГО ДИАМЕТРА ИЗ ПОЛИКАПРОЛАКТОНА: РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Abstract. To endow the luminal surface of the vascular grafts of functional, we applied arginine-glycineaspartic acid (RGD)-containing peptides, which are the ligands for integrins.The aim to study the effect of modification of small-diameter vascular grafts from polycaprolactone on the patency, speed and quality of endothelization of the internal surface after implantation of grafts into the abdominal part of the aorta of small laboratory animals by the RGD peptides.Materials and methods.Vascular grafts diameter 2 mm were fabricated of poly(ε-caprolactone) (PCL) using electrospinning following optional conjugation with RGD peptides by the method of carbodiimide binding. The surface morphology, physical-mechanical properties of PCL and PCL-RGD grafts was studied before implantation. Either PCL and PCL-RGD grafts were implanted into abdominal aorta of rats for 1, 3, 6, or 9 months following explantation along with the adjacent aortic regions and further histological and immunofluorescence examination.Results. We found that immobilization of RGD peptides at the luminal surface did not alter structure and mechanical properties of PCL grafts. Primary patency of the RGD-treated grafts was 50% higher while the prevalence of inflammation was 2-fold lower compared to PCL grafts at all the time points. Moreover, we identified CD31+vWF+ cells at the luminal surface of RGD-PCL grafts as early as 1 month postimplantation in comparison with 3 months postimplantation in PCL grafts.Conclusion. Immobilization of RGD peptides at the PCL grafts increases the primary grafts patency, induces rapid endothelialization and decreases granulomatous inflammation. Резюме. Для придания поверхности полимерных сосудистых графтов функциональной активности использованы RGD-пептиды, являющиеся сайтами связывания с интегриновыми рецепторами клеток.Цель исследования. Изучить влияние модификации RGD-пептидами сосудистых графтов малого диаметра из поликапролактона на проходимость, скорость и качество эндотелизации внутренней поверхности после имплантации графтов в брюшную часть аорты мелких лабораторных животных.Материалы и методы. Графты диаметром 2 мм были изготовлены методом электроспиннинга из поликапролактона (PCL графты). Поверхность графтов была модифицирована RGD-пептидами посредством карбодиимидного связывания (PCL-RGD графты). До имплантации исследована морфология поверхности, физико-механические и вязкоэластические свойства PCL и PCL-RGD графтов. PCL (n=16) и PCL-RGD графты (n=16) имплантировали в брюшную аорту крыс на 1, 3, 6, 9 месяцев, с последующим изучением гистологической и иммунофлуоресцентной картины.Результаты. Морфология поверхности и вязкоэластические свойства PCL и PCL-RGD графтов не имели существенных различий. Проходимость PCL-RGD графтов на всех сроках имплантации была на 50% выше по сравнению с PCL, а частота развития гранулематозного воспаления - в среднем, в 2 раза меньше. Присутствие на внутренней поверхности PCL-RGD графтов эндотелиальных клеток с фенотипом CD31+vWF+ зарегистрировано уже через 1 месяц имплантации, на PCL-графтах - через 3 месяца.Заключение. Модификация PCL-графтов RGD-пептидами способствовала повышению проходимости графтов, более ранней эндотелизации внутренней поверхности, а также снижению выраженности гранулематозного воспаления.

