Децелюляризовані матричні скафолди для судинної трансплантації: проблема імуногенності, методи стерилізації та сучасні підходи до довгострокового зберігання

  • Є. В. Шевченко Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-9383-4423
  • Т. І. Лядова Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-5892-2599
  • Ф. В. Гладких Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна; ДУ «Інститут медичної радіології та онкології ім. С. П. Григор’єва Національної академії медичних наук України», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-7924-4048
  • М. С. Матвєєнко Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-0388-138X
  • М. О. Чиж Інститут проблем кріобіології і кріомедицини Національної академії наук України, м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-0085-296X
  • Р. Р. Коморовський Тернопільський національний медичний університет імені І. Я. Горбачевського Міністерства охорони здоровʼя України, м. Тернопіль, Україна https://orcid.org/0000-0002-0288-4132
DOI: https://doi.org/10.30702/ujcvs/24.32(04)/ShL061-7890
Ключові слова: тканинна інженерія, децелюляризація, позаклітинний матрикс, гамма-стерилізація, трансплантація, серцево-судинні захворювання, імунна відповідь, кріоконсервування

Анотація

Серцево-судинні захворювання (ССЗ) є основною причиною смерті в усьому світі, і їх кількість стрімко зростає. У випадку ССЗ з оклюзійними ураженнями судин, остаточними варіантами лікування є хірургічне втручання, представлене судинними стентами, замісною хірургією або судинним шунтуванням. Скафолди з децелюляризованого позаклітинного матриксу, сконструйовані за допомогою тканинної інженерії, мають великий потенціал для вирішення проблеми дефіциту донорів.

Мета – провести порівняльну характеристику методів стерилізації децелюляризованих матричних скафолдів для судинної трансплантації за даними відкритих джерел інформації.

Матеріали та методи. Підбір публікацій виконано за базами даних PubMed, Clinical Key Elsevier, Cochrane Library, eBook Business Collection та Google Scholar, у яких висвітлювались відомості про методи стерилізації децелюляризованих матричних скафолдів. Пошук літературних джерел виконано за ключовими словами: тканинна інженерія, децелюляризація, позаклітинний матрикс, стерилізація, гамма-стерилізація, ацелюлярний трансплантат.

Результати. Трансплантація синтетичних каркасів в організм людини викликає імунну відповідь на чужорідне тіло. Ідеальна стерилізація або дезінфекція для децелюляризованого позаклітинного матриксу може не тільки ефективно видалити мікроорганізми, а й гарантувати, що стерилізований матеріал нетоксичний, і зберегти фізичні й хімічні властивості та біологічну активність біоматеріалу. Радіаційна стерилізація переважно включає гамма-випромінювання, створене ізотопом Кобальт-60, і електронний промінь, створений прискорювачем електронів. У доповнення до стерилізації децелюляризовані конструкції тканин вимагають застосування методів довготривалого збереження – кріоконсервації, ліофілізації та використання антибіотиків і антимікотиків, що зберігаються при –200 °C.

Висновки. Децелюляризована тканина привертає значну увагу як потенційний біологічний каркас, оскільки зберігає структуру і функції позаклітинного матриксу. Застосування методів стерилізації, таких як гамма-опромінення від кобальту-60, забезпечує глибоке проникнення та збереження фізичних властивостей матеріалів.

