Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы криобиологии и криомедицины |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68734 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов / А.Г. Попандопуло, М.В. Петрова // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2013. — Т. 23, № 3. — С. 275-278. — Бібліогр.: 5 назв. — рос., англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859866777517817856 |
|---|---|
| author | Попандопуло, А.Г. Петрова, М.В. |
| author_facet | Попандопуло, А.Г. Петрова, М.В. |
| citation_txt | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов / А.Г. Попандопуло, М.В. Петрова // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2013. — Т. 23, № 3. — С. 275-278. — Бібліогр.: 5 назв. — рос., англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы криобиологии и криомедицины |
| first_indexed | 2025-12-07T15:48:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 616.12-089.844:615.477.2
А.Г. Попандопуло, М.В. Петрова*
Исследование физических свойств и морфологических характеристик
бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов#
UDC 616.12-089.844:615.477.2
A.G. Popandopulo, M.V. Petrova*
Examination of Physical Properties and Morphological Characteristics of
Cell-Free Matrix of Vascular-Valve Bioprosthesis#
Ключевые слова: тканевая инженерия, децеллюляризация, ксенографт, экстрацеллюлярный матрикс.
Ключові слова: тканинна інженерія, децелюляризація, ксенографт, екстрацелюлярний матрикс.
Key words: tissue engineering, decellularization, xenograft, extracellular matrix.
*Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию:
пр-т Ленинский, 47; г. Донецк 83045;
электронная почта: pmv-07@yandex.ru
*To whom correspondence should be addressed:
47, Leninsky ave., Donetsk, Ukraine 83045;
e-mail: pmv-07@yandex.ru
V.K. Gusak Institute of Urgent and Recovery Surgery of the Natio-
nal Academy of Medical Sciences of Ukraine, Donetsk, Ukraine
ГУ «Институт неотложной и восстановительной хирургии
им. В.К. Гусака НАМН Украины», г. Донецк, Украина
Поступила 15.06.2013
Принята в печать 30.08.2013
Проблемы криобиологии и криомедицины. – 2013. – Т. 23, №3. – С. 275–278.
© 2013 Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины
Received June, 15, 2013
Accepted August, 30, 2013
Problems of Cryobiology and Cryomedicine. – 2013. – Vol. 23, Nr. 3. – P. 275–278.
© 2013 Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine
Ежегодно болезни системы кровообращения уно-
сят жизни миллионов людей, лидируя на протяжении
последних двух десятилетий среди причин смерти.
Все чаще, обсуждая эту ситуацию, специалисты назы-
вают ее современной эпидемией смертности от
сердечно-сосудистых заболеваний. По данным ВОЗ
в 2008 г. в мире от сердечно-сосудистых заболеваний
умерло 17,5 млн человек (30% всех заболеваний)
[4]. Часто единственно возможным вариантом спасе-
ния жизни пациента является замена поврежденного
участка органа протезом.
Создание такого заменителя предполагает его зна-
чительную схожесть по структуре и функции с естест-
венным клапаном или сосудом, что вполне реально
благодаря развитию тканевой инженерии [2, 5]. При-
мером такого заменителя являются децеллюляри-
зованные аллогенные или ксеногенные трансплантаты.
Однако для полноценного выполнения своих функций
будущий трансплантат наравне с минимизацией
клеточной составляющей донорской ткани должен
обладать неизмененной структурой внеклеточного
каркаса.
Межклеточный матрикс образует каркас органа и
является универсальным «биологическим клеем»,
участвует в регуляции водно-солевого обмена. Его
значение для нормального функционирования органа
сложно переоценить. Таким образом, при условии
сохранения матриксом морфофункциональных и
физико-механических свойств можно предположить,
Each year, cardiovascular diseases claim the lives of
millions of people, and are the prevailing cause of death
for last two decades. More and more often the experts
discussing the situation call it contemporary deathful
epidemic of cardiovascular diseases. According to the
WHO, in 2008 the world count of fatal cases caused by
cardiovascular diseases reached 17.5 million people (30%
of all diseases) [4]. Often the only option to save a pa-
tient’s life is a replacing the injured part of an organ by
prosthesis.
The creation of such a substitute implies a high
similarity in structure and function to the natural valve
or vessel, which is entirely possible due to the develop-
ment of tissue engineering [2, 5]. As an example of such
substitutes could serve decellularized allogeneic or xeno-
geneic transplants. However, to perform its functions
in full, the supposed graft along with the minimal content
of cells from donor tissue should have an unchanged
structure of extracellular matrix.
