Potential for polyhydroxyalkanoates and policaprolactone copolymer use as tissue-engineered scaffolds in cardiovascular surgery
https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-1-128-134
Abstract
The absence of reliably functioning small-diameter vascular grafts for coronary artery bypass graft surgery remains one of the most important issues of cardiovascular surgery. Tissue-engineered grafts have to be characterized by highly hemocompatible, biomechanical and biocompatible properties, be quickly biodegradable and have non-toxic degradation products. This article presents polyhydroxyalkanoate and policaprolactone main characteristics and evaluates their potential use as polymers for producing vascular grafts. Biocompatibility, good physical and mechanical properties of these polymers and their better performance in copolymer scaffolds were demonstrated.
About the Authors
L. V. Antonova
НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН, г. Кемерово
Russian Federation
Russian Federation
M. V. Nasonova
НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН, г. Кемерово
Russian Federation
Russian Federation
Yu. A. Kudryavtseva
НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН, г. Кемерово
Russian Federation
Russian Federation
A. S. Golovkin
НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний СО РАМН, г. Кемерово
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Ахмедов Ш.Д., Афанасьев С.А., Дьякова М.Л. и др. Использование бесклеточного матрикса для формирования новых кровеносных сосудов и сердца методом тканевой инженерии // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2009. Т. IV, № 2. С. 32—39.
2. Босхомджиев А.П., Бонарцев А.П., Махина Т.К. и др. Сравнительное изучение кинетики биодеградации биополимерных систем на основе поли-3-оксибутирата // Биомедицинская химия. 2009. Т. 55, № 6. С. 702—712.
3. Босхомджиев А.П. Изучение биодеструкции и биосовместимости полимерных систем на основе полиоксиалканоатов: автореф. дис. … канд. мед. наук. М., 2010. 28 с.
4. Волков А. В. Синтетические материалы на основе полимеров органических кислот в тканевой инженерии // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2005. № 2. С. 43—45.
5. Волова Т.Г., Севастьянов В.И., Шишацкая Е.И. Полиоксиалканоаты — биоразрушаемые полимеры для медицины. Красноярск: Группа компаний «Платина», 2006. 288 с.
6. Григорян А.С., Кругляков П.В. Применение в тканевой инженерии крупных сосудов трансплантатов на основе аутогенных мононуклеарных клеток костного мозга // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2009. Т. IV, № 3. С. 37—41.
7. Марковцева М.Г., Немец Е.А., Севастьянов В.И.. Пористые трехмерные носители для культивирования и трансплантации клеток на основе сополимера гидроксибутирата с гидроксивалератом // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2006. Т. 8, № 4. С. 77—79.
8. Севастьянов В.И., Розанова И.Б., Цейтлина Е.А. и др. Методология отбора гемосовместимых материалов в условиях in vitro для искусственных органов // Мед. тех-ника. 1990. № 4. С. 26—29.
9. Севастьянов В.И., Немец Е.А. Пути повышения гемо-совместимости биомедицинских изделий // Биосовме-стимость / под ред. В.И. Севастьянова. М.: ИЦ ВНИИ геосистем, 1999. С. 295—352.
10. Чапут К., Ассад М., Яхиа Х. и др. Оценка цитотоксичности и гемолитической активности бактериальных сополимеров на основе полигидроксибутирата в условиях in vitro // Биосовместимость. 1995. Т. 3, № 1—2. С. 31—42.
11. Чапут К., Яхиа Х., Ландри Д. и др. Полигидроксибутират бактериального происхождения как поверхность для культивирования фибробластов связок позвоночника пациента // Биосовместимость. 1995. Т. 3, № 1—2. С. 21—30.
12. Шишацкая Е.И., Еремеев А.В., Гительзон И.И. Исследование цитотоксичности полиоксиалканоатов в культуре животных клеток // Докл. РАН. 2000. Т. 374, № 4. С. 561—564.
13. Шишацкая Е.И., Еремеев А.В., Гительзон И.И. Исследование свойств биодергадируемых полимеров (полиоксиалканоатов) в культуре животных клеток // Перспективные материалы. 2001. № 3. С. 40—47.
