Метод неинвазивной оценки структуры биопротеза клапана сердца

Исследование эксплантированных биопротезов клапанов сердца представляет собой ценный источник информации о деструктивных процессах, развивающихся в их компонентах в результате длительного контакта с организмом реципиента. Анализ морфологии, стадийности и степени вовлеченности различных материалов протеза клапана в распространенность патологических процессов – кальцификации, механических разрушений, нарастания соединительно-тканной капсулы – является основой для разработки потенциальных методов увеличения срока службы данных изделий и снижения риска повторных вмешательств. Цель исследования – оценить потенциал компьютерной микротомографии для анализа внутренней структуры биологического протеза клапана сердца, эксплантированного по причине дисфункции. Материал и методы. В работе исследовали распространенность патологической минерализации биопротеза «ПериКор», эксплантированного вследствие развившейся дисфункции створчатого аппарата с клинической картиной протезной недостаточности степени 2Б. Материал описывали макроскопически, после чего исследовали методом компьютерной микротомографии высокого разрешения. В структуре образца выделяли и описывали рентгеноплотные области патологической минерализации, а также оценивали объем вовлеченного в кальцификацию материала. Результаты. Показано, что основными патологическими изменениями, приведшими к протезной дисфункции, стали дегенеративные изменения биоматериала с признаками кальцификации, с утолщением и разрывом створок. Количественно определено, что области рентгенологически плотных включений (кальцификатов) занимают 11,1 % объема материала. Установлено, что описанные области ассоциированы с обшивкой каркаса и с элементами шовного материала, используемого при производстве данного биопротеза. Заключение. Исследованный в настоящей работе метод неразрушающего анализа внутренней структуры измененных материалов биологического протеза продемонстрировал возможность качественной и количественной оценки областей патологической минерализации, их распространения и связанности с другими процессами, приводящими к развитию протезной дисфункции. Метод позволяет визуализировать макро- и микроучастки кальцификации и способен стать ценным инструментом для дополнения существующих подходов к исследованию эксплантированных биопротезов.

1. Бокерия Л.А., Милиевская Е.Б., Кудзоева З.Ф., Прянишников В.В., Скопин А.И., Юрлов И.А. Сердечно-сосудистая хирургия – 2018. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. М.: НМИЦССХ им. А.Н. Бакулева, 2019. 270 с.

2. Барбараш Л.С., Рогулина Н.В., Рутковская Н.В., Овчаренко Е.А. Механизмы развития дисфункций биологических протезов клапанов сердца. Комплекс. пробл. серд.-сосуд. заболев. 2018;7(2):10–24. doi: 10.17802/2306-1278-2018-7-2-10-24

3. Глушкова Т.В., Овчаренко Е.А., Рогулина Н.В., Клышников К.Ю., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Дисфункции эпоксиобработанных биопротезов клапанов сердца. Кардиология. 2019;59(10):49–59. doi: 10.18087/cardio.2019.10.n327

4. Роголевич В.В., Глушкова Т.В., Понасенко А.В., Овчаренко Е.А. Инфекционный эндокардит как причина развития дисфункции клапанов сердца. Кардиология. 2019;59(3):68–77. doi: 10.18087/cardio.2019.3.10245

5. Рабочая группа по ведению пациентов с клапанной болезнью сердца Европейского общества кардиологов (ЕОК, ESC) и Европейской ассоциации кардиоторакальной хирургии (EACTS). Рекомендации ESC/EACTS 2017 по лечению клапанной болезни сердца. Рос. кардиол. ж. 2018;23(7):103–155. doi: 10.15829/1560-4071-2018-7-103-155

6. Ghanbari H., Kidane A.G., Burriesci G., Ramesh B., Darbyshire A., Seifalian A.M. The anti-calcification potential of a silsesquioxane nanocomposite polymer under in vitro conditions: Potential material for synthetic leaflet heart valve. Acta Biomater. 2010;6(11):4249–4260. doi: 10.1016/j.actbio.2010.06.015

7. Claiborne T.E., Slepian M.J., Hossainy S., Bluestein D. Polymeric trileaflet prosthetic heart valves: evolution and path to clinical reality. Expert. Rev. Med. Devices. 2012;9(6):577–594. doi: 10.1586/erd.12.51

8. Rotman O.M., Kovarovic B., Chiu W.-C., Bianchi M., Marom G., Slepian M.J., Bluestein D. Novel polymeric valve for transcatheter aortic valve replacement applications: in vitro hemodynamic study. Ann. Biomed. Eng. 2019;47(1):113–125. doi: 10.1007/s10439-018-02119-7

9. Журавлева И.Ю., Карпова Е.В., Опарина Л.А., Кабос Н., Ксенофонтов А.Л., Журавлева А.С., Ничай Н.Р., Богачев-Прокофьев А.В., Трофимов Б.А., Караськов А.М. Ксеноперикард, консервированный ди- и пентаэпоксидами: молекулярные механизмы сшивки и механические свойства биоматериала. Патол. кровообращения и кардиохирургия. 2018;22(3):56–68. http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2018-3-56-68

10. 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. 2021;118:111473. doi: 10.1016/j.msec.2020.111473

11. Agathos E.A., Tomos P.I., Kostomitsopoulos N., Koutsoukos P.G. A novel anticalcification treatment strategy for bioprosthetic valves and review of the literature. J. Card. Surg. 2019;34(10):895–900. doi: 10.1111/jocs.14151