Intercellular matrix forms the framework of an organ
and is an universal ‘biological glue’, also it is involved
into the regulation of water-salt metabolism. Its impor-
tance for the normal functioning of the organ is difficult
to overstress. Thus, upon preservation of matrix mor-
phofunctional and physico-mechanical properties it can
be assumed as suitable for further use as scaffold for
cardiovascular prosthesis.
The purpose of the study was to obtain morpho-
logically unchanged cell-free matrix for vascular graft
день стволовой клетки. краткое сообщение stem cell day. short communication
#This reseach was presented at minisymposium Stem Cell Day, held
in Kiev, Ukraine, on the 24th of May, 2013.
#Данное исследование было представлено на минисимпозиуме
«День стволовой клетки», проходившем 24 мая 2013 года в
г. Киеве.
что он пригоден для дальнейшего использования в
качестве каркаса сердечно-сосудистого протеза.
Цель исследования – получение морфологически
неизменного бесклеточного матрикса сосудисто-
клапанного графта, способного к адекватному упру-
гопрочностному ответу на прогнозируемое физичес-
кое воздействие in vivo.
Исследование проводили с использованием сер-
дец 4–6-месячных свиней. Сосудисто-клапанные
графты выделяли в стерильных условиях в среднем
через 4 ч после забора сердца. В течение после-
дующих 2-х суток полученные образцы подвергали
воздействию апоптоз-индуцирующего раствора
ЭДТА («Sigma», США) в концентрации 10 мМ. По
истечении указанного времени экспозиции образцы
тщательно отмывали в среде с содержанием солей в
концентрации, близкой к физиологической. Контроль-
ная (интактная) группа образцов не подвергалась
действию апоптоз-индуцирующего раствора.
Образцы затем окрашивали согласно стандарт-
ным методикам гематоксилином и эозином, по Вер-
гофу для оценки состояния эластических волокон, а
также проводили PAS-реакцию для оценки состоя-
ния коллагеновых волокон. Физико-механические
свойства матрикса (прочность и эластичность сосу-
дистой стенки) изучали при помощи специальной на-
гнетательной установки [1]. Тестируемый графт за-
крепляли на ниппеле диаметром, соответствовавшем
диаметру имплантата; края сосуда плотно фиксирова-
ли нитью, а затем с малой скоростью нагнетали воз-
дух в сосуд до момента его разрыва и получали диаг-
раммы зависимости давления разрыва от времени.
Протекание апоптоза приводит к появлению опре-
деленных морфологических признаков, которые мож-
но увидеть с помощью световой микроскопии [3].
valve capable of adequate elastic-strengh response to
the supposed physical impact in vivo.
The study was performed using the hearts of 4–6-
month-old pigs. Vascular and valvular grafts were isolated
under sterile conditions, 4 hours after the excision of
the heart in average. During the subsequent 2 days the
samples were exposed to an apoptosis-inducing EDTA
solution (Sigma, USA) in concentration of 10 mM. After
this exposure the samples were thoroughly washed in
medium containing salts in concentrations close to the
physiological. The control (intact) group of samples was
not exposed to the apoptosis-inducing procedure.
The samples were afterwards stained according to
standard techniques with hematoxylin and eosin, and
according to Verhoeff to assess the state of elastic fibers,
as well as PAS-reaction was carried-out to evaluate the
state of collagen fibers. Physical and mechanical pro-
perties of the matrix (the strength and elasticity of the
vascular wall) were studied using a special pressure-
producing device [1]. The tested graft was placed on
the pin with diameter corresponding to the one of the
implant, the edge of the vessel were tightly fixed using
thread, and then air was slowly pumped into the vessel
until its disruption, thereafter dependencies of disruption
pressure vs. time were plotted.
The progress of apoptosis leads to the appearance
of certain morphological signs that can be seen by light
microscopy [3]. Histological examination of tissue samp-
les underwent the decellularization revealed the signs of
apoptosis: reduction of the total number of cells, marked
morphological changes in nuclei (karyopyknosis, karyo-
rhexis), i. e. successful initiation of apoptosis (Fig. 1).
The cells of the control (intact) samples had normal
morphology typical for fibroblasts: elongated spindle-
shaped cells with oval nuclei.
Рис. 1. Гистологический препарат клеток ксенографта. Окраска гематоксилином
и эозином; ×400. A – контрольный (интактный) образец; B – образец после
обработки ЭДТА.
Fig. 1. Histological section of xenograft cells. Staining with hematoxylin and eosin;
×400. A – control (intact) sample, B – sample after treatment with EDTA.
