Цитотоксичность ксеногенного перикарда, консервированного эпоксидными соединениями в качестве сшивающих агентов

Н.А. Бондаренко, М.А. Суровцева, А.П. Лыков, И.И. Ким, И.Ю. Журавлева, О.В. Повещенко

Ключевые слова: ксеноперикард; глутаровый альдегид; диэпоксидные соединения; пентаэпоксидные соединения; эндотелиальные клетки; мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки; фибробласты.

2021, том 13, номер 4, стр. 27.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2021.13.4.03

Полный текст статьи

html pdf

1574

1128

Аннотация
Список литературы
Как цитировать в References

Цель исследования — оценить цитотоксическое влияние ксеноперикардиального биоматериала, обработанного ди- и пентаэпоксидами, на культуры клеток in vitro.

Материалы и методы. Использованы образцы бычьего и свиного перикарда. Для консервации применяли три различных режима: 1) 0,625% раствор глутарового альдегида с двукратной сменой раствора на 2-е и 7-е сутки; 2) 5% раствор диглицидилового эфира этиленгликоля со сменой раствора на 2-е сутки; 3) 5% раствор диглицидилового эфира этиленгликоля в течение 10 дней, затем 2% раствор пентаэпоксида в течение 10 дней. Цитотоксичность биоматериала оценивали методом экстракции. Для определения цитотоксичности использовали клетки линии EА.hy926, мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки (ММСК), фибробласты. Жизнеспособность клеток оценивали с помощью МТТ-теста, уровень апоптоза и некроза в культурах клеток — по окраске акридиновым оранжевым и этидиумом бромидом после культивирования с экстрактами ксеноперикарда с различными режимами консервации.

Результаты. Установлено, что наибольшее токсическое влияние на культуры клеток оказывают экстракты бычьего и свиного перикардов, консервированных глутаровым альдегидом: жизнеспособность клеток снижается на 20–33%. Экстракты ксеноперикарда, консервированного ди- и пентаэпоксидными соединениями, не оказывают токсического влияния на эндотелиальные клетки, ММСК, фибробласты, поскольку жизнеспособность клеток снижается не более чем на 15%. Наименьший уровень апоптоза и некроза отмечается в культурах клеток под влиянием экстрактов перикардов, консервированных диэпоксидными и пентаэпоксидными соединениями.

Заключение. По оценке цитотоксичности, определению уровня апоптоза и некроза в культурах клеток установлено, что бычий и свиной перикарды, обработанные ди- и пентаэпоксидами, не оказывают цитотоксического влияния на культуру эндотелиальных клеток линии EA.hy926, ММСК, фибробластов in vitro. В то же время глутаровый альдегид в сравнении с ди- и пентаэпоксидами оказывает токсическое влияние на клетки.

Alperi А., Hernandez-Vaquero D., Pascual I., Diaz R., Silva I., Alvarez-Cabo R., Avanzas P., Moris C. Aortic valve replacement in young patients: should the biological prosthesis be recommended over the mechanical? Ann Transl Med 2018; 6(10): 183, https://doi.org/10.21037/atm.2018.02.21.
Nojiri C., Okano T., Grainger D., Park K.D., Nakahama S., Suzuki K., Kim S.W. Evaluation of nonthrombogenic polymers in a new rabbit A-A shunt model. ASAIO Trans 1987; 33(3): 596–601.
Nishi C., Nakajima N., Ikada Y. In vitro evaluation of cytotoxicity of diepoxy compounds used for biomaterial modification. J Biomed Mater Res 1995; 29(7): 829–834, https://doi.org/10.1002/jbm.820290707.
Sung H.W., Hsu H.L., Hsu C.S. Effects of various chemical sterilization methods on the crosslinking and enzymatic degradation characteristics of an epoxy-fixed biological tissue. J Biomed Mater Res 1997; 37(3): 376–383, https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636 (19971205)37:3376::aid-jbm83.0.co;2-i.
Lohre J.M., Baclig L., Wickham E., Guida S., Farley J., Thyagarajan K., Tu R., Quijano R.C. Evaluation of epoxy ether fixed bovine arterial grafts for mutagenic potential. ASAIO J 1993; 39(2): 106–113.
Trofimov B.A., Zhuravleva I.Yu., Oparina L.A., Sukhikh A.S., Vysotskaya O.V., Borisov V.V., Gusarova N.K. Penta-O-{1-[2-(glycidyloxy)ethoxy]ethyl}-D-glucopyranose: synthesis and application for the preservation of cardiovascular bioprostheses. Russ Chem Bull 2015; 64: 1451–1457, https://doi.org/10.1007/s11172-015-1031-2.
Sung H.W., Hsu C.S., Wang S.P., Hsu H.L. Degradation potential of biological tissues fixed with various fixatives: an in vitro study. J Biomed Mater Res 1997; 35(2): 147–155, https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636 (199705)35:2147::aid-jbm23.0.co;2-n.
Zhuravleva I.Y., Karpova E.V., Oparina L.A., Poveschenko O.V., Surovtseva M.A., Titov A.T., Ksenofontov A.L., Vasilieva M.B., Kuznetsova E.V., Bogachev-Prokophiev A.V., Trofimov B.A. Cross-linking method using pentaepoxide for improving bovine and porcine bioprosthetic pericardia: a multiparametric assessment study. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2021; 118: 111473, https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111473.
Guo G., Jin L., Jin W., Chen L., Lei Y., Wang Y. Radical polymerization-crosslinking method for improving extracellular matrix stability in bioprosthetic heart valves with reduced potential for calcification and inflammatory response. Acta Biomater 2018; 82: 44–55, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.10.017.
Ribble D., Goldstein N.B., Norris D.A., Shellman Y.G. A simple technique for quantifying apoptosis in 96-well plates. BMC Biotechnology 2005; 5: 12, https://doi.org/10.1186/1472-6750-5-12.
Elagin V., Kuznetsova D., Grebenik E., Zolotov D.A., Istranov L., Zharikova T., Istranova E., Polozova A., Reunov D., Kurkov A., Shekhter A., Gafarova E.R., Asadchikov V., Borisov S.M., Dmitriev R.I., Zagaynova A., Timashev P. Multiparametric optical bioimaging reveals the fate of epoxy crosslinked biomeshes in the mouse subcutaneous implantation model. Front Bioeng Biotechnol 2020; 8: 107, https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00107.
Kim S.S., Lim S.H., Cho S.W., Gwak S.J., Hong Y.S., Chang B.C., Park M.H., Song K.W., Choi C.Y., Kim B.S. Tissue engineering of heart valves by recellularization of glutaraldehyde-fixed porcine valves using bone marrow-derived cells. Exp Mol Med 2006; 38(3): 273–283, https://doi.org/10.1038/emm.2006.33.
Siddiqui R.F., Abraham J.R., Butany J. Bioprosthetic heart valves: modes of failure. Histopathology 2009; 55(2): 135–144, https://doi.org/10.1111/j.1365-2559.2008.03190.x.
Umashankar P.R., Mohanan P.V., Kumari T.V. Glutaraldehyde treatment elicits toxic response compared to decellularization in bovine pericardium. Toxicol Int 2012; 19(1): 51–58, https://doi.org/10.4103/0971-6580.94513.
Lopez-Moya M., Melgar-Lesmes P., Kolandaivelu K., de la Torre Hernández J.M., Edelman E.R., Balcells M. Optimizing glutaraldehyde-fixed tissue heart valves with chondroitin sulfate hydrogel for endothelialization and shielding against deterioration. Biomacromolecules 2018; 19(4): 1234–1244, https://doi.org/10.1021/acs.biomac.8b00077.

Bondarenko N.A., Surovtseva M.A., Lykov А.P., Kim I.I., Zhuravleva I.Yu., Poveschenko О.V. Cytotoxicity of Xenogeneic Pericardium Preserved by Epoxy Cross-Linking Agents. Sovremennye tehnologii v medicine 2021; 13(4): 27, https://doi.org/10.17691/stm2021.13.4.03