ゼラチンをポリビニルアルコールヒドロゲル上にワンポットで共有結合的にグラフトすることで、血管内皮化と血液適合性を向上させ、合成血管グラフトの応用を可能にしました

One-Pot Covalent Grafting of Gelatin on Poly(Vinyl Alcohol) Hydrogel to Enhance Endothelialization and Hemocompatibility for Synthetic Vascular Graft Applications.

• Muhammad Rizwan
• Yuan Yao
• Maud B Gorbet
• John Tse
• Deirdre E J Anderson
• Monica T Hinds
• Evelyn K F Yim

抄録

心血管疾患は依然として世界的な死因の第一位である。心血管疾患の治療に臨床的に利用されているDacron®やエキスパンドポリテトラフルオロエチレン（ePTFE）などの小径合成血管移植片の特許取得率は、内皮化が不十分であるために不十分です。トリメタリン酸ナトリウム（STMP）架橋PVAは、心血管疾患の治療のための血液適合性のある小径血管移植片として採用される可能性がある。しかし、PVAは細胞接着性を著しく欠いており、STMP-PVAを内皮化する試みは、機能する内皮を作り出すには不十分であった。そこで、我々は、架橋したSTMP-PVAハイドロゲル上の残留水酸基を標的とし、カルボニルジイミダゾールを用いた水酸基-アミンカップリングを介して細胞接着性タンパク質を共役させるワンポット法を開発した。ヒト初代臍帯血管内皮細胞（HUVEC）は、改変PVA上で細胞接着性、生存性、および拡散性が著しく改善されたことを実証した。細胞はコンフルエントな内皮単分子膜を形成し、ビンキュリンによる局所接着、細胞-細胞接合タンパク質zonula occludens 1（ZO1）、血管内皮カドヘリン（VE-カドヘリン）を発現していた。血小板活性化、血小板微小粒子形成、血小板ＣＤ６１およびＣＤ６２Ｐ発現、およびトロンビン生成を調べることにより、血液適合性の広範な特徴付けを改変ＰＶＡヒドロゲル上で行ったが、これは改変ＰＶＡが血液適合性を有することを示した。さらに、非ヒト霊長類動静脈シャントモデルにおいて、抗凝固剤を一切使用せずに全血を流した状態で移植片を試験した。改造PVA、非改質PVA、臨床的なePTFE対照との間では、血小板やフィブリンの蓄積量に違いは見られなかった。この研究は、次世代の内皮化合成血管移植片の開発のためのPVAの改変における重要な一歩を提示するものである。

Cardiovascular diseases remain the leading cause of death worldwide. Patency rates of clinically-utilized small diameter synthetic vascular grafts such as Dacron® and expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) to treat cardiovascular disease are inadequate due to lack of endothelialization. Sodium trimetaphosphate (STMP) crosslinked PVA could be potentially employed as blood-compatible small diameter vascular graft for the treatment of cardiovascular disease. However, PVA severely lacks cell adhesion properties, and the efforts to endothelialize STMP-PVA have been insufficient to produce a functioning endothelium. To this end, we developed a one-pot method to conjugate cell-adhesive protein via hydroxyl-to-amine coupling using carbonyldiimidazole by targeting residual hydroxyl groups on crosslinked STMP-PVA hydrogel. Primary human umbilical vascular endothelial cells (HUVECs) demonstrated significantly improved cells adhesion, viability and spreading on modified PVA. Cells formed a confluent endothelial monolayer, and expressed vinculin focal adhesions, cell-cell junction protein zonula occludens 1 (ZO1), and vascular endothelial cadherin (VE-Cadherin). Extensive characterization of the blood-compatibility was performed on modified PVA hydrogel by examining platelet activation, platelet microparticle formation, platelet CD61 and CD62P expression, and thrombin generation, which showed that the modified PVA was blood-compatible. Additionally, grafts were tested under whole, flowing blood without any anticoagulants in a non-human primate, arteriovenous shunt model. No differences were seen in platelet or fibrin accumulation between the modified-PVA, unmodified PVA or clinical, ePTFE controls. This study presents a significant step in the modification of PVA for the development of next generation endothelialized synthetic vascular grafts.