Формирование монослоя эндотелиальных клеток на поверхности сосудистого протеза малого диаметра в условиях потока

Objective: to create a cell-populated small-diameter vascular graft (SDVG) using autologous endothelial cells and extracellular matrix proteins, and to evaluate the efficiency of endothelial cell monolayer formation during shear stress preconditioning in a SDVG.Materials and methods. PHBV/PCL tubular scaffolds of vascular grafts were made by electrospinning from a mixture of polyhydroxybutyrate-valerate (PHBV) copolymer and polycaprolactone (PCL) and modified with fibrin. To populate the graft, an endothelial cell culture was isolated from the blood of patients with coronary heart disease. Phenotyping of endothelial colony-forming cell (ECFC) culture was performed by flow cytometry and immunofluorescence microscopy. Cell proliferative and angiogenic activity were also studied. Cell-populated vascular scaffolds were cultured in a pulsatile flow setup with a final shear stress of 2.85 dyne/cm2. The effect of pulsatile flow on monolayer formation was assessed by immunofluorescence, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and whole-transcriptome RNA sequencing.Results. Under the influence of pulsatile flow, endothelial cells that were seeded into the tubular scaffold showed an increase in the expression level of endothelial profile proteins, focal adhesion and cytoskeleton. In contrast to endothelial cell culture on a vascular graft surface under static conditions, when cultured under pulsatile flow with 2.85 dyne/ cm2 shear stress, endothelial lining cells have an increased ability to adhere and are oriented along the pulsatile flow path. Whole-transcriptome RNA sequencing showed that induced shear stress increased expression levels of differentially expressed genes encoding proteins that ensure vascular development, endothelial integrity, and endothelial metabolism. A protocol for fabrication of a personalized cell-populated biodegradable SDVG under pulsatile flow conditions was developed.Conclusion. The use of autologous fibrin and ECFC culture, as well as shear stress preconditioning, allow to obtain a personalized cell-populated SDVG with continuous functional endothelial monolayer adapted to the flow.Цель: создать клеточнозаселенный сосудистый протез малого диаметра с использованием аутологичных эндотелиальных клеток и белков внеклеточного матрикса и оценить эффективность формирования эндотелиального монослоя при прекондиционировании напряжением сдвига в сосудистом протезе малого диаметра.Материалы и методы. Методом электроспиннинга из смеси полигидроксибутирата/валерата (PHBV) и поликапролактона (PCL) изготовлены PHBV/PCL-трубчатые каркасы протезов сосудов и модифицированы фибрином. Для заселения в протезы из крови пациентов с ишемической болезнью сердца выделили культуру эндотелиальных клеток. Фенотипирование культуры колониеформирующих эндотелиальных клеток (КФЭК) проводили методом проточной цитометрии и иммунофлуоресцентной микроскопии, также исследовали пролиферативную и ангиогенную активность клеток. Клеточнозаселенные сосудистые каркасы культивировали в установке пульсирующего потока с итоговым напряжением сдвига 2,85 дин/см2. Влияние пульсирующего потока на формирование монослоя оценивали методами иммунофлуоресцентной, сканирующей электронной, атомной силовой микроскопии, полнотранскриптомным секвенированием.Результаты. Под влиянием пульсирующего потока эндотелиальные клетки, заселенные в трубчатый каркас, продемонстрировали увеличение уровня экспрессии белков эндотелиального профиля, фокальной адгезии и цитоскелета. Выявлены преимущества культивирования клеточнозаселенных сосудистых протезов в условиях пульсирующего потока с напряжением сдвига 2,85 дин/см2 в сравнении со статическими условиями, что отразилось на формировании устойчивой адгезии эндотелиальных клеток, а также цитоскелетных перестройках. Полнотранскриптомное секвенирование показало, что напряжение сдвига индуцировало повышение уровня экспрессии дифференциально экспрессируемых генов, кодирующих белки, обеспечивающие развитие сосудов, целостность эндотелия, эндотелиальный метаболизм. Разработан протокол изготовления персонифицированного клеточнозаселенного биодеградируемого сосудистого протеза малого диаметра в условиях пульсирующего потока.Заключение. Использование аутологичных фибрина и культуры КФЭК и прекондиционирование напряжением сдвига позволяют получить персонифицированный клеточнозаселенный сосудистый протез малого диаметра с непрерывным функциональным эндотелиальным монослоем, адаптированным к потоку

