CC BY
13
УДК 616.12-089.819.843:612.171.3-77 https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2018-4-94-102
Для цитирования: Мухамадияров Р.А., Рутковская Н.В., Кокорин С.Г., Одаренко Ю.Н., Мильто И.В., Барбараш Л.С. Типирование клеток биопротезов клапанов сердца, эксплантированных вследствие развития кальций-ассоциированных дисфункций. Бюллетень сибирской медицины. 2018; 17 (4): 94-102.
Типирование клеток биопротезов клапанов сердца, эксплантированных вследствие развития кальции-ассоциированных дисфункции
Мухамадияров Р.А.1, Рутковская Н.В.1, Кокорин С.Г.1, Одаренко Ю.Н.1, Мильто И.В.2, 3, Барбараш Л.С.1
1 Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний (НИИ КПССЗ) Россия, 650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, 6
2 Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ) Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2
3 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (НИ ТПУ) Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
РЕЗЮМЕ
Целью работы явилось иммуногистохимическое (ИГХ) типирование клеток в составе кальцинированных биопротезов (БП) клапанов сердца, удаленных при реоперациях.
Материалы и методы. Исследованы 19 БП моделей «КемКор» и «ПериКор» (ЗАО «Неокор», г. Кемерово), извлеченных из митральной позиции по причине развития первичной тканевой несостоятельности с кальцификацией. Для иммуногистохимического типирования клеток в составе анализируемых образцов применяли следующие маркеры: СD3 (Т-лимфоциты), СD20 (В-лимфоциты), СD34 и VEGFR2 (эндотелиоциты), СD68 (моноциты/макрофаги), виментин (фибробласты), а-гладкомы-шечный актин (гладкие миоциты).
Результаты. Наблюдали неравномерное распределение и большое разнообразие межклеточных взаимодействий, а также контактов с компонