Том 29 № 3 (2025): Патология кровообращения и кардиохирургия
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Оптимизация децеллюляризации и оценка биосовместимости сосудистых матриксов с лазерной перфорацией

pdf
  • Елена Чепелева,
  • Анна Докучаева,
  • Сергей Владимиров,
  • Елена Кузнецова,
  • Давид Сергеевичев
Елена Чепелева
ФГБУ «НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина» Минздрава России
Анна Докучаева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Сергей Владимиров
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Елена Кузнецова
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Давид Сергеевичев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
DOI: https://doi.org/10.21688/1681-3472-2025-3-46-57

Опубликован 18.12.2025

Как цитировать

Чепелева, Е., Докучаева, А., Владимиров, С., Кузнецова, Е., & Сергеевичев, Д. (2025). Оптимизация децеллюляризации и оценка биосовместимости сосудистых матриксов с лазерной перфорацией. Патология кровообращения и кардиохирургия, 29(3), 46–57. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2025-3-46-57

Copyright (c) 2025 Елена Чепелева, Анна Докучаева, Сергей Владимиров, Елена Кузнецова, Давид Сергеевичев

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Аннотация

Актуальность. Для возможности адаптации биологических материалов, предназначенных для протезирования различных отделов сердечно-сосудистой системы, к физиологическим условиям организма актуальными являются исследования, направленные на сравнительный анализ протоколов децеллю- ляризации для создания оптимального каркаса, а также на совершенствование его свойств, в частности за счет модификации поверхности.

Цель. Путем сравнительного анализа детергентных композиций оптимизировать протокол децеллюляризации стенки легочного ствола свиньи с последующей оценкой влияния лазерной микроперфорации на биосовместимость и клеточное заселение децеллюляризованного матрикса in vitro и in vivo.

Методы. На первом этапе работы были проведены эксперименты по подбору времени инкубации фрагментов легочного ствола свиней в растворах с различной концентрацией детергентов с последующими тензометрическими испытаниями, на основании которых выбиралась наилучшая комбинация условий. Далее децеллюляризованный материал перфорировали с помощью лазерной обработки, часть полученных образцов заселяли клетками фибробластного ряда в течение 7 суток, часть образцов имплантировали подкожно в паравертебральную область у крыс на 30 суток. Гистологические исследования биоматериалов проводили на каждом этапе.

Результаты. Оптимальным протоколом децеллюляризации стенки легочного ствола свиньи признана обработка 0,5 % раствором додецилсульфата натрия в комбинации с 0,5 % дезоксихолатом натрия, позволяющая за 16 часов получить ацеллюлярный матрикс с сохраненной ультраструктурой. При культивировании фибробластов мыши на поверхности образцов с лазерной обработкой было показано сохранение жизнеспособности клеток. При изучении клеточного состава эксплантов, извлеченных через 30 дней после экспериментальной операции, было показано, что лазерная перфорация сохраняет биосовместимость материала.

Заключение. В результате проведенного исследования был разработан и валидирован эффективный протокол децеллюляризации, позволяющий получать бесклеточный матрикс стенки легочного ствола с сохраненной внеклеточной структурой. Показано, что лазерная перфорация матриксов не нарушает их биосовместимости и увеличивает интегративный потенциал за счет расширения контактной поверхности.