Оценка биосовместимости и антимикробных свойств биодеградируемых сосудистых протезов различного полимерного состава с атромбогенным и противомикробным лекарственным покрытием

Creation of vascular grafts with atrombogenic and antimicrobial coating is a very important area.Objective: to evaluate the biocompatibility and antimicrobial properties of biodegradable vascular grafts of various polymer compositions with atrombogenic and antimicrobial drug coating.Materials and methods. Modification of the surface of the biodegradable vascular grafts was performed through complexation with polyvinylpyrrolidone, which was polymerized with polymer scaffold surface by means of ionizing radiation at 10 and 15 kGy. Physical and mechanical properties, as well as hemocompatibility were evaluated. Bacteriological studies were carried out using test strains of gram-negative and gram-positive microorganisms: Klebsiella pneumoniae spp. ozaena No. 5055, Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Proteus mirabillis ATCC3177, Pseudomonas aeruginosa.Results. There was no influence of modifying manipulations with ionizing radiation on the physical and mechanical characteristics of biodegradable prostheses. Vascular grafts with atrombogenic and antimicrobial coatings exhibited atrombogenic properties upon contact with blood, reducing platelet aggregation by 5–7 times (p < 0.05). Also decrease in adhesion and platelets deformation index was found on the surface of drug-eluting scaffolds (for PCL-based prostheses, the latter decreased by 1.9 times relative to unmodified counterparts (p < 0.05), for PHBV/PCL-based prostheses – by 1.3 times relative to unmodified counterparts and 1.5 times relative to scaffolds with polyvinylpyrrolidone (p < 0.05). Bacteriological studies revealed a local inhibitory effect in the place where scaffolds with cationic amphiphile were applied on agar. No growth retardation zones were identified. Polymeric composition of the scaffolds and the used dose of ionizing radiation did not lead to a difference in the bacteriostatic properties of the scaffolds with amphiphile.Conclusion. A full cycle of surface modification of biodegradable polymer prostheses based on both PCL and РHBV/PCL composition resulted in significant increase in the atrombogenic and antimicrobial properties of prostheses and did not worsen the physical-mechanical and biocompatible properties of the structures being developed.Создание сосудистых протезов с атромбогенным и противомикробным покрытием является очень актуальным направлением.Цель. Оценить биосовместимость и антимикробные свойства биодеградируемых сосудистых протезов различного полимерного состава с атромбогенным и противомикробным лекарственным покрытием.Материалы и методы. Модифицирование поверхности биодеградируемых сосудистых протезов проведено через комплексообразование с поливинилпирролидоном, который был полимеризован с поверхностью полимерных каркасов посредством ионизирующего излучения в 10 и 15 кГр. Оценены физико-механические свойства и гемосовместимость. Проведены бактериологические исследования с использованием тест-штаммов грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов: Klebsiella pneumoniae spp. ozaena № 5055, Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus АTCC 25923, Proteus mirabillis ATCC3177, Pseudomonas aeruginosa ATCC27853.Результаты. Отмечено отсутствие влияния модифицирующих манипуляций с участием ионизирующего излучения на физико-механические характеристики биодеградируемых протезов. Сосудистые протезы с атромбогенным и противомикробным покрытием проявляли атромбогенные свойства при контакте с кровью, в 5–7 раз снижая агрегацию тромбоцитов (p < 0,05). Также на поверхности матриксов с лекарственным покрытием выявлено снижение адгезии и индекса деформации тромбоцитов (для протезов на основе PCL последний уменьшился в 1,9 раза относительно немодифицированных аналогов (p < 0,05), на основе PHBV/PCL – в 1,3 раза относительно немодифицированных аналогов и в 1,5 раза относительно матриксов с поливинилпирролидоном (p < 0,05). При проведении бактериологических исследований обнаружено местное ингибирующее действие в месте наложения на агар матриксов с катионным амфифилом. Зон задержки роста не выявлено. Полимерный состав матриксов и использованная доза ионизирующего излучения не привели к разнице в бактериостатических свойствах матриксов с амфифилом.Заключение. Проведение полного цикла модифицирования поверхности полимерных биодеградируемых протезов на основе как PCL, так и композиции РHBV/PCL, привело к значимому повышению атромбогенных и противомикробных свойств протезов и не ухудшило физико-механические и биосовместимые свойства разрабатываемых конструкций