Гистологическое исследование
тканей образцов, прошедших этап
децеллюляризации, показало на-
личие признаков апоптоза: умень-
шение общего количества клеток,
выраженные морфологические
изменения в ядрах (кариопикноз,
кариорексис), что свидетельство-
вало об успешной инициации
апоптоза (рис. 1). Клетки конт-
рольных (интактных) образцов
имели нормальную морфологию,
характерную для фибробластов:
вытянутые веретенообразной фор-
мы клетки с овальным ядром.
Гистологический анализ пре-
паратов после специфического
окрашивания на составляющие
A B
276 проблемы криобиологии и криомедицины
problems of cryobiology and cryomedicine
том/volume 23, №/issue3, 2013
экстрацеллюлярного матрикса показал сохранность
структуры коллагеновых и эластиновых волокон пос-
ле децеллюляризации. В срезах ткани аорты и фиброз-
ного кольца наблюдалась PAS-позитивная реакция
(рис. 2), наиболее выраженная в области створки кла-
пана.
Окрашивание эластиновых волокон по Вергофу
было получено на участке стенки аорты (темно-бордо-
вый цвет) и области створки клапана (малиновый
цвет) (рис. 3).
Позитивные результаты специфической окраски
внеклеточного матрикса позволяют предположить о
его физиологической целостности после децеллюля-
ризации. Матрикс сохранил свои морфофункциональ-
ные свойства и, следовательно, при условии сохране-
ния им физико-механических свойств, будет пригоден
для дальнейшего использования в качестве каркаса
сердечно-сосудистого протеза.
Предварительный анализ физико-механических
свойств внеклеточного матрикса обработанных об-
разцов показал их сохранность на уровне, близком к
контрольному, что может свидетельствовать о проч-
ности стенок сосуда, достаточной для выдерживания
внутрисосудистого давления in vivo. Так, стенка аор-
ты, подвергнутая децеллюризации по описанной
схеме, выдерживала давление порядка 115–120 КПа
Histological analysis of the sections after specific
staining for extracellular matrix showed the preservation
of collagen and elastin fibers structure after decellulariza-
tion. Tissue sections of aorta and fibrous ring had PAS-
positive reaction areas (Fig. 2), the most evident it was
in the valve leaflet area.
Staining of elastic fibers according Verhoeff was
successful in aorta wall area (maroon color) and in valve
leaflet area (crimson color) (Fig. 3).
Positive specific staining of extracellular matrix
allowed to suggest its physiological integrity after decel-
lularization. The matrix preserved its morphofunctional
properties and therefore, if its physical and mechanical
properties were also preserved, it would be suitable for
further use as a scaffold for cardiovascular prosthesis.
Preliminary analysis of the physical and mechanical
properties of the extracellular matrix of the treated samp-
les showed their preservation at a level close to the cont-
rol, which might indicate the strength of the vessel wall
as sufficient to withstand intravascular pressure in vivo.
For example, the aorta wall subjected to decellurization
as described above, withstood the pressure of the order
of 115–120 kPa (863–900 mm Hg), and the wall of the
control aorta sample withstood the pressure of 180 kPa
(1350 mm Hg). We are continuing the studies to confirm
the observed regularities.
Рис. 2. Специфическое окрашивание
гистологического препарата на вне-
клеточный матрикс (PAS-реакция на
коллаген),×300: A – контрольный
(интактный) образец; B – образец
после обработки ЭДТА.
Fig. 2. Specific staining of the histological
section for revealing extracellular matrix
(PAS-reaction to collagen), ×300: A –
control (intact) sample, B – sample after
treatment with EDTA.
Рис. 3. Специфическое окрашивание
гистологического препарата на вне-
клеточный матрикс (окраска по Вер-
гофу на эластин),×300: A – контроль-
ный (интактный) образец; B – образец
после обработки ЭДТА.
Fig. 3. Specific staining of the histological
section for revealing extracellular matrix
(Verhoeff staining to elastin), ×300: A –
control (intact) sample, B – sample after
treatment with EDTA.
A B
A B
проблемы криобиологии и криомедицины
problems of cryobiology and cryomedicine
том/volume 23, №/issue 3, 2013
277
Литература
1. Автономова Л.В., Дергун С.М., Гончарова Г.А. и др. Меха-
нические испытания на растяжение и внутреннее
давление сосудов имплантантов // Вестник НТУ «ХПИ»:
Сборник научных трудов. Тематический выпуск «Дина-
мика, прочность машин». – 2009. – №30. – С. 3–7.
2.Акатов В.С., Муратов Р.М., Фадеева И.С. и др. Изучение
биосовместимости трансплантатов сердца, девитализи-
рованных антикальцинозным способом // Клеточная
трансплантология и тканевая инженерия. – 2010. – Т. V,
№2. – С. 36–41.
