Angiogenic vitalization of biocompatible and biodegradable scaffold ( experimental study)
Authors: Клабуков И.Д. , Балясин М.В. , Люндуп А.В. , Крашенинников М.Е. , Титов А.С. , Мудряк Д.Л. , Шепелев А.Д. , Тенчурин Т.Х. , Чвалун С.Н. , Дюжева Т.Г. 
Published: December 2020

Цель исследования - оценка влияния на ангиогенез конструкций из волокнистого поликапролактона, модифицированного плазмидой с геном сосудистого фактора роста, при имплантации крысам. Методика. Эксперименты выполнены на 24 крысах-самках Вистар в возрасте 2 мес, массой 180-200 г. В работе исследовали плоские каркасы размером 1 см х 1 см, полученные методом эмульсионного электроспиннинга из раствора поликапролактона. Материал каркасов витализировали плазмидой VEGF-165 (геннотерапевтический препарат Неоваскулген), введенной внутрь двух типов волокнистых материалов в разных концентрациях: низкой - 0,005 мг/мл, и высокой - 0,05 мг/мл. Образец и контроль (материал без витализации) одномоментно имплантировали подкожно в два сформированных симметричных кармана в межлопаточной зоне. Окружающие каркас ткани на 7-е, 16-е, 33-и, 46-е и 64-е сутки извлекали, проводили гистологическое исследование: изучали тканевую реакцию с морфометрической оценкой плотности распределения и диаметра сосудов в области имплантации, а также оценивали степень биодеградации волокнистого материала. Результаты. Признаков тканевой реакции отторжения при имплантации как контрольного, так и модифицированного материала не выявлено. Показано, что при экспозиции материала in vivo наряду с резорбцией материала происходят изменения количества и диаметра сосудов. Выявлен дозозависимый эффект стимуляции ангиогенеза при увеличении концентрации Неоваскулгена в образцах. Для витализированных материалов отмечено увеличение плотности распределения сосудов на 46% (высокая концентрация, 33-и сут) по сравнению с контролем. После прекращения воздействия препарата, плотность распределения сосудов приближалась к значениям в контроле. Заключение. Разработанная методика витализации полимерных каркасов с внесением раствора геннотерапевтического препарата Неоваскулген внутрь микроволокон обеспечивает пролонгированный и дозозависимый эффект на рост сосудов в зоне имплантации.
The aim of the study was to evaluate the effect on angiogenesis of a biocompatible, biodegradable material-derived scaffold implanted into rats and functionalized using a plasmid with a vascular growth factor gene. Methods. Experiments were performed on 24 female Wistar rats aged 2 months weighing 180-200 g. We investigated 1 cm x 1 cm flat scaffolds obtained by electrospinning from polycaprolactone functionalized scaffolds with a VEGF-165 plasmid (gene therapy drug, Neovasculgen) incorporated inside the fibers at two concentrations, low (0.005 mg/ml) and high (0.05 mg/ml). The sample and control were simultaneously implanted subcutaneously into two formed symmetrical pockets in the interblade zone. At 7, 16, 33, 46, and 64 days, the scaffolds were removed, and histological examination was performed; the tissue reaction was studied including morphometric evaluation of density and diameter of blood vessels in the implantation area, and the area of the image occupied by the material was measured. Results. Tissue rejection was absent after implantation of either control or modified material. When the material was exposed in vivo , besides resorption of the material, blood vessel number and diameter changed. As the Neovasculgen concentration in samples increased, a dose-dependent effect of angiogenesis stimulation became evident. Vascular density was increased by 46% (high concentration, 33 days) in functionalized matrices compared to the control. After cessation of the drug treatment, the vascular density approached the control values. Conclusion. The developed technique for functionalizing polymeric scaffolds by administration of a solution of the gene therapy drug, Neovasculgen, into microfibers provides a prolonged and dose-dependent effect on growth of blood vessels in the implantation zone.