ТКАНЕИНЖЕНЕРНЫЙ МАТРИКС, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ МОЛЕКУЛАМИ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТКАНЕЙ

Search of an ideal polymer for the preparation of the artificial scaffolds is an important goal of vascular tissue engineering. Biofunctionalization of the scaffolds may assist in creation of the bioactive environment at the site of implantation. Combination of biodegradable polymers and growth factors may be an appropriate approach for the directed regeneration of the vascular tissues.Purpose. To assess tissue reaction to nonwoven scaffolds prepared from poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV)/polycaprolactone (PCL) with vascular endothelial growth factor (VEGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), and stromal-derived growth factor-1α (SDF -1α) implanted into the rat pericardial sac.Materials and methods. Nonwoven PHBV/PCL scaffolds with and without VEGF, bFGF, and SDF -1α were prepared using electrospinning and implanted into the rat pericardial sac for 2 weeks, 1, 2, and 3 months with the further histological examination.Results. Implantation of the scaffolds did not cause any inflammatory reaction. We detected an active neoangiogenesis in both PHBV/PCL/VEGF and PHBV/PCL/SDF -1α scaffolds and adjacent tissues at all the time points. Moreover, we observed a considerable cell infiltration and production of extracellular matrix in PHBV/PCL/SDF -1α scaffolds. PHBV/PCL/bFGF scaffolds were colonized by fibroblasts and were surrounded by a connective tissue capsule. Therefore, growth factors retained their bioactivity in the tissues during the whole time of the experiment.Conclusions. Incorporation of the growth factors into biodegradable polymers is an appropriate approach for the creation of thetissue engineered scaffolds for directed tissue regeneration. VEGF, bFGF, and SDF -1α may be used for the creation of biodegradable vascular graft promoting de novo formation of the vascular tissue after the implantation.Важной задачей тканевой инженерии кровеносных сосудов является поиск материалов для изготовления искусственного матрикса, применяемого в качестве основы для восстановления тканей. Особый интерес представляет модификация матриксов для создания биологически активной среды в месте имплантации. Возможным решением данной проблемы может стать комбинирование биодеградируемых полимеров, ростовых факторов и хемоаттрактантных молекул.Цель. Оценить реакцию окружающих тканей на нетканные матриксы из полигидроксибутирата/валерата (ПГБВ) и поликапролактона (ПКЛ) с VEGF, bFGF и SDF -1α, имплантированные на переднюю поверхность сердца крыс.Материалы и методы. Нетканные матриксы ПГБВ/ПКЛ, немодифицированные и модифицированные сосудистым эндотелиальным фактором роста (VEGF), основным фактором роста фибробластов (bFGF) или хемоаттрактантной молекулой SDF -1α, изготавливали методом двухфазного электроспиннинга и имплантировали на переднюю поверхность сердца крыс сроком на 2 недели, 1, 2 и 3 месяца. По истечении срока наблюдения матриксы эксплантировали с прилежащими тканями и проводили гистологическое исследование.Результаты. Имплантация пустых и биофункционализированных ПГБВ/ПКЛ-матриксов не вызывала местной воспалительной реакции. В матриксах с VEGF и прилежащих к ним тканях отмечали активный ангиогенез на протяжении 3 месяцев. Образцы этой группы отличались умеренной клеточной инфильтрацией. ПГБВ/ПКЛ+bFGF-матриксы были значительно заселены фибробластами и окружены наиболее выраженной соединительнотканной капсулой. В матриксах с инкорпорированным SDF -1α наблюдали активную инфильтрацию клетками, синтезирующими внеклеточный матрикс, и неоангиогенез с образованием более крупных кровеносных сосудов относительно всех исследуемых образцов. Таким образом, инкорпорированные молекулы после высвобождения из матрикса проявляли биологическую активность в окружающих тканях в течение всего эксперимента.Заключение. Введение ростовых факторов и хемоаттрактантных молекул в биодеградируемые полимеры позволяет создавать тканеинженерные матриксы, обладающие бионаправленностью своего действия. Данный подход с использованием VEGF, bFGF и SDF -1α может быть использован в разработке функционально активного биодеградируемого сосудистого графта, способствующего формированию in situ ткани de novo после имплантации

БИОДЕГРАДИРУЕМЫЙ СОСУДИСТЫЙ ПРОТЕЗ С АРМИРУЮЩИМ ВНЕШНИМ КАРКАСОМ

