Анализ эффективности различных белковых покрытий для оптимизации эндотелизации полимерных матриксов

Обоснование. В связи с постоянным увеличением количества операций по восстановлению кровотока в пораженных сосудах актуальна разработка синтетических протезов. Одним из ключевых факторов их успешности является повышение адгезионных свойств внутренней поверхности, поскольку быстрая эндотелизация сосудистых протезов считается фактором, необходимым для предотвращения тромбозов и гипертрофии неоинтимы.

Цель исследования: определить влияние модификации поверхности полимерных матриксов фибрином, фибронектином или коллагеном I типа на адгезию и жизнеспособность эндотелиальных клеток.

Методология и методы исследования. Исследовали полимерные матриксы, изготовленные методом электроспиннинга из смеси поли(3-гидроксибутирата-ко-3-гидроксивалерата) и поли(ε-капролактона). Образцы матриксов покрывали коллагеном I типа, фибронектином или фибрином. Затем на матриксы заселяли эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC), культивировали 3 сут. В качестве контроля использовали немодифицированные матриксы и лунки культурального планшета. Жизнеспособность клеток оценивали сочетанной окраской Hoechst 33342 и этидиум бромидом. Метаболическую активность клеток изучали с помощью МТТ-теста. Адгезию клеток анализировали по окрашиванию на F-актин. Статистический анализ результатов выполняли в программе GraphPrism 7.0.

Результаты. Установлено, что по количеству адгезированных клеток и их метаболической активности матриксы с коллагеном не отличались от немодифицированных. Покрытие фибронектином продемонстрировало более высокие показатели адгезии клеток к поверхности. Однако достаточно высокий уровень гибели клеток в этой группе указывает на то, что подобная модификация не может в полной мере обеспечить нормальное функционирование клеток. Наконец, наилучшие результаты мы наблюдали при использовании фибринового покрытия, которое по показателям адгезии и жизнеспособности эндотелиальных клеток было сравнимо с культуральным пластиком.

Заключение. Модификация поверхности полимерных матриксов фибрином позволяет значительно улучшить их адгезионные свойства и может быть использована при разработке полимерных протезов сосудов малого диаметра.

1. Mathers C.D., Loncar D. Projections of global mortality and burden of disease from 2002 to 2030. PLoS Med. 2006;3(11):e442. DOI: 10.1371/journal.pmed.0030442.

2. Pashneh-Tala S., MacNeil S., Claeyssens F. The tissue-engineered vascular graft – past, present, and future. Tissue Eng. Part. B.: Rev. 2016;22(1):68–100. DOI: 10.1089/ten.teb.2015.0100.

3. Elliott M.B., Ginn B., Fukunishi T., Bedja D., Suresh A., Chen T. et al. Regenerative and durable small-diameter graft as an arterial conduit. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019;116(26):12710–12719. DOI: 10.1073/pnas.1905966116.

4. Shoji T., Shinoka T. Tissue engineered vascular grafts for pediatric cardiac surgery. Transl. Pediatr. 2018;7(2):188–195. DOI: 10.21037/tp.2018.02.01.

5. Abdulhannan P., Russell D.A., Homer-Vanniasinkam S. Peripheral arterial disease: a literature review. Br. Med. Bull. 2012;104:21–39. DOI: 10.1093/bmb/lds027.

6. Ardila D.C., Liou J.J., Maestas D., Slepian M.J., Badowski M., Wagner W.R. et al. Surface Modification of Electrospun Scaffolds for Endothelialization of Tissue-Engineered Vascular Grafts Using Human Cord Blood-Derived Endothelial Cells. J. Clin. Med. 2019;8(2):185. DOI: 10.3390/jcm8020185.

7. Assmann A., Delfs C., Munakata H., Schiffer F., Horstkötter K., Huynh K. et al. Acceleration of autologous in vivo recellularization of decellularized aortic conduits by fibronectin surface coating. Biomaterials. 2013;34:6015–6026. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.04.037.

8. Conklin B.S., Wu H., Lin P.H., Lumsden A.B., Chen C. Basic fibroblast growth factor coating and endothelial cell seeding of a decellularized heparin-coated vascular graft. Artif. Organs. 2004;28:668–675. DOI: 10.1111/j.1525-1594.2004.00062.x.

9. Flameng W., De Visscher G., Mesure L., Hermans H., Jashari R., Meuris B. Coating with fibronectin and stromal cell–derived factor-1α of decellularized homografts used for right ventricular outflow tract reconstruction eliminates immune response–related degeneration. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2014;147(4):1398–1404.e2. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2013.06.022.

10. Ханова М.Ю., Великанова Е.А., Глушкова Т.В., Матвеева В.Г. Создание персонифицированного клеточно-заселенного сосудистого протеза in vitro. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021;10(2):89–93. DOI: 10.17802/2306-1278-2021-10-2S-89-93.

11. Copes F., Pien N., Vlierberghe S.V., Boccafoschi F., Mantovani D. Collagen-Based Tissue Engineering Strategies for Vascular Medicine. Front. Bioeng. Biotechnol. 2019;7:166. DOI: 10.3389/fbioe.2019.00166.

12. Lynn A.K., Yannas I.V., Bonfield W. Antigenicity and immunogenicity of collagen. J. Biomed. Mater. Res. Part B. Appl. Biomater. 2004; 71:343–354. DOI: 10.1002/jbm.b.30096.

13. Smethurst P.A., Onley D J., Jarvis G.E., O’Connor M.N., Knight C.G., Herr A. B. et al. Structural basis for the platelet-collagen interaction: the smallest motif within collagen that recognizes and activates platelet glycoprotein VI contains two glycine-proline-hydroxyproline triplets. J. Biol. Chem. 2007;282(2):1296–1304. DOI: 10.1074/jbc.M606479200.

14. Dietrich M., Heselhaus J., Wozniak J., Weinandy S., Mela P., Tschoeke B. et al. Fibrin-based tissue engineering: Comparison of different methods of autologous fibrinogen isolation. Tissue Engineering. Part C: Methods. 2013;19(3):216–226. DOI: 10.1089/ten.tec.2011.0473.

15. Park C.H., Woo K.M. Fibrin-Based Biomaterial Applications in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Adv. Exp. Med. Biol. 2018;1064:253–261. DOI: 10.1007/978-981-13-0445-3_16.

16. Podolnikova N.P., Yakovlev S., Yakubenko V.P., Wang X., Gorkun O.V., Ugarova T.P. The interaction of integrin αIIbβ3 with fibrin occurs through multiple binding sites in the αIIb β-propeller domain. J. Biol. Chem. 2014;289(4):2371–2383. DOI: 10.1074/jbc.M113.518126.