Новая технология модифицирования RGD-пептидами поверхности биодеградируемых сосудистых протезов: влияние на структуру поверхности и физико-механические свойства

Цель исследования — оценить эффективность новой технологии модифицирования RGD-пептидами биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра из полигидроксибутирата/валерата (PHBV) и поликапролактона (PCL) и ее влияние на структуру поверхности и физико-механические характеристики этих протезов.

Материалы и методы. Трубчатые полимерные протезы (матриксы, графты) диаметром 1,5 мм изготавливали методом электроспиннинга из композиции полимеров PHBV и PCL. Для модифицирования поверхности полимерных каркасов использовали гексаметилендиамин, глутаровый альдегид, нингидрин аскорбиновую кислоту, аргинин-глицин-аспарагиновую кислоту (RGD). Качество проведенной модификации оценивали с помощью нингидринового теста и посредством определения аргининсодержащего пептида. Структуру поверхности протезов до и после модифицирования изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Оценку механических свойств проводили в условиях одноосного растяжения с определением предела прочности, относительного удлинения и модуля Юнга. В качестве контроля этих параметров использовали характеристики внутренней грудной артерии человека (a. мammaria), в качестве группы сравнения — сосудистый синтетический протез на основе линейного политетрафторэтилена (ePTFE).

Результаты. Присутствие RGD-пептидов на полимерной поверхности подтверждено с помощью теста Сакагучи на наличие аргинина. Использованный режим модифицирования не менял структуру поверхности полимерных графтов, однако привел к снижению их жесткости в 1,6 раза, прочности — в 3,9 раза, а относительного удлинения — в 1,7 раза. При этом физико-механические свойства графтов PHBV/PCL+RGD приблизились к свойствам a. мammaria.

Заключение. Разработанная технология модифицирования RGD-пептидами поверхности сосудистых графтов на основе PHBV/PCL позволила приблизить физико-механические свойства протезов PHBV/PCL+RGD к свойствам нативных сосудов без изменения структуры поверхности.