Background. Tissue-engineered vascular grafts can be reinforced by a biostable or biodegradable polymer sheath. A combination of electrospinning, routinely used for fabrication of biodegradable tubular grafts, and the layer-by-layer coating allows forming a polymeric sheath ensuring long-term integrity and high biocompatibility of the vascular grafts after the implantation. Aim To evaluate mechanical properties and in vivo performance of biodegradable small-diameter vascular grafts with a reinforcing sheath.Methods. Tubular grafts (4 mm diameter) were fabricated from poly(3-hydroxybutyrate-co3-hydroxyvalerate) and poly(ε-caprolactone) by emulsion electrospinning with the incorporation of vascular endothelial growth factor (VEGF) into the inner third of the graft and basic fibroblast growth factor (bFGF) along with stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α) into the outer two thirds of the graft wall. Poly(ε-caprolactone) sheath was formed by the layer-by-layer coating. Upon graft fabrication, scanning electron microscopy was performed to assess the grafts’ surface, tensile testing allowed evaluating mechanical properties. The samples were implanted into the ovine carotid artery (n = 5 animals) for 12 months with the subsequent histological examination.Results. Sintering temperature of 160°C during the extrusion allowed effective and delicate merging of poly(ε-caprolactone) coating with the outer surface of the poly(3hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/poly(ε-caprolactone) tubular graft. The thickness of poly(ε-caprolactone) fiber was 380–400 μm, the increment of the reinforcing filament was 1 mm. The reinforcing sheath led to a 3-fold increase in durability and elastic modulus of the vascular grafts. At the 12-months follow-up, the grafts reported retained integrity. No signs of inflammation or calcification were found.Conclusion. The poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) and poly(ε-caprolactone) vascular grafts with hierarchically incorporated growth factors and the reinforced poly(ε-caprolactone) spiral sheath demonstrated improved mechanical properties while retaining integrity and high biocompatibility after the long-term implantation into the ovine carotid artery.Актуальность. Основные способы укрепления стенки тканеинженерного сосудистого графта представляют собой использование армирующих конструкций, изготовленных из биостабильных или биодеградируемых полимеров. Однако совмещение метода электроспиннинга с целью изготовления биодеградируемого трубчатого каркаса и метода послойного наплавления армирующей нити для создания внешнего армирующего каркаса требует оценки сохранения единства конструкции в ходе долгосрочной имплантации, а также реакции окружающих тканей на армирующее покрытие.Цель. Разработать технологию изготовления биодеградируемого сосудистого протеза малого диметра с внешним армирующим покрытием и оценить состоятельность разработанной конструкции в эксперименте.Материалы и методы. Методом двухфазного электроспиннинга из полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона (PHBV/PCL) изготовлены трубчатые каркасы диаметром 4,0 мм с послойным введением в структуру графта дифференцировочных факторов (GF mix): VEGF – во внутреннюю 1/3 стенки, bFGF и SDF-1a – во внешние 2/3 стенки. Внешний спиралевидный каркас из PCL изготавливали методом послойного наплавления. Изучены физико-механические свойства и структура поверхности разработанных конструкций. Сосудистые графты с армирующим внешним каркасом имплантированы в сонную артерию пяти овец сроком на 12 месяцев с последующим изучением эксплантированных образцов с помощью сканирующей электронной микроскопии и гистологических методов исследования.Результаты. Выбор температурного режима спекания 160 ᵒС в процессе экструзии позволил интимно и без повреждения зон, свободных от армирующего покрытия, соединить нить PCL с наружной поверхностью трубчатого каркаса PHBV/ PCL/GFmix. Получали PCL нить толщиной 380–400 мкм, шаг спирали армирующего каркаса составил 1 мм. Наличие армирующего каркаса в 3 раза повысило прочность на разрыв и модуль Юнга графтов в поперечном направлении. Спустя 12 месяцев имплантации целостность конструкции сохранялась, существенной резорбции внешнего армирующего каркаса не выявлено, в тканях, окружавших нити каркаса, отсутствовало воспаление и кальцификация.Заключение. В ходе долгосрочной имплантации сохранено единство биодеградируемого сосудистого протеза PHBV/PCL/GF mix с внешним армирующим спиралевидным каркасом из PCL. Результаты гистологического исследования свидетельствуют о высокой биосовместимости разработанной конструкции