細菌ナノセルロース小径血管移植片のインビトロでの吸血および細胞適合性。作製と表面特性の影響

In vitro hemo- and cytocompatibility of bacterial nanocelluose small diameter vascular grafts: Impact of fabrication and surface characteristics.

• Max Wacker
• Viktoria Kießwetter
• Ingo Slottosch
• George Awad
• Adnana Paunel-Görgülü
• Sam Varghese
• Maurice Klopfleisch
• Dennis Kupitz
• Dieter Klemm
• Sandor Nietzsche
• Katrin Petzold-Welcke
• Friederike Kramer
• Jens Wippermann
• Priya Veluswamy
• Maximilian Scherner

抄録

目的:

血小板や白血球の活性化が低いなど、宿主の血液・細胞適合性に優れた小径血管移植片の必要性が高まっている。そこで、我々は、異なる内面を有する細菌性ナノセルロース移植片の調製が、in vitro宿主細胞適合性に影響を与えるかどうかを調査することを目的とした。

OBJECTIVE: There is an increasing need for small diameter vascular grafts with superior host hemo- and cytocompatibilities, such as low activation of platelets and leukocytes. Therefore, we aimed to investigate whether the preparation of bacterial nanocellulose grafts with different inner surfaces has an impact on in vitro host cytocompatibility.

方法:

我々は、バイオリアクター内で、異なる表面粗さを特徴とする5つの異なるグラフト、すなわち、オープン界面表面（OIS）、インバート（INV）、部分的に空気乾燥（PAD）、空気接触で形成された表面（SAC）および標準的な（STD）を合成した。移植片（長さ５５ｍｍ、内径５ｍｍ）をヘパリン化ポリ塩化ビニルチューブに取り付け、ヒト血液を装填し、３７℃で４時間回転させた。その後、血液を用いて、細胞画分、酸化生成物、可溶性補体、トロンビン因子の頻度を分析した。結果は、ポリエチレンテレフタレートとエキスパンドポリテトラフルオロエチレンで作られた臨床的に承認された移植片と比較した。さらに、血小板を111Indium-oxineで標識し、ループ内の付着血小板の分布をシンチグラフィで可視化した。

METHODS: We have synthesized five different grafts in a bioreactor, namely open interface surface (OIS), inverted (INV), partially air dried (PAD), surface formed in air contact (SAC) and standard (STD) that were characterized by a different surface roughness. The grafts (length 55 mm, inner diameter 5 mm) were attached to heparinized polyvinyl chloride tubes, loaded with human blood and rotated at 37°C for 4 hours. Then, blood was analyzed for frequencies of cellular fractions, oxidative products, soluble complement and thrombin factors. The results were compared to clinically approved grafts made of polyethylene terephthalate and expanded polytetrafluoroethylene. Additionally, blood platelets were labelled with 111Indium-oxine to visualize the distribution of adherent platelets in the loop by scintigraphy.

結果:

表面粗さが最も低いSACナノセルロース移植片は、白血球減少率が10％未満、血小板減少率が50％未満と、白血球減少率が65％以上、血小板減少率が90％以上の他の移植片とは対照的に、優れた性能を示した。留意すべきは、SACナノセルロース移植片はシンチグラフィ分析で最も低い放射能を示し、血小板の接着が減少していることを示したことである。活性酸素と細胞の遊離DNAのレベルに有意な差はなかったが、トロンビン-アンチトロンビン複合体のレベルはSACグラフトで最も低かった。しかし、すべてのナノセルロース移植片は、強化された補体活性化を示した。

RESULTS: SAC nanocellulose grafts with the lowest surface roughness exhibited superior performance with <10% leukocyte and <50% thrombocyte loss in contrast to other grafts that exhibited >65% leukocyte and >90% thrombocyte loss. Of note, SAC nanocellulose grafts showed lowest radioactivity with scintigraphy analyses, indicating reduced platelet adhesion. Although the levels of reactive oxygen species and cell free DNA did not differ significantly, the levels of thrombin-antithrombin complexes were lowest in SAC grafts. However, all nanocellulose grafts exhibited enhanced complement activation.

結論:

BNC血管移植片の内表面の系統的な変化は生体適合性を大幅に向上させた。特にSACグラフトは血小板と白血球の損失が最も少なく，さらに凝固系の活性化が有意に減少した。生体内での生体適合性を調べるためには、さらなる動物実験が必要である。

CONCLUSION: The systematic variation of the inner surfaces of BNC vascular grafts significantly improves biocompatibility. Especially, SAC grafts exhibited the lowest loss of platelets as well as leukocytes and additionally significantly diminished activation of the coagulation system. Further animal studies are needed to study in vivo biocompatibilities.