Ферментная деградация коллагена как фактор, усиливающий кальцификацию эпоксиобработанных биопротезов клапанов сердца: данные моделирования in vitro

   Цель исследования – оценить в эксперименте in vitro влияние ферментной деградации коллагена на последующую кальцификацию эпоксиобработанного бычьего перикарда, используемого в производстве биопротезов клапанов сердца.

   Материал и методы. Материалом для исследования стали лоскуты эпоксиобработанного бычьего перикарда, фрагменты которых инкубировали в растворе бактериальной коллагеназы. Степень деградации образцов после обработки ферментом анализировали по потере массы и изменению механических свойств. Также образцы после протеолиза помещали в кальцинирующий раствор на три недели, далее определяя содержание в них кальция спектрофотометрическим методом. Контролем в экспериментах были фрагменты эпоксиобработанного перикарда, не подвергавшиеся воздействию коллагеназы.

   Результаты и их обсуждение. В среднем потеря массы фрагментов эпоксиобработанного перикарда при 24-часовой инкубации в коллагеназе составила около 8 %, что сопоставимо с указанными в литературе значениями для перикарда, стабилизированного глутаровым альдегидом. Также обработка ферментом привела к снижению предела прочности изучаемого материала (14,15 [13,08–16,58; 11,4–22,43] МПа (медиана [25-й процентиль – 75-й процентиль; минимум – максимум]) в контроле и 10,67 [7,37–11,6; 6,39–11,95] МПа в экспериментальной группе, p = 0,0003) и усилению его кальцификации в 1,6 раза (8,61 [6,58–9,81; 4,78–14,53] мг кальция/г ткани в контроле и 13,41 [10,58–17,27; 7,76–28,41] мг кальция/г ткани в экспериментальной группе, p = 0,0001).

   Заключение. Ферментная деградация коллагена в эпоксиобработанном бычьем перикарде способствует усилению его кальцификации in vitro. Полученные данные предполагают, что накопление коллагенолитических ферментов в створках ксеноперикардиальных биопротезов клапанов сердца является важным механизмом их структурной дегенерации.

1. Barbarash L., Rutkovskaya N., Barbarash O., Odarenko Y., Stasev A., Uchasova E. Prosthetic heart valve selection in women of childbearing age with acquired heart disease: a case report. J. Med. Case Rep. 2016;10:51. doi: 10.1186/s13256-016-0821-y

2. Cote N., Pibarot P., Clavel M.A. Incidence, risk factors, clinical impact, and management of bioprosthesis structural valve degeneration. Curr. Opin. Cardiol. 2017;32(2):123–129. doi: 10.1097/HCO.0000000000000372

3. Marro M., Kossar A.P., Xue Y., Frasca A., Levy R.J., Ferrari G. Noncalcific mechanisms of bioprosthetic structural valve degeneration. J. Am. Heart Assoc. 2021;10(3):e018921. doi: 10.1161/JAHA.120.018921

4. Kostyunin A.E., Glushkova T.V., Lobov A.A., Ovcharenko E.A., Zainullina B.R., Bogdanov L.A., Shishkova D.K., Markova V.E., Asanov M.A., Mukhamadiyarov R.A., … Kutikhin A.G. Proteolytic degradation is a major contributor to bioprosthetic heart valve failure. J. Am. Heart Assoc. 2023;12(1):e028215. doi: 10.1161/JAHA.122.028215

5. Shetty R., Pibarot P., Audet A., Janvier R., Dagenais F., Perron J., Couture C., Voisine P., Després J.P., Mathieu P. Lipid-mediated inflammation and degeneration of bioprosthetic heart valves. Eur. J. Clin. Invest. 2009;39(6):471–480. doi: 10.1111/j.1365-2362.2009.02132.x

6. Zhuravleva I.Yu, Karpova E.V., Oparina L.A., Poveschenko O.V., Surovtseva M.A., Titov A.T., Ksenofontov A.L., Vasilieva M.B., Kuznetsova E.V., Bogachev-Prokophiev A.V., Trofimov B.A. Cross-linking method using pentaepoxide for improving bovine and porcine bioprosthetic pericardia: a multiparametric assessment study. Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. Appl. 2021;118:111473. doi: 10.1016/j.msec.2020.111473

7. Christian A.J., Lin H., Alferiev I.S., Connolly J.M., Ferrari G., Hazen S.L., Ischiropoulos H., Levy R.J. The susceptibility of bioprosthetic heart valve leaflets to oxidation. Biomaterials. 2014;35(7):2097–2102. doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.11.045

8. Sung H.W., Chen W.Y., Tsai C.C., Hsu H.L. In vitro study of enzymatic degradation of biological tissues fixed by glutaraldehyde or epoxy compound. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 1997;8(8):587–600. doi: 10.1163/156856297x00191

9. Ovcharenko E.A., Klyshnikov K.U., Glushkova Т.V., Batranin А.V., Rezvova М.А., Kudryavtseva Y.А., Barbarash L.S. Evaluation of a failed heart valve bioprosthesis using microcomputed tomography. Sovremennyye tekhnologii v meditsine = Modern Technologies in Medicine. 2017;9(3):15–22. doi: 10.17691/stm2017.9.3.02