3. Райс Р.Х., Гуляева Л.Ф. Биологические эффекты токси-
ческих соединений: курс лекций. – Новосибирск: Новоси-
бир. гос. ун-т., 2003. – 208 с.
4. Сердечно-сосудистые заболевания. Информационный
бюллетень N°317. Март 2013 г. [Электронный документ] //
[веб-сайт] http://www.who.int/mediacentre/factsheets/
fs317/ru/ (15.04.2013).
5. Schmidt D., Stock U.A., Hoerstrup S.P. Tissue engineering of
heart valves using decellularized xenogeneic or polymeric
starter matrices // Phil. Trans. R. Soc. B. – 2007. – Vol. 362. –
P. 1505–1512.
References
1. Avtonomova L.V., Dergun S.M., Goncharova G.A. Mechanical
testing of tensile strength and internal pressure of vessel
implants // Bulletin of National Technical University ‘Kharkov
Polytechnical Institute’. Collection of Scientific Papers. Special
Issue ‘Dynamics and Strength of Machines’. – 2009. – N30. –
P. 3–7.
2. Akatov V.S., Muratov R.M., Fadeeva I.S. et al. Biocompatibility
study of heart valves transplants devitalized by anticalcinosis
method // Cell Transplantation and Tissue Engineering. –
2010. – Vol. V , N2. – P. 36–41.
3. Rais A.D., Gulyaeva L.F. Biological effects of toxic compounds:
lectures. – Novosibirsk: Novosibirsk State University, 2003. –
208 p.
4. Cardiovascular diseases (CVDs). Fact sheet N°317. Updated
March 2013 [Electronic document] // [web site] http://
w w w. w h o . i n t / m e d i a c e n t r e / f a c t s h e e t s / f s 3 1 7 / e n /
(14.04.2013).
5. Schmidt D., Stock U.A., Hoerstrup S.P. Tissue engineering of
heart valves using decellularized xenogeneic or polymeric
starter matrices // Phil. Trans. R. Soc. B. – 2007. – Vol. 362. –
P. 1505–1512.
278 проблемы криобиологии и криомедицины
problems of cryobiology and cryomedicine
том/volume 23, №/issue 3, 2013
(863–900 мм рт. ст.), а стенка контрольного образца
аорты – в 180 КПа (1350 мм рт. ст.). Мы продолжаем
исследования для подтверждения отмеченных зако-
номерностей.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68734 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2307-6143 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:48:45Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Попандопуло, А.Г. Петрова, М.В. 2014-09-27T16:33:36Z 2014-09-27T16:33:36Z 2013 Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов / А.Г. Попандопуло, М.В. Петрова // Проблемы криобиологии и криомедицины. — 2013. — Т. 23, № 3. — С. 275-278. — Бібліогр.: 5 назв. — рос., англ. 2307-6143 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68734 616.12-089.844:615.477.2 Данное исследование было представлено на минисимпозиуме «День стволовой клетки», проходившем 24 мая 2013 года в г. Киеве. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии и криомедицины День стволовой клетки. краткие сообщения Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов Examination of Physical Properties and Morphological Characteristics of Cell-Free Matrix of Vascular-Valve Bioprosthesis Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов Попандопуло, А.Г. Петрова, М.В. День стволовой клетки. краткие сообщения |
| title | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов |
| title_alt | Examination of Physical Properties and Morphological Characteristics of Cell-Free Matrix of Vascular-Valve Bioprosthesis |
| title_full | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов |
| title_fullStr | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов |
| title_full_unstemmed | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов |
| title_short | Исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов |
| title_sort | исследование физических свойств и морфологических характеристик бесклеточного матрикса сосудисто-клапанных биопротезов |
| topic | День стволовой клетки. краткие сообщения |
| topic_facet | День стволовой клетки. краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68734 |
| work_keys_str_mv | AT popandopuloag issledovaniefizičeskihsvoistvimorfologičeskihharakteristikbeskletočnogomatriksasosudistoklapannyhbioprotezov AT petrovamv issledovaniefizičeskihsvoistvimorfologičeskihharakteristikbeskletočnogomatriksasosudistoklapannyhbioprotezov AT popandopuloag examinationofphysicalpropertiesandmorphologicalcharacteristicsofcellfreematrixofvascularvalvebioprosthesis AT petrovamv examinationofphysicalpropertiesandmorphologicalcharacteristicsofcellfreematrixofvascularvalvebioprosthesis |