pdf

Библиографические ссылки

  1. Waqanivavalagi S.W.F.R., Bhat S., Ground M.B., Milsom P.F., Cornish J. Clinical performance of decellularized heart valves versus standard tissue conduits: a systematic review and meta-analysis. J Cardiothorac Surg. 2020;15(1):260. PMID: 32948234; PMCID: PMC7501674. https://doi.org/10.1186/s13019-020-01292-y
  2. Arabkhani B., Bekkers J.A., Andrinopoulou E.R., Roos-Hesselink J.W., Takkenberg J.J., Bogers A.J. Allografts in aortic posi- tion: Insights from a 27-year, single-center prospective study. J Thorac Cardiovasc Surg. 2016;152(6):1572-1579.e3. PMID: 27842683. https://doi.org/10.1016/j.jtcvs.2016.08.013
  3. Демидов Д.П., Астапов Д.А., Богачев-Прокофьев А.В., Железнев С.И. Оценка качества жизни после протезирования аортального клапана биологическими протезами у паци- ентов пожилого возраста. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2017;21(3):40-47. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2017-3-40-47 Demidov D.P., Astaspov D.A., Bogachev-Prokophiev A.V., Zheleznev S.I. Quality of life after aortic valve replacement with biological prostheses in elderly patients. Patologiya krovoobrash- cheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2017;21(3):40-47. (In Russ.) https://doi.org/10.21688/1681-3472-2017-3-40-47
  4. Hirji S.A., Kolkailah A.A., Ramirez-Del Val F., Lee J., McGurk S., Pelletier M., Singh S., Mallidi H.R., Aranki S., Shekar P., Kaneko T. Mechanical Versus Bioprosthetic Aortic Valve Re- placement in Patients Aged 50 Years and Younger. Ann Thorac Surg. 2018;106(4):1113-1120. PMID: 29966596. https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2018.05.073
  5. David T. How to Decide Between a Bioprosthetic and Mechani- cal Valve. Can J Cardiol. 2021;37(7):1121-1123. PMID: 33002585. https://doi.org/10.1016/j.cjca.2020.09.011
  6. Horke A., Tudorache I., Laufer G., Andreas M., Pomar J.L., Pereda D., Quintana E., Sitges M., Meyns B., Rega F., Hazekamp M., Hübler M., Schmiady M., Pepper J., Rosendahl U., Lichtenberg A., Akhyari P., Jashari R., Boethig D., Bobylev D., Avsar M., Cebotari S., Haverich A., Sarikouch S. Early results from a prospective, sin- gle-arm European trial on decellularized allografts for aortic valve replacement: the ARISE study and ARISE Registry data. Eur J Cardiothorac Surg. 2020;58(5):1045-1053. PMID: 32386409; PMCID: PMC7577293. https://doi.org/10.1093/ejcts/ezaa100
  7. Спиридонов С.В., Одинцов В.О., Щетинко Н.Н., Мозгова Е.А., Гринчук И.И., Островский Ю.П. Аортальные аллографты в мировой кардиохирургии: исторические аспекты внедрения в клиническую практику и обзор результатов использования. Медицинский журнал. 2015;1:55-67. Spirydonau S.V., Adzintsou V.O., Shchatsinka N.N., Mazgova E.A., Hrynchuk I.I., Ostrovsky Yu.P. Aortic allografts in the world cardiac surgery: historical aspects of clinical implementation, and re- view of implantation outcomes. Meditsinskii zhurnal. 2015;1:55-67. (In Russ.)
  8. Fioretta E.S., von Boehmer L., Motta S.E., Lintas V., Hoerstrup S.P., Emmert M.Y. Cardiovascular tissue engineering: From basic sci- ence to clinical application. Exp Gerontol. 2019;117:1-12. PMID: 29604404. https://doi.org/10.1016/j.exger.2018.03.022
  9. VeDepo M.C., Detamore M.S., Hopkins R.A., Converse G.L. Recellularization of decellularized heart valves: Prog- ress toward the tissue-engineered heart valve. J Tissue Eng. 2017;8:2041731417726327. PMID: 28890780; PMCID: PMC5574480. https://doi.org/10.1177/2041731417726327
  10. Cebotari S., Tudorache I., Ciubotaru A., Boethig D., Sarikouch S., Goerler A., Lichtenberg A., Cheptanaru E., Barnaciuc S., Cazacu A., Maliga O., Repin O., Maniuc L., Breymann T., Haverich A. Use of fresh decellularized allografts for pulmonary valve replacement may reduce the reoperation rate in children and young adults: early report. Circulation. 2011;124(11 Suppl):S115-23. PMID: 21911800. https://doi.org/10.1161/circulationaha.110.012161
  11. Argento G., Simonet M., Oomens C.W., Baaijens F.P. Multi-scale mechanical characterization of scaffolds for heart valve tissue engineering. J Biomech. 2012;45(16):2893-8. PMID: 22999107. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2012.07.037
