Современные биопротезы аортальных клапанов (АК), несмотря на значительные успехи в их разработке, сталкиваются с проблемой ограниченной долговечности, связанной с преждевременной дегенерацией ксеногенных или аллогенных тканей. Основным методом стабилизации и упрочнения биологических материалов (кросслинкинг/сшивание) остаётся обработка глутаровым альдегидом (ГЛА), впервые применённая в 1960-х годах [1]. Этот подход обеспечивал формирование меж- и внутримолекулярных связей между остатками лизина и гидроксилизина в коллагеновых фибриллах, что значительно повышает механическую прочность (предел прочность увеличивается на 40-60%) и устойчивость к протеолитической деградации [2]. Однако этот метод обработки имеет существенные ограничения: остаточные альдегидные группы проявляют выраженную цитотоксичность (снижение жизнеспособности клеток на 70-80% in vitro), что препятствует процессам эндотелизации и регенерации [3].
Клинические исследования показывают, что сшивание ГЛА создаёт благоприятные условия для отложения гидроксиапатитов - основной минеральной фазы при кальцификации створок протеза. По данным гистологических исследований трансплантированных клапанов, этот процесс начинается уже через 5-7 лет после имплантации и является основной причиной структурной дегенерации клапана [4]. Примечательно и то, что скорость кальцификации коррелирует с концентрацией ГЛА, так, например при обработке 0.6% раствором ГЛА минерализация происходит на 25-30% медленнее, чем при стандартном 2.5% растворе [5]. Кроме того, иммуногистохимические исследования показали, что ГЛА-
модифицированные ткани индуцируют хронический воспалительный ответ за счёт образования неоэпитопов и продуктов продвинутого гликирования, уровень которых в тканях клапана через 3 года использования превышает физиологический в 4-5 раз [5].
В связи с этими ограничениями, в последние два десятилетия активно разрабатываются альтернативные подходы к сшиванию биологических тканей. Особое внимание уделяется к таким направлениям, как эпоксидные агенты [6], природные кросслинкеры [7], фотохимическое сшивание [8] и комбинированные технологии [7].
Цель работы - поиск сшивающих агентов, альтернативных ГЛА, а также оценка биомеханических свойств и структуры АК после их применения.
Задачами данного исследования являются:
1. Проанализировать литературные данные по теме исследования
2. Разработать протокол кросслинкинга децеллюляризированных аортальных гомографтов
3. Установить морфологические свойства децеллюляризированных аортальных гомографтов после кросслинкинга
4. Выявить особенности механических свойств нативных и сшитых аортальных гомографтов
Разработаны протоколы кросслинкинга децеллюляризированных аортальных гомографтов с использованием диглицидилового эфира этиленгликоля в концентрации 5% и рибофлавина в концентрации 0.05% под действием УФ излучения.
Установлены морфологические свойства децеллюляризированных аортальных гомографтов после кросслинкинга. Глутаровый альдегид в концентрации 0.6% обеспечивает высокий процент сшивания ткани, но при структура ткани становится неоднородной. Диглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 5% хорошо сшивает ткани клапана, однако сшивка происходит сплошная и образуются области излишнего «склеивания» коллагеновых фибрилл. Рибофлавин в концентрации 0.05%, в тандеме с УФ излучением, при сшивке децеллюляризированной ткани восстанавливает структуру клапана, приближая ее к нативной.
Выявлены особенности механических свойств децеллюляризированных аортальных гомографтов после кросслинкинга. Глутаровый альдегид в концентрации 0.6% при сшивании делает ткань как створки, так и аорты плотной, но при этом хрупкой. Диглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 5%, также уплотняет ткань, но уже с меньшей хрупкостью материала. Рибофлавин в концентрации 0.05% в тандеме с УФ излучением, при кросслинкинге децеллюляризированных аортальных гомографтов, показал результаты механических испытаний приближенные к результатам нативных образцов.
Результаты показывают, что методы обработки тканей оказывают разнонаправленное влияние на их механические свойства. Децеллюляризация, удаляя клеточные компоненты, повышает растяжимость, но снижает прочность, что делает матрикс более уязвимым. Сшивание позволяет корректировать эти изменения: диглицидиловый эфир этиленгликоля демонстрирует наибольшую эффективность в укреплении тканей, особенно для аорты, обеспечивая стабильность за счет жестких связей, тогда как рибофлавин сохраняет баланс между эластичностью и прочностью, приближаясь к естественным характеристикам. Для створок клапана предпочтительны методы, сохраняющие умеренную гибкость, тогда как для аорты критично усиление структурной целостности. Оптимизация методов должна учитывать специфику ткани и необходимость имитации её природной биомеханики.
