TOXICITY OF SPHERICAL AND NEEDLE-SHAPED CALCIUM PHOSPHATE BIONS TO INJURED INTIMA OF THE RAT ABDOMINAL AORTA
Authors: Кутихин А.Г. , Шишкова Д.К. , Великанова Е.А. , Миронов А.В. , Кривкина Е.О. , Барбараш О.Л. 
Published: December 2020

Цель исследования - оценка токсического действия сферических кальций-фосфатных бионов и игольчатых кальций-фосфатных бионов на предварительно поврежденную интиму аорты крыс. Методика. Токсическое действие сферических кальций-фосфатных бионов и игольчатых кальций-фосфатных бионов на поврежденную интиму брюшной аорты крыс линии Wistar (n = 10 на группу) оценивали путем их однократного внутривенного введения после баллонной ангиопластики с эксплантацией поврежденного участка аорты через 5 нед. Биоптаты анализировали: 1) классическими гистологическими методами (окрашивание гематоксилин-эозином, ализариновым красным, по Вейгерту-ван Гизону и по Расселлу-Мовату); 2) иммунофлюоресцентным окрашиванием криосрезов (сочетанное окрашивание на CD31 и CD34, на CD31 и α-гладкомышечный актин (α-ГМА), на виментин и α-ГМА, на коллаген IV типа и α-ГМА). Для оценки влияния системного воспаления на КФБ-индуцированную эндотелиотоксичность определяли содержание моноцитарного хемоаттрактантного белка (МСР-1/CCL2) и церулоплазмина в сыворотке крови прооперированных крыс посредством иммуноферментного анализа. Результаты. Сферические кальций-фосфатные бионы и игольчатые кальций-фосфатные бионы вызывали выраженную гипертрофию интимы брюшной аорты в 90% (9 из 10 крыс) и 80% случаев (8 из 10 крыс) соответственно, в то время как частота гипертрофии в группе контрольных крыс составила лишь 10% (1 из 10 крыс). Неоинтима при экспозиции интимы брюшной аорты обоим типам бионов характеризовалась переходом фенотипа клеток мезенхимального ряда с контрактильного (α-ГМА-положительные и виментин-отрицательные гладкомышечные клетки) и неактивного (α-ГМА-отрицательные и виментин-положительные фибробласты) на активный синтетический (α-ГМА- и виментин-положительные клетки), что приводило к формированию значительных количеств экстрацеллюлярного матрикса. Внутривенное введение сферических кальций-фосфатных бионов и игольчатых кальций-фосфатных бионов не приводило к изменению уровней МСР-1/CCL2 и церулоплазмина в сыворотке крови, что свидетельствовало об отсутствии их возможного влияния на развитие системного воспалительного ответа. Заключение. Внутривенное введение кальций-фосфатных бионов после повреждения интимы брюшной аорты крыс путем баллонной ангиопластики вызывает развитие гипертрофии интимы, частота и выраженность которой не зависит от формы кальций-фосфатных бионов и которая характеризуется переходом фенотипа клеток мезенхимального ряда из контрактильного/неактивного на активный синтетический. При этом эндотелиотоксическое действие кальций-фосфатных бионов обусловлено их непосредственным воздействием на эндотелий, а не развитием системного воспаления.

Purpose. To compare toxicity of spherical calcium phosphate bions (SCPB) and needle-shaped calcium phosphate bions (NCPB) to injured intima of rat aortas. Methods. Toxicity of SCPB and NCPB to injured abdominal aortas of Wistar rats (n = 10 per group) was evaluated using intravenous administration of the bions after balloon angioplasty. Rats were sacrificed five weeks postoperation, and an injured aortic segment was excised. Tissue preparations were stained with hematoxylin and eosin, alizarin red S, Weigert-van Gieson, and Movat’s pentachrome stains. Selected tissue samples were then examined using combined immunofluorescence staining (CD31/CD34, CD31/α-smooth muscle actin (α-SMA), α-SMA/vimentin, and α-SMA/collagen IV). Possible influence of systemic inflammation on CPB-induced endothelial toxicity was assessed by measuring monocyte chemoattractant protein-1 and ceruloplasmin in rat serum using the enzyme-linked immunosorbent assay. Results. Intravenous administration of SCPB or NCPB provoked intimal hyperplasia in 90% (9 of 10) and 80% (8 of 10) of rats vs. 10% (1 of 10) in the control group. The neointima was characterized by a phenotypic switch of mesenchymal cells, i.e. transition of a contractile (α-SMA-positive, vimentin-negative vascular smooth muscle cells) and quiescent (α-SMA-negative vimentin-positive fibroblasts) to an active synthetic phenotype (double-positive cells), which resulted in deposition of the extracellular matrix. Neither SCPB nor NCPB changed serum levels of pro-inflammatory molecules, МСР-1/CCL2, and ceruloplasmin. Conclusions. Intravenous administration of CPB upon balloon-induced vascular injury caused intimal hyperplasia regardless of the CPB shape. Hyperplasia foci were characterized by a switch of mesenchymal cells from a contractile/quiescent to an active synthetic phenotype. Endothelial toxicity of CPBs was defined by their direct cytotoxic action rather than induction of systemic inflammation.