Посилання

  1. Cai Z, Tan Z, Tian R, Chen X, Miao P, Yao C, et al. Acellular Vascular Scaffolds Preloaded With Heparin and Hepatocyte Growth Factor for Small-Diameter Vascular Grafts Might Inhibit Intimal Hyperplasia. Cell Transplant. 2022;31:9636897221134541. https://doi.org/10.1177/09636897221134541
  2. Chen J, Zhang D, Wu LP, Zhao M. Current Strategies for Engineered Vascular Grafts and Vascularized Tissue Engineering. Polymers (Basel). 2023;15(9):2015. https://doi.org/10.3390/polym15092015
  3. Virani SS, Alonso A, Aparicio HJ, Benjamin EJ, Bittencourt MS, Callaway CW, et al.; American Heart Association Council on Epidemiology and Prevention Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart Disease and Stroke Statistics-2021 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 2021;143(8):e254-e743. https://doi.org/10.1161/CIR.0000000000000950
  4. Virani SS, Alonso A, Benjamin EJ, Bittencourt MS, Callaway CW, Carson AP, et al.; American Heart Association Council on Epidemiology and Prevention Statistics Committee and Stroke Statistics Subcommittee. Heart Disease and Stroke Statistics-2020 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 2020;141(9):e139-e596. https://doi.org/10.1161/CIR.0000000000000757
  5. Kim HC. Epidemiology of cardiovascular disease and its risk factors in Korea. Glob Health Med. 2021;3(3):134-141. https://doi.org/10.35772/ghm.2021.01008
  6. Roth GA, Mensah GA, Johnson CO, Addolorato G, Ammirati E, Baddour LM, et al.; GBD-NHLBI-JACC Global Burden of Cardiovascular Diseases Writing Group. Global Burden of Cardiovascular Diseases and Risk Factors, 1990-2019: Update From the GBD 2019 Study. J Am Coll Cardiol. 2020;76(25):2982-3021. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2020.11.010
  7. Di Francesco D, Pigliafreddo A, Casarella S, Di Nunno L, Mantovani D, Boccafoschi F. Biological Materials for Tissue-Engineered Vascular Grafts: Overview of Recent Advancements. Biomolecules. 2023;13(9):1389. https://doi.org/10.3390/biom13091389
  8. Komorovsky R, Desideri A, Coscarelli S, Cortigiani L, Celegon L. Impact of Carotid Arterial Narrowing on Outcomes of Patients With Acute Coronary Syndromes. Am J Cardiol. 2004;93(12):1552-1555. https://doi.org/10.1016/j.amjcard.2004.03.012
  9. Caproni S, Riva A, Barresi G, Costanti D, Costantini F, Galletti F, et al. Predictors of Carotid Atherosclerosis Progression: Evidence from an Ultrasonography Laboratory. Brain Sci. 2022;12(12):1600. https://doi.org/10.3390/brainsci12121600
  10. Guo Y, Canton G, Baylam Geleri D, Balu N, Sun J, Kharaji M, et al. Plaque Evolution and Vessel Wall Remodeling of intracranial Arteries: A Prospective, Longitudinal Vessel Wall MRI Study. J Magn Reson Imaging. 2024;60(3):889-899. https://doi.org/10.1002/jmri.29185
  11. Dimeling G, Bakaeen L, Khatri J, Bakaeen FG. CABG: when, why, and how? Cleve Clin J Med. 2021;88(5):295-303. https://doi.org/10.3949/ccjm.88a.20115
  12. Taggart DP. The Role of Multiple Arterial Grafts in CABG: All Roads Lead to ROMA.J Am Coll Cardiol. 2019;74(18):2249-2253. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2019.09.016
  13. Moore MJ, Tan RP, Yang N, Rnjak-Kovacina J, Wise SG. Bioengineering artificial blood vessels from natural materials. Trends Biotechnol. 2022;40(6):693-707. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2021.11.003
  14. Hall AB, Brilakis ES. Saphenous vein graft failure: seeing the bigger picture.J Thorac Dis. 2019;11Suppl9:S1441-S1444. https://doi.org/10.21037/jtd.2019.03.09
  15. Leal BBJ, Wakabayashi N, Oyama K, Kamiya H, Braghirolli DI, Pranke P. Vascular Tissue Engineering: Polymers and Methodologies for Small Caliber Vascular Grafts. Front Cardiovasc Med. 2021;7:592361. https://doi.org/10.3389/fcvm.2020.592361
  16. Best CA, Szafron JM, Rocco KA, Zbinden J, Dean EW, Maxfield MW, et al. Differential outcomes of venous and arterial tissue engineered vascular grafts highlight the importance of coupling long-term implantation studies with computational modeling. Acta Biomater. 2019;94:183-194. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.05.063
  17. Dai Z, Ronholm J, Tian Y, Sethi B, Cao X. Sterilization techniques for biodegradable scaffolds in tissue engineering applications. J Tissue Eng. 2016;7:2041731416648810. https://doi.org/10.1177/2041731416648810
  18. Golebiowska AA, Intravaia JT, Sathe VM, Kumbar SG, Nukavarapu SP. Decellularized extracellular matrix biomaterials for regenerative therapies: Advances, challenges and clinical prospects. Bioact Mater. 2023;32: 98-123. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.09.017
  19. Shevchenko YeV, Hladkykh FV, Matvieienko MS. Cryomedical technologies as a key to effective decellularization in the creation of scaffolds for vascular transplantation. The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series Medicine. 2024;32(3):366– 386. Ukrainian. English. https://doi.org/10.26565/2313-6693-2024-50-08
