Механические свойства биоинженерного протеза трахеи на основе синтетического ультраволокнистого матрикса

Механические свойства биоинженерного протеза трахеи на основе синтетического ультраволокнистого матрикса

Автор: Киселевский М.В., Анисимова Н.Ю., Шепелев А.Д., Тенчурин Т.Х., Мамагулашвили В.Г., Крашенинников С.В., Григорьев Т.Е., Лебединская О.В., Чвалун С.Н., Давыдов М.И.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 2 (42) т.20, 2016 года.

Бесплатный доступ

Создание биосовместимых протезов трахеи для замещения дефектов данного органа, возникающих при злокачественных новообразованиях и травмах, является актуальной и нерешенной задачей медицины. Перспективным направлением служит создание тканеинженерных конструкций биопротезов трахеи на основе синтетических материалов. Как было показано ранее, матрикс трахеи, сконструированный с использованием метода 3 D -прототипирования на основе ультраволокнистного полимерного нетканого материала, армированного полиуретановыми полукольцами, обладал механическими свойствами, приближающимися к нативной трахее. Цель настоящего исследования - сравнительная характеристика механических свойств синтетического матрикса трахеи и полученной на его основе биоинженерной конструкции (биоимплантата) после заселения мезенхимальными мультипотентными (стволовыми) клетками (МСК) собак-реципиентов. Синтетические матриксы трахеи перед имплантацией экспериментальным собакам породы бигль заселяли МСК, полученными из костного мозга собак-реципиентов, которым в последующем имплантировали биоимплантаты в межмышечное пространство. Через один месяц биоимплантаты извлекали и оценивали их прочностные характеристики и показатели упругости с использованием универсальной испытательной машины «Инстрон 5965» с компьютерной системой анализа данных. Показано, что тканеинженерная конструкция на основе синтетического матрикса через один месяц после имплантации экспериментальным животным по своим механическим свойствам достоверно не отличалась от исходного синтетического матрикса трахеи на основе ультраволокнистого полимерного материала. Полученные результаты позволяют заключить, что процесс заселения синтетического матрикса трахеи клетками реципиента в условиях in vitro и при воздействии внутренней среды организма при имплантации собакам существенно не изменяет механических свойств биоимплантата, что свидетельствует о целесообразности проведения дальнейших доклинических исследований с целью оценки перспективности использования биопротеза для замещения дефектов трахеи у онкологических больных и пациентов с травмами трахеи.

Еще

Механические свойства, биоинженерная конструкция, трахея, ультраволокнистый матрикс, мезенхимальные стволовые клетки

Короткий адрес: https://sciup.org/146216241

IDR: 146216241

Список литературы Механические свойства биоинженерного протеза трахеи на основе синтетического ультраволокнистого матрикса

  • Кембровский Г.С. Приближенные вычисления и методы обработки результатов измерений в физике. -Минск: Университетское, 1990. -188 с.
  • Киселевский М.В., Анисимова Н.Ю., Лебединская О.В., Полоцкий Б.Е., Давыдов М.И. Гетеротопная трансплантация неиммуногенной трахеи, заселенной костномозговыми стромальными стволовыми клетками реципиента//Морфология. -2012. -№ 1. -C. 66-70.
  • Киселевский М.В., Ситдикова С.М., Анисимова Н.Ю., Полоцкий Б.Е., Давыдов М.И. Перспективные синтетические матриксы для реконструкции дефектов трахеи у онкологических больных//Вопросы онкологии. -2015. -Т. 61 (3). -C. 323-328.
  • Киселевский М.В., Анисимова Н.Ю., Шепелев А.Д., Тенчурин Т.Х., Мамагулашвили В.Г., Крашенинников С.В., Григорьев Т.Е., Чвалун С.Н., Давыдов М.И. Механические свойства синтетических матриксов трахеи на основе полимерного ультраволокнистого материала//Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. -2015. -№ 3. -C.12-18.
  • Малкин А.Я., Аскадский А.А., Коврига В.В. Методы измерения механических свойств полимеров. -М.: Химия, 1978. -336 с.
  • Ajalloueian F., Lim M.L., Lemon G., Haag J.C., Gustafsson Y., Sjöqvist S., Beltrán-Rodríguez A., Del Gaudio C., BaigueraS., Bianco A., Jungebluth P., Macchiarini P. Biomechanical and biocompatibility characteristics of electrospun polymeric tracheal scaffolds//Biomaterials. -2014. -Vol. 35. -P. 5307-5315.
  • Crowley C., Birchall M., Seifalian A.M. Trachea transplantation: from laboratory to patient//J. Tissue Eng. Regen. Med. -2015. -Vol. 9 (4). -P. 357-367.
  • Del Gaudio C., Baiguera S., Ajalloueian F., Bianco A., Macchiarini P. Are synthetic scaffolds suitable for the development of clinical tissue-engineered tubular organs?//J. Biomed. Mater. Res. -2014. -Vol. 102. -P. 2427-2447.
  • Haag J., Baiguera S., Jungebluth P., Barale D., Del Gaudio C., Castiglione F., Bianco A., Comin C.E., Ribatti D., Macchiarini P. Biomechanical and angiogenic properties of tissue-engineered rat trachea using genipin cross-linked decellularized tissue//Biomaterials. -2012. -Vol. 33 (3). -P. 780-789.
  • Jones M.C., Rueggeberg F.A., Cunningham A.J., Faircloth H.A., Jana T., Mettenburg D., Waller J.L., Postma G.N., Weinberger P.M. Biomechanical changes from long-term freezer storage and cellular reduction of tracheal scaffoldings//Laryngoscope. -2015. -Vol. 125 (1). -P. 16-22.
  • Jones M.C., Rueggeberg F.A., Faircloth H.A., Cunningham A.J., Bush C.M., Prosser J.D., Waller J.L., Postma G.N.,Weinberger P.M. Defining the biomechanical properties of the rabbit trachea//Laryngoscope. -2014. -Vol. 124 (10). -P. 2352-2358.
  • Kojima K., Charles A. Tissue engineering in the trachea//Vacant the Anatomical Record. -2014. -Vol. 297. -P. 44-50.
  • Komura M., Komura H., Kanamori Y., Tanaka Y., Ohatani Y., Ishimaru T., Sugiyama M., Hoshi K., Iwanaka T. Study of mechanical properties of engineered cartilage in an in vivo culture for design of a biodegradable scaffold//Int. J. Artif. Organs. -2010. -Vol. 33 (1). -P. 775-781.
  • Lange P., Greco K., Partington L., Carvalho C., Oliani S., Birchall M.A., Sibbons P.D., Lowdell M.W. Ansari pilot study of a novel vacuum-assisted method for decellularization of tracheae for clinical tissue engineering applications//J. Tissue Eng. Regen. Med. -2015 (published online) DOI: 10.1002/term.1979
  • Li G., Zhang J., Cui X., Zhao Y., Cao P., Lu L., Li X. Morphology and pathological changes of polytetrafluoroethylene artificial tracheal transplantation//ZhongguoXiu Fu Chong JianWaiKeZaZhi. -2014. -Vol. 28 (7). -P. 879-884.
  • Macchiarini P., Jungebluth P., Go T., Asnaghi M.A., Rees L.E., Cogan T.A., Dodson A., Martorell J., Bellini S., Parnigotto P.P., Dickinson S.C., Hollander A.P., Mantero S., Conconi M.T., Birchall M.A. Clinical transplantation of a tissue engineered airway//Lancet. -2008. -Vol. 372. -P. 2023-2030.
  • Mettenburg D., Jones C.M., Rueggeberg F.A., Cunningham A.J., Faircloth H.A., Jana T., Waller J.L., Postma G.N., Weinberger P.M. Biomechanical changes from long-term freezer storage and cellular reduction of tracheal scaffoldings//Laryngoscope. -2015. -Vol. 125. -P. 16-22.
  • Omori K., Tada Y., Suzuki T., Nomoto Y. Clinical application of in situ tissue engineering using a scaffolding technique for reconstruction of the larynx and trachea//Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. -2008. -Vol. 117. -P. 673-678.
  • Partington L., Mordan N.J., Mason C., Knowles J.C., Kim W., Lowdell M.W., Birchall M.A., Wall I.B. Biochemical changes caused by decellularization may compromise mechanical integrity of tracheal scaffolds//Acta Biomater. -2013. -Vol. 9 (2). -P. 5251-5261.
  • da Silva T.H.G., Pazetti R., Aoki F.G., Guerreiro P.F., Valenga M.H., Deffune E., Evaristo T., Pêgo-Fernandes P.M., Moriya H.T. Assessment of the mechanics of a tissue-engineered rat trachea in an image-processing environment//Clinics. -2014. -Vol. 69. -P. 500-503.
  • Sun F., Pan S., Shi H.C., Zhang F.B., Zhang W.D., Ye G., Liu X.C., Zhang S.Q., Zhong C.H., Yuan X.L. Structural integrity, immunogenicity and biomechanical evaluation of rabbit decelluarized tracheal matrix//J. Biomed. Mater. Res. A. -2015. -Vol. 103 (4). -P. 1509-1519.
  • Walenga R.L., Longest P.W., Sundaresan G. Creation of an in vitro biomechanical model of the trachea using rapid prototyping//J. Biomech. -2014. -Vol. 47 (8). -P. 1861-1868.
  • Wang W., Shi H., Lu D., Li H., Chen L., Lu Y., Zeng Y. Cellular biocompatibility and biomechanical properties of N-carboxyethylchitosan/nanohydroxyapatite composites for tissue-engineered trachea//Artif. Cells Blood Substit. Immobil. Biotechnol. -2012. -Vol. 40 (1-2). -P. 120-124.
  • Teng Z., Trabelsi O., Ochoa I., He J., Gillard J.H., Doblare M. Anisotropic material behaviours of soft tissues in human trachea: an experimental study//J. Biomechanics. -2012. -Vol. 45. -P. 1717-1723.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp