Τροποποίηση επιφάνειας αγγειακών ενδομοσχευμάτων σε επίπεδο νανοκλίμακας με την τεχνική ηλεκτροϊνοποίησης: ανάπτυξη και in vitro αξιολόγηση των χαρακτηριστικών τους

Abstract

This work develops drug loaded nanofibrous scaffolds as nano-coating for endovascular stents, for local and sustained delivery of rosuvastatin (Ros) and heparin (Hep) to injured artery walls after endovascular procedures via electrospinning process. The proposed hybrid covered stents can promote re-endothelialization, improve endothelial function, reduce inammatory reaction, inhibit neointimal hyperplasia of the injured artery wall, due to well-known pleiotropic actions of Ros, and also prevent adverse events like stent thrombosis (ST), through the antithrombotic action of Hep. Biodegradable nanobers were prepared by dissolving cellulose acetate (AC) and Ros in N, N-dimethylacetamide (DMAc) and acetone-based solvents. The polymeric solution was electrospun (e-spun) into drug-loaded AC nanobers onto three different commercially available stents (Co-Cr stent, Ni-Ti stent, and stainless steel stent), resulted in non-woven matrices of submicron-sized bers. Accordingly, Hep solution was further used for fibrous coating onto the engineered Ros-loaded stent. The functional encapsulation of Ros and Hep drugs into polymeric scaffolds was further underwent physicochemical analysis. Morphological characterization took place via Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) analysis, while scaffolds’ wettability properties were obtained by contact angle measurements (CA). The morphology of the drug-loaded AC nanofibers was smooth, with average diameter at 200-800 nm and after CA measurement we conclude to the super-hydrophobic nature of the engineered scaffolds. In vitro release rates of the pharmaceuticals drugs were determined using a high-performance liquid chromatography assay and showed that after the initial burst, drug release was controlled slowly by the degradation of the polymeric materials. These results imply that AC nanofibers encapsulated with Ros and Hep drugs have great potential in the development of endovascular grafts with anti-thrombogenic properties which can accelerate the re-endothelialization, reduced the neointimal hyperplasia and inammatory reaction and improved endothelial function.

Στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκε με την τεχνική της Ηλεκτροστατικής Ινοποίησης (ΕSD) πολυμερές νανοϊνώδες ικρίωμα (AC:Ros:Hep) εμπλουτισμένο με φαρμακευτικές ουσίες ροσουβαστατίνη (Ros) και ηπαρίνη (Hep), με σκοπό την τοπική και παρατεταμένη απελευθέρωση φαρμακευτικών ουσιών στο τραυματισμένο αγγειακό τοίχωμα μετά από την διενέργεια διαδερμικής ενδαγγειακής αγγειοπλαστικής (PTA). Τα προτεινόμενα επικαλυμμένα υβριδικά αγγειακά ενδομοσχεύματα (stents) έχουν την δυνατότητα να προάγουν την διαδικασία της επανενδοθηλιοποίησης, να βελτιώσουν την ενδοθηλιακή λειτουργία, να μειώσουν την φλεγμονώδη αντίδραση και να αναστείλουν την μετανάστευση και των πολλαπλασιασμό των λειών μυϊκών κυττάρων (ΛΜΚ) λόγω των γνωστών πλειοτροπικών δράσεων της Ros όπως επίσης να αποτρέψουν τις επιπλοκές όπως θρομβώσεις των ενδομοσχευμάτων μέσω της αντιθρομβωτικής δράσης της Hep. Το βιοαποικοδομήσιμο πολυμερές νανοϊνώδες ικρίωμα παρασκευάστηκε με την διάλυση οξικής κυτταρίνης (AC) και Ros σε σύστημα δύο διαλυτών, της ακετόνης και του Ν, Ν-διμεθυλακεταμίδιο (DMAc) και μετέπειτα πρόσθεση της Hep. Η εναπόθεση ικριώματος AC:Ros:Hep στην επιφάνεια των τριών διαφορετικών αγγειακών ενδοπροθέσεων (Co-Cr stent, Ni-Ti stent, stainless steel stent), πραγματοποιήθηκε με την τεχνική της ΕSD. Το πολυμερές ικρίωμα AC:Ros:Hep υποβλήθηκε σε φυσικοχημική ανάλυση και τον μορφολογικό και τοπογραφικό χαρακτηρισμό. Ο μορφολογικός χαρακτηρισμός διεξήχθη μέσω της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) και της Μικροσκοπίας Ατομικής Δύναμης (AFM), ενώ οι ιδιότητες διαβροχής των ικριωμάτων ελήφθησαν με μετρήσεις της Γωνίας επαφής (CA). Η μορφολογία των AC:Ros:Hep νανοϊνών ήταν ομαλή, η μέση διάμετρος 200-800nm και οι ίνες ήταν ιδιαίτερα υδρόφιλες. Ιn vitro μελέτες κινητικής απελευθέρωσης των φαρμακευτικών ουσιών από τα ικριώματα προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας την τεχνική υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης. Έδειξαν ότι μετά την απότομη απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας φαρμάκου (burst release), η αποδέσμευση του φαρμάκου εξελίσσετε βραδέως και με σταθερό ρυθμό ταυτόχρονα με την διαδικασία αποικοδόμησης του πολυμερούς ικριώματος. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι οι νανοΐνες AC εμπλουτισμένες με φαρμακευτικές ουσίες Ros και Hep αποτελούν ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο στην ανάπτυξη των stents με αντιθρομβωτικές ιδιότητες και δυνατότητα να επιταχύνουν την διαδικασία της επανενδοθηλιοποίησης, να μειώσουν την μετανάστευση και τον πολλαπλασιασμό των ΛΜΚ καθώς και την φλεγμονώδη αντίδραση, βελτιώνοντας ταυτόχρονα την ενδοθηλιακή λειτουργία.