14. Шишацкая Е.И., Волова Т.Г., Пузырь А.П. и др. Биоде-градация полиоксиалканоатов в биологических средах // Перспективные материалы. 2002. № 2. С. 57—62.
15. Шишацкая Е.И. Клеточные матриксы из резорбируемых полигидроксиалканоатов // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2007. Т II, № 2. С. 68—72.
16. Abe H., Doi Y., Hori Y. et al. Physical properties and enzy-matic degradability of copolymers of poly [(R)-3-hydro-xybutyric acid] and (S,S)-lactet // Polymer. 1997. V. 39. P. 59—67.
17. Bolgen N., Menceloglu Y.Z., Acatay K. et al. In vitro and in vivo degradation of non-woven materials made of poly(e-caprolactone) nanofibers prepared by electrospinningunder different conditions // J. Biomater. Scin. Polym. Ed. 2005. № 16. P. 1537—1555.
18. Borkenhagen M., Stoll R.C., Sulter U.W. et al. In vivo per-formance of new biodegradable polyester system used as a nerve guidance channel // Biomaterials. 1998. V. 19, № 23. P. 2155—2165.
19. Canetti M., Urso M., Sadacco P. Influence of the morpho-logy and of the supermolecular structure on the enzymatic degradation of bacterial poly(3-hydroxybutyrate) // Polymer. 1999. V. 40. P. 2587—2594.
20. Chaput C., Yahia L., Selmani A. et al. Natural Poly(hydroxibutirate-hydroxyvalerate) polymers as degra¬dable biomaterial // Res. Soc. Symp. Proc. 1995. V. 394. P. 111—116.
21. Entholzner E., Mielke I., Piclilmeier R. et al. EEG changes during sedation with gamma-hydroxybutyric acid // Anesthe-tist. 1995. V. 44. P. 345—350.
22. Gogolewski S., Javanovic M., Perren S.M. The effect of melt-processing on the degradation of selected polyhydroxy-acids: polylactides, polyhydroxybutyrate and polyhydroxy-butyrate-co-valerates // Degradation and Stability. 1993. V. 40. P. 313—322.
23. Hasircii V. Biodegradable biomedical polymers // Biomaterials and Bioengineering Handbook (Wase D.L. Ed). New York: Marcel Dekker. 2000. P. 141—155.
24. Hiraide A., Katayama M. Use of 3-hydroxybutyric acid as an energy source // European Patent Application № 355453 A2. 1990.
25. Hocking P.J., Marchessault R.H. Biopolyeaters // Chemistry and Technology of Biodegradable Polymers / Ed. G.J. Griffin. Glasgow: Blackie, 1994. P. 48—96.
26. Hoffmann G.F., Meier-Augenstein W., Stockler S. et al. Physiology and pathophysiology of organic acids in cerebro-spinal fluid // J. Inherit Metab. Dis. 1993. № 16 (4). P. 648—669.
27. Holmes P. Applications of PHB — a microbially produced biodegradadle thermoplastic // Phys. Technol. 1985. V. 16. P. 32—36.
28. Jendrossek D., Schirmer A., Schlegel H. Biodegradation of polyhydroxyalcanoic acids // Appl. Microbiol. Biotechnol. 1996. V. 46. P. 451—463.
29. Jendrosser D., Handrick R. Microbial degradation of Poly-hydroxyalcanoates // Annu. Rev. Microbiol. 2002. V. 56. P. 403—432.
30. Kumagai Y., Doi Y. Physical properties and biodegradability of blends of isotactic and atactic poly(3-hydroxybutyrate) // Macromol. Chem. Rapid. Commun. 1992. V. 13. P. 179—183.
31. Lee S.Y., Choi Ji., Han K. et al. Removal of Endotoxin du-ring Purification of poly(3-Hydroxybutyrate) from Gram-negative Bacteria // Appl. Environ. Microbiol. 1999. V. 65. P. 2762—2764.
32. Lee S., Kim B., Kim S. et al. Elastic biodegradable poly(glycolide-co-caprolactone) scaffold for tissue engineering // J. of biomedical materials research. Part A. 2003. № 66 (1). P. 29—37.
33. Luo S., Netravali A.N. Characterisation of henequen fibers and the henequen fiber/poly(hydroxybutyrate-co-hyd-roxyvalerate) interface // J. Adhesion Sci. Technol. 2001. V. 15. № 4. P. 423—437.
34. Malm T., Bowald S., Karacagil S. et al. A new biodegrad-able patch for closure of atrial septal detect. An experimen-talstudy // Scand. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 1992. V. 26, № 1. P. 9—14.
35. Miller N.D., Williams D.F. On the biodegradation of poly-β-hydroxybutyrate (PHB) homopolimer and poly-β-hydroxybutyrate-hydroxyvalerate copolymers // Biomater. 1987. V. 8. P. 129—137.
36. Nelson T., Kaufman E., Kline J. et al. The extraneural distri-bution of hydroxybutyrate // Neurochem. 1981. V. 37. P. 1345—1348.
37. Neuss S., Apel C., Buttler P. et al. Assesment of stem cell/biomaterial combinations for stem cell-based tissue en-gineering // Biomaterials. 2008. № 29. Р. 302—313.
38. Noishki Y., Tomizawa Y., Yamane Y. et al. Autocrine angio-genic vascular prosthesis with bone marrow transplantation // Nature Med. 1996. V. 2. P. 90—93.
39. Nottelet B., Pektok E., Mandracchia D. et al. Factorial de-sign optimization and in vivo feasibility of poly(e-caprolactone)-micro- and nanofiber-based small diameter vascular grafts // J. of Biomedical Materials Research. 2008. Part A. P. 865—875.
40. Pankajakshan D., Krishnan K., Krishnan L. Vascular tissue generation in response to signaling molecules integrated with a novel poly(ε-caprolactone)-fibrin hybrid scaffold // J. Tissue Eng. Regen. Med. 2007. № 1. P. 389—397.).
41. Pasic M., Vullerglauser W., Odermatt B. et al. Seeding with omental cells prevents late neointimal hyperplasia in small-diameter Dacron grafts // Circulation. 1995. V. 92. P. 409—415.
42. Reuch R.N., Sparrow A.W., Gardiner J. Transport of poly-beta-hydroxybutyrate in human plasma // Biochim. Boiphys. Acta. 1992. V. 1123. P. 33—40.
43. Rouxhet L., Legras R., Schneider Y. Interactions between bi-odegradable polymer poly(hydroxybutyrate-hydroxy¬valerate), proteins and macrophages // Macromol. Symp. 1998. V. 130. P. 347—366.
44. Saad B., Ciardelli G., Vatter S. et al. Characterizatoin of the cell response of cultured macrophages and fibroblasts to particles of short-chain poly [(R)-3-hydroxybutyric acid] // J. Biomed. Mater. Res. 1996. V. 30, № 4. P. 429—439.
45. Serrano M.C., Pagani R., Vallet-Regi M. et al. In vitro bio-compatibility assessment of poly(epsilon-caprolactone) films using L929 mouse fibroblasts // Biomaterials. 2004. № 25. P. 5603—5611.
46. Shoemaker J.D., Elliott W.H. Automated screening of urine samples for carbohydrates, organic and amino acids after treatment with urease // J. Chromatogr. 1991. V. 562 (1—2). P. 125—138.
47. Tokiwa Y., Ywamoto A., Takeda K. Biodegradable plastic composition, biodegradable plastic shaped body and method of producting same // US Patent № 5124371. 1992.
48. Venugopal J., Ma L.L., Yong T. et al. In vitro study of smooth muscle cells on polycaprolactone and collagen nanofibrous matrices // Cell Biol. Int. 2005. V. 29. P. 861—867.
49. Volova T.G. Microbial polyhydroxyalkanoates — plastic ma-terials of the 21st century (biosyntesis, properties, applications) // Nova Science Pub. Inc. N. Y. 2004. 283 p.
Review
For citations:
Antonova L.V., Nasonova M.V., Kudryavtseva Yu.A., Golovkin A.S. Potential for polyhydroxyalkanoates and policaprolactone copolymer use as tissue-engineered scaffolds in cardiovascular surgery. Bulletin of Siberian Medicine. 2012;11(1):128-134. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-1-128-134
Views:
803
Email this article 