1. Fadini G.P., Rattazzi M., Matsumoto T., Asahara T., Khosla S. Emerging role of circulating calcifying cells in the bone-vascular axis. Circulation 2012; 125(22): 2772–2781, https://doi.org/10.1161/circulationaha.112.090860.
2. Lee K.-W., Johnson N.R., Gao J., Wang Y. Human progenitor cell recruitment via SDF-1α coacervate-laden PGS vascular grafts. Biomaterials 2013; 34(38): 9877–9885, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.08.082.
3. Ren X., Feng Y., Guo J., Wang H., Li Q., Yang J., Hao X., Lv J., Ma N., Li W. Surface modification and endothelialization of biomaterials as potential scaffolds for vascular tissue engineering applications. Chem Soc Rev 2015; 44(15): 5680–5742, https://doi.org/10.1039/c4cs00483c.
4. Wang F., Li Y., Shen Y., Wang A., Wang S., Xie T. The functions and applications of RGD in tumor therapy and tissue engineering. Int J Mol Sci 2013; 14(7): 13447–13462, https://doi.org/10.3390/ijms140713447.
5. Harburger D.S., Calderwood D.A. Integrin signalling at a glance. J Cell Sci 2008; 122(2): 159–163, https://doi.org/10.1242/jcs.018093.
6. Tiwari A., Kidane A., Salacinski H., Punshon G., Hamilton G., Seifalian A.M. Improving endothelial cell retention for single stage seeding of prosthetic grafts: use of polymer sequences of arginine-glycine-aspartate. Eur J Vasc Endovasc Surg 2003; 25(4): 325–329, https://doi.org/10.1053/ejvs.2002.1854.
7. Kidane A.G., Punshon G., Salacinski H.J., Ramesh B., Dooley A., Olbrich M., Heitz J., Hamilton G., Seifalian A.M. Incorporation of a lauric acid-conjugated GRGDS peptide directly into the matrix of a poly(carbonate-urea)urethane polymer for use in cardiovascular bypass graft applications. J Biomed Mater Res A 2006; 79(3): 606–617, https://doi.org/10.1002/jbm.a.30817.
8. Alobaid N., Salacinski H.J., Sales K.M., Ramesh B., Kannan R.Y., Hamilton G., Seifalian A.M. Nanocomposite containing bioactive peptides promote endothelialisation by circulating progenitor cells: an in vitro evaluation. Eur J Vasc Endovasc Surg 2006; 32(1): 76–83, https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2005.11.034.
9. Salacinski H.J., Hamilton G., Seifalian A.M. Surface functionalization and grafting of heparin and/or RGD by an aqueous-based process to a poly(carbonate-urea)urethane cardiovascular graft for cellular engineering applications. J Biomed Mater Res A 2003; 66(3): 688–697, https://doi.org/10.1002/jbm.a.10020.
10. Gabriel M., van Nieuw Amerongen G.P., van Hinsbergh V.W.M., van Nieuw Amerongen A.V., Zentner A. Direct grafting of RGD-motif-containing peptide on the surface of polycaprolactone films. J Biomater Sci Polym Ed 2006; 17(5): 567–577, https://doi.org/10.1163/156856206776986288.
11. Chung T.-W., Yang M.-G., Liu D.-Z., Chen W.-P., Pan C.-I., Wang S.-S. Enhancing growth human endothelial cells on Arg-Gly-Asp (RGD) embedded poly(epsilon-caprolactone) (PCL) surface with nanometer scale of surface disturbance. J Biomed Mater Res A 2004; 72(2): 213–219, https://doi.org/10.1002/jbm.a.30225.
12. Zheng W., Guan D., Teng Y., Wang Z., Zhang S., Wang L., Kong D., Zhang J. Functionalization of PCL fibrous membrane with RGD peptide by a naturally occurring condensation reaction. Chinese Science Bulletin 2014; 59(22): 2776–2784, https://doi.org/10.1007/s11434-014-0336-0.
13. Gabriel M., Nazmi K., Dahm M., Zentner A., Vahl C.-F., Strand D. Covalent RGD modification of the inner pore surface of polycaprolactone scaffolds. J Biomater Sci Polym Ed 2012; 23(7): 941–953, https://doi.org/10.1163/092050611x566793.
14. Антонова Л.В., Сильников В.Н., Ханова М.Ю., Коро­лева Л.С., Серпокрылова И.Ю., Великанова Е.А., Мат­веева В.Г., Сенокосова Е.А., Миронов А.В., Кривкина Е.О., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Оценка адгезии, пролиферации и жизнеспособности эндотелиальных кле­ток пупочной вены человека, культивируемых на по­верхности биодеградируемых нетканых матриксов, моди­фицированных RGD-пептидами. Вестник транс­планто­логии и искусственных органов 2019; 21(1): 142–152, https://doi.org/10.15825/1995-1191-2019-1-142-152.
15. Antonova L.V., Silnikov V.N., Sevostyanova V.V., Yuzhalin A.E., Koroleva L.S., Velikanova E.A., Mironov A.V., Godovikova T.S., Kutikhin A.G., Glushkova T.V., Serpokrylova I.Yu., Senokosova E.A., Matveeva V.G., Khanova M.Yu., Akentyeva T.N., Krivkina E.O., Kudryavtseva Yu.A., Barbarash L.S. Biocompatibility of small-diameter vascular grafts in different modes of RGD modification. Polymers 2019; 11(1): 174, https://doi.org/10.3390/polym11010174.
16. Lin H.B., Sun W., Mosher D.F., García-Echeverría C., Schaufelberger K., Lelkes P.I., Cooper S.L. Synthesis, surface, and cell-adhesion properties of polyurethanes containing covalently grafted RGD-peptides. J Biomed Mater Res 1994; 28(3): 329–342, https://doi.org/10.1002/jbm.820280307.
17. Parniak M.A., Lange G., Viswanatha T. Quantitative determination of monosubstituted guanidines: a comparative study of different procedures. J Biochem Biophys Methods 1983; 7(4): 267–276, https://doi.org/10.1016/0165-022x(83)90051-9.

Antonova L.V., Silnikov V.N., Glushkova T.V., Koroleva L.S., Serpokrilova I.Yu., Sevostyanova V.V., Krivkina E.O., Senokosova E.A., Mironov A.V., Kudryavtseva Yu.A., Barbarash L.S. Novel Technology of Modifying the Surface of Biodegradable Vascular Grafts with RGD Peptides: Effect on the Surface Structure and Physical and Mechanical Properties. Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(3): 15, https://doi.org/10.17691/stm2019.11.3.02