12. Yu T., Yang W., Zhuang W., Tian Y., Kong Q., Chen X., Li G., Wang Y.A. A bioprosthetic heart valve cross-linked by a non-glutaraldehyde reagent with improved biocompatibility, endothelialization, anti-coagulation and anti-calcification properties. J. Mater. Chem. B. 2021;9(19):4031–4038. doi: 10.1039/D1TB00409C

13. Gellis L., Baird C.W., Emani S., Borisuk M., Gauvreau K., Padera R.F., Sanders S.P. Morphologic and histologic findings in bioprosthetic valves explanted from the mitral position in children younger than 5 years of age. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2018;155(2):746–752. doi: 10.1016/j.jtcvs.2017.09.091

14. Lepidi H., Casalta J.-P., Fournier P.-E., Habib G., Collart F., Raoult D. Quantitative histological examination of bioprosthetic heart valves. Clin. Infect. Dis. 2006;42(5):590–596. doi: 10.1086/500135

15. Uchasova E., Barbarash O., Rutkovskaya N., Hryachkova O., Gruzdeva O., Ponasenko A., Kondyukova N., Odarenko Y., Barbarash L. Impact of recipientrelated factors on structural dysfunction of xenoaortic bioprosthetic heart valves. Patient Prefer. Adherence. 2015;9:389–399. doi: 10.2147/PPA.S76001

16. Hamdi S.E., Delisée C., Malvestio J., da Silva N., le Duc A., Beaugrand J. X-ray computed microtomography and 2D image analysis for morphological characterization of short lignocellulosic fibers raw materials: A benchmark survey. Compos. Part. A. Appl. Sci. Manuf. 2015;76:1–9. doi: 10.1016/j.compositesa.2015.04.019

17. Markl D., Zeitler J.A., Rasch C., Michaelsen M.H., Müllertz A., Rantanen J., Rades T., Bøtker J. Analysis of 3D prints by X-ray computed microtomography and terahertz pulsed imaging. Pharm. Res. 2017;34(5):1037–1052. doi: 10.1007/s11095-016-2083-1

18. Разина И.С., Семенова С.Г., Саттаров А.Г., Мусин И.Н. Применение микротомогрофии для исследования новых материалов. Обзор. Вестн. КГТУ им. А.Н. Туполева. 2013;16(19):163–169.

19. du Plessis A., Broeckhoven C., Guelpa A., le Roux S.G. Laboratory x-ray micro-computed tomography: a user guideline for biological samples. Gigascience. 2017;6(6):1–11. doi: 10.1093/gigascience/gix027

20. O’Sullivan J.D.B., Behnsen J., Starborg T., MacDonald A.S., Phythian-Adams A.T., Else K.J., Cruickshank S.M., Withers P.J. X-ray micro-computed tomography (μCT): an emerging opportunity in parasite imaging. Parasitology. 2018;145(7):848–854. doi: 10.1017/S0031182017002074

21. Долгалев А.А., Зеленский В.А., Трубушкина Е.М., Бойко Е.М., Дотдаева К.Р., Аванисян В.М., Куценко А.П., Иванов С.С. Исследование репарации костной ткани с использованием рентгеновской микротомографии при искусственно созданных дефектах передней стенки верхнечелюстной пазухи в эксперименте. Главный врач Юга России. 2021;3(78):10–13.

22. Miclăuş T., Valla V., Koukoura A., Nielsen A.A., Dahlerup B., Tsianos G.-I., Vassiliadis E. Impact of design on medical device safety. Ther. Innov. Regul. Sci. 2020;54(4):839–849. doi: 10.1007/s43441-019-00022-4

23. Joung Y.-H. Development of implantable medical devices: from an engineering perspective. Int. Neurourol. J. 2013;17(3):98–106. doi: 10.5213/inj.2013.17.3.98

24. Major A., Guidoin R., Soulez G., Gaboury L.A., Cloutier G., Sapoval M., Douville Y., Dionne G., Geelkerken R.H., Petrasek P., Lerouge S. implant degradation and poor healing after endovascular repair of abdominal aortic aneurysms: an analysis of explanted stent-grafts. J. Endovasc. Ther. 2006;13(4):457–467. doi: 10.1583/06-1812MR.1

25. Fukuhara S., Brescia A.A., Deeb G.M. Surgical explantation of transcatheter aortic bioprostheses. Circulation. 2020;142(23):2285–2287. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.050499

26. Lejay A., Colvard B., Magnus L., Dion D., Georg Y., Papillon J., Thaveau F., Geny B., Swanström L., Heim F., Chakfé N. Explanted vascular and endovascular graft analysis: where do we stand and what should we do? Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 2018;55(4):567–576. doi: 10.1016/j.ejvs.2018.01.022

27. Tod T.J., Gohres R.A., Torky M., Wright G.A., Lamberigts M., Flameng W., Meuris B. Influence of tissue technology on pannus formation on bioprosthetic heart valves. Cardiovasc. Eng. Technol. 2021;12(4):418–425. doi: 10.1007/s13239-021-00530-1

28. Кудрявцева Ю.А., Насонова М.В., Акентьева Т.Н., Бураго А.Ю., Журавлева И.Ю. Роль шовного материала в кальцификации кардиоваскулярных биопротезов. Комплекс. пробл. серд.-сосуд. заболев. 2013;(4):22–27. doi: 10.17802/2306-1278-2013-4-22-27

29. Акентьева Т.Н., Шишкова Д.К., Бураго А.Ю., Кудрявцева Ю.А. Локальный воспалительный ответ на использование шовного материала в хирургической практике: экспериментальные данные. Вестн. трансплантол. и искусств. органов. 2020;22(2):151–157. doi: 10.15825/1995-1191-2020-2-151-157