  20. Kasravi M, Ahmadi A, Babajani A, Mazloomnejad R, Hatamnejad MR, Shariatzadeh S, et al. Immunogenicity of decellularized extracellular matrix scaffolds: a bottleneck in tissue engineering and regenerative medicine. Biomater Res. 2023;27(1):10. https://doi.org/10.1186/s40824-023-00348-z
  21. Sykes M, Sachs DH. Transplanting organs from pigs to humans. Sci Immunol. 2019;4(41):eaau6298. https://doi.org/10.1126/sciimmunol.aau6298
  22. Massaro MS, Pálek R, Rosendorf J, Červenková L, Liška V, Moulisová V. Decellularized xenogeneic scaffolds in transplantation and tissue engineering: Immunogenicity versus positive cell stimulation. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;127:112203. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112203
  23. Sánchez-Fueyo A, Dazzi F. On minor histocompatibility antigens, mixed chimerism, and transplantation tolerance. Am J Transplant. 2021;21(3):919-920. https://doi.org/10.1111/ajt.16276
  24. Veiseh O, Vegas AJ. Domesticating the foreign body response: Recent advances and applications. Adv Drug Deliv Rev. 2019;144:148-161. https://doi.org/10.1016/j.addr.2019.08.010
  25. Callemeyn J, Lamarthée B, Koenig A, Koshy P, Thaunat O, Naesens M. Allorecognition and the spectrum of kidney transplant rejection. Kidney Int. 2022;101(4):692-710. https://doi.org/10.1016/j.kint.2021.11.029
  26. Gong T, Liu L, Jiang W, Zhou R. DAMP-sensing receptors in sterile inflammation and inflammatory diseases. Nat Rev Immunol. 2020;20(2):95-112. https://doi.org/10.1038/s41577-019-0215-7
  27. Chen H, Agrawal DK, Thankam FG. Biomaterials-Driven SterileInflammation.TissueEngPartBRev.2022;28(1):22-34. https://doi.org/10.1089/ten.TEB.2020.0253
  28. Shrivastava R, Shukla N. Attributes of alternatively activated (M2) macrophages. Life Sci. 2019;224:222-231. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.03.062
  29. Zhao Y, Zhu B, Wang Y, Liu C, Shen C. Effect of different sterilization methods on the properties of commercial biodegradable polyesters for single-use, disposable medical devices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019;105:110041. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110041
  30. Tao M, Ao T, Mao X, Yan X, Javed R, Hou W, et al. Sterilization and disinfection methods for decellularized matrix materials: Review, consideration and proposal. Bioact Mater. 2021;6(9):2927-2945. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.02.010
  31. Montgomery A, Bolle-Reddat R, Formica S, Lundahl B, McDonnell G. Regulatory Approach for Transitioning from Gamma Ray to X-ray Radiation Sterilization. Biomed Instrum Technol. 2021;55(s3):58-66. https://doi.org/10.2345/0899-8205-55.s3.58
  32. Feng L, Hu YL, Ma P, Feng Y, Guo YB, Huang H, et al. Decellularized gastric matrix as a mesh for gastric perforation repair. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2021;109(3):451-462. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34713
  33. Chai Y, Xu J, Zhang Y, Zhang J, Hu Z, Zhou H. Evaluation of decellularization protocols for production of porcine small intestine submucosa for use in abdominal wall reconstruction. Hernia. 2020;24(6):1221-1231. https://doi.org/10.1007/s10029-019-01954-4
  34. Li Q, Zhang F, Wang H, Pan T. Preparation and characterization of a novel acellular swim bladder as dura mater substitute. Neurol Res. 2019;41(3):242-249. https://doi.org/10.1080/01616412.2018.1550139
  35. Sun Y, Lovric V, Wang T, Oliver RA, Walsh WR. Effects of SCCO₂, Gamma Irradiation, and Sodium Dodecyl Sulfate Treatments on the Initial Properties of Tendon Allografts. Int J Mol Sci. 2020;21(5):1565. https://doi.org/10.3390/ijms21051565
  36. Qiu S, Rao Z, He F, Wang T, Xu Y, Du Z, et al. Decellularized nerve matrix hydrogel and glial-derived neurotrophic factor modifications assisted nerve repair with decellularized nerve matrix scaffolds. J Tissue Eng Regen Med. 2020;14(7):931-943. https://doi.org/10.1002/term.3050
  37. Hunt CJ. Technical Considerations in the Freezing, Low-Temperature Storage and Thawing of Stem Cells for Cellular Therapies. Transfus Med Hemother. 2019;46(3):134-150. https://doi.org/10.1159/000497289
  38. Zouhair S, Aguiari P, Iop L, Vásquez-Rivera A, Filippi A, RomanatoF,etal.Preservationstrategiesfordecellularizedpericardial scaffolds for off-the-shelf availability. Acta Biomater. 2019;84:208-221. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.10.026
  39. Alshaikh AB, Padma AM, Dehlin M, Akouri R, Song MJ, Brännström M, et al. Decellularization of the mouse ovary: comparison of different scaffold generation protocols for future ovarian bioengineering. J Ovarian Res. 2019;12(1):58. https://doi.org/10.1186/s13048-019-0531-3
Опубліковано
2024-12-27
Як цитувати
1.
Шевченко ЄВ, Лядова ТІ, Гладких ФВ, Матвєєнко МС, Чиж МО, Коморовський РР. Децелюляризовані матричні скафолди для судинної трансплантації: проблема імуногенності, методи стерилізації та сучасні підходи до довгострокового зберігання. ujcvs [інтернет]. 27, Грудень 2024 [цит. за 21, Січень 2025];32(4):78-0. доступний у: https://cvs.org.ua/index.php/ujcvs/article/view/689
Номер
Український журнал серцево-судинної хірургії Том 32 № 4 2024
Розділ
ІШЕМІЧНА ХВОРОБА СЕРЦЯ