  12. Converse G.L., Armstrong M., Quinn R.W., Buse E.E., Cromwell M.L., Moriarty S.J., Lofland G.K., Hilbert S.L., Hopkins R.A. Effects of cryopreservation, decellularization and novel extra- cellular matrix conditioning on the quasi-static and time-depen- dent properties of the pulmonary valve leaflet. Acta Biomater. 2012;8(7):2722-9. PMID: 22484150. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.03.047
  13. Tefft B.J., Choe J.A., Young M.D., Hennessy R.S., Morse D.W., Bouchard J.A., Hedberg H.J., Consiglio J.F., Dragomir-Daescu D., Simari R.D., Lerman A. Cardiac Valve Bioreactor for Physiological Conditioning and Hydrodynamic Performance Assessment. Car- diovasc Eng Technol. 2019;10(1):80-94. PMID: 30311149; PMCID: PMC6541400. https://doi.org/10.1007/s13239-018-00382-2
  14. Converse G.L., Buse E.E., Neill K.R., McFall C.R., Lewis H.N., VeDe- po M.C., Quinn R.W., Hopkins R.A. Design and efficacy of a sin- gle-use bioreactor for heart valve tissue engineering. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2017;105(2):249-259. PMID: 26469196. https://doi.org/10.1002/jbm.b.33552
  15. Koenig F., Lee J.S., Akra B., Hollweck T., Wintermantel E., Hagl C., Thierfelder N. Is Transcatheter Aortic Valve Implantation of Living Tissue-En- gineered Valves Feasible? An In Vitro Evaluation Utilizing a Decellular- ized and Reseeded Biohybrid Valve. Artif Organs. 2016;40(8):727-37. PMID: 27187768. https://doi.org/10.1111/aor.12683
  16. Parvin Nejad S., Blaser M.C., Santerre J.P., Caldarone C.A., Simmons C.A. Biomechanical conditioning of tissue engineered heart valves: Too much of a good thing? Adv Drug Deliv Rev. 2016;96:161-75. PMID: 26555371. https://doi.org/10.1016/j.addr.2015.11.003
  17. Berry J.L., Steen J.A., Koudy Williams J., Jordan J.E., Atala A., Yoo J.J. Bioreactors for development of tissue engineered heart valves. Ann Biomed Eng. 2010;38(11):3272-9. PMID: 20820920. https://doi.org/10.1007/s10439-010-0148-6
  18. VeDepo M.C., Buse E.E., Paul A., Converse G.L., Hopkins R.A. Non-physiologic Bioreactor Processing Conditions for Heart Valve Tissue Engineering. Cardiovasc Eng Technol. 2019;10(4):628- 637. PMID: 31650518. https://doi.org/10.1007/s13239-019-00438-x
  19. Mendibil U., Ruiz-Hernandez R., Retegi-Carrion S., Garcia-Ur- quia N., Olalde-Graells B., Abarrategi A. Tissue-Specific Decel- lularization Methods: Rationale and Strategies to Achieve Re- generative Compounds. Int J Mol Sci. 2020;21(15):5447. PMID: 32751654; PMCID: PMC7432 490.https://doi.org/10.3390/ijms21155447
  20. Roosens A., Asadian M., De Geyter N., Somers P., Cornelissen R. Complete Static Repopulation of Decellularized Porcine Tissues for Heart Valve Engineering: An in vitro Study. Cells Tissues Or- gans. 2017;204(5-6):270-282. PMID: 29131080. https://doi.org/10.1159/000480660
  21. Theodoridis K., Tudorache I., Calistru A., Cebotari S., Meyer T., Sarikouch S., Bara C., Brehm R., Haverich A., Hilfiker A. Successful matrix guided tissue regeneration of decellularized pulmonary heart valve allografts in elderly sheep. Biomaterials. 2015;52:221-8. PMID: 25818428. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.02.023
  22. Badria A.F., Koutsoukos P.G., Mavrilas D. Decellularized tissue-engineered heart valves calcification: what do animal and clinical studies tell us? J Mater Sci Mater Med. 2020;31(12):132. PMID: 33278023; PMCID: PMC7719105. https://doi.org/10.1007/s10856-020-06462-x
  23. Bergmeister H., Boeck P., Kasimir M.T., Fleck T., Fitzal F., Husinsky W., Mittlboeck M., Stoehr H.G., Losert U., Wolner E., Grabenwoeger M. Effect of laser perforation on the remodeling of acellular matrix grafts. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2005;74(1):495-503. PMID: 15912530. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30228
  24. Васильева М.Б., Кузнецова Е.В., Русакова Я.Л., Чепелева Е.В., Сергеевичев Д.С., Журавлева И.Ю. Механические свойства нативной и децеллюляризованной стенки аорты после длительного хранения в биоцидных растворах. Вестник транcплантологии и искусственных органов. 2021;23(4):86-94. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2021-4-86-94 Vasilyeva M.B., Kuznetsova E.V., Rusakova Ya.L., Chepeleva E.V., Sergeevichev D.S., Juravleva I.Yu. Mechanical properties of na- tive and decellularized aortic wall after long-term storage in bio- cide solutions. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2021;23(4):86-94. (In Russ.) https://doi.org/10.15825/1995-1191-2021-4-86-94
  25. Tzavellas N.P., Simos Y.V., Tsamis K.I., Markopoulos G.S., Lekkas P., Peschos D., Lakkas L. Decellularized scaffolds and heart valve treatment: present techniques, long-standing hurdles and the challenging future. Biomater Adv. 2025;177:214367. PMID: 40505382. https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2025.214367
  26. Mangani S., Vetoulas M., Mineschou K., Spanopoulos K., Vivanco M.D., Piperigkou Z., Karamanos N.K. Design and Applications of Extracellular Matrix Scaffolds in Tissue Engineering and Regeneration. Cells. 2025;14(14):1076. PMID: 40710329; PMCID: PMC12293650. https://doi.org/10.3390/cells14141076
  27. Rabbani M., Zakian N., Alimoradi N. Contribution of Physical Methods in Decellularization of Animal Tissues. J Med Signals Sens. 2021;11(1):1–11. PMID: 34026585. PMCID: PMC8043117. https://doi.org/10.4103/jmss.jmss_2_20
  28. Васильева М.Б., Сергеевичев Д.С., Юношев А.С., Ларионов П.М., Новрузов Р.Б., Караськов А.М. Морфофункциональная оценка ферментативного и детергентного способов децеллюляризации сердечных аллографтов. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2012;(16)2:77-80. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2012-2-77-80 Vasilyeva M.B., Sergeevichev D.S., Yunoshev A.S., Larionov P.M., Novruzov R.B., Karaskov A.M. Morphofunctional assessment ofenzymatic and detergent methods of decellularization of cardi- ac allografts. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2012;(16)2:77–80. (In Russ.) https://doi.org/10.21688/1681-3472-2012-2-77-80
  29. Liao J., Joyce E.M., Sacks M.S. Effects of decellularization on the me- chanical and structural properties of the porcine aortic valve leaflet. Biomaterials. 2008;29(8):1065-1074. PMID: 8096223; PMCID: PMC2253688. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.11.007
  30. Сергеевичев Д.С., Сергеевичева В.В., Субботовская А.И., Подхватилина Н.А., Васильев В.Ю., Русакова Я.Л. Токсическое влияние детергентов на мезенхимальные стромальные клетки человека при заселении графтов. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2013;17(2):67–71. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2013-2-67-71 Sergeevichev D. S., Sergeevicheva V. V., Subbotovskaya A. I., Podkhvatilina N. A., Vasiliev V. Yu., Rusakova Ya. L. Toxic effect of detergents on human mesenchymal stromal cells during graft colonization. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2013;17(2):67-71. (In Russ.) https://doi.org/10.21688/1681-3472-2013-2-67-71
  31. Grabenwöger M., Fitzal F., Sider J., Csekö C., Bergmeister H., Schima H., Husinsky W., Böck P., Wolner E. Endothelialization of biosynthetic vascular prostheses after laser perforation. Ann Thorac Surg. 1998;66(6 Suppl):S110-4. PMID: 9930428. https://doi.org/10.1016/s0003-4975(98)00982-5
  32. Anderson J.M. Biological responses to materials. Annu Rev Mater Res. 2001;31(1):81-110. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.31.1.81
  33. Иванов А.В., Липатов В.А., Лазаренко С.В., Жердев Н.Н., Северинов Д.А. Исследование реакции тканей лабораторных животных на имплантацию новых образцов сосудистых эндопротезов. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2016;20(2):87-94. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2016-2-87-94 Ivanov A.V., Lipatov V.A., Lazarenko S.V., Zherdev N.N., Severinov D.A. Studying the response of tissues of laboratory animals to implantation of vascular endoprostheses. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2016;20(2):87-94. (In Russ.) https://doi.org/10.21688/1681-3472-2016-2-87-94
  34. Мелконян К.И., Накохов Р.З., Русинова Т.В., Козмай Я.А., Быков И.М., Редько А.Н., Алексеенко С.Н. Показатели цитокинового профиля в сыворотке крови крыс при подкожной имплантации децеллюляризированного матрикса пищевода. Гены и клетки. 2020;15(4):46-56. https://doi.org/10.23868/202012008 Melkonyan K.I., Nakokhov R.Z., Rusinova T.V., Kozmai Y.A., Bykov I.M., Redko A.N., Alekseenko S.N. Serum cytokine profile indicators after subcutaneous implantation of the decellularized esophagus matrix in rats. Genes & Cells. 2020;15(4):46-56. (In Russ.) https://doi.org/10.23868/202012008
  35. Adam K., Günay H., Vaske B., Flohr M., Staufenbiel I. The granulation tissue preservation technique in regenerative periodontal surgery-a randomized controlled clinical trial. Clin Exp Dent Res. 2022;8(1):9-19. PMID: 35018724; PMCID: PMC8874108. https://doi.org/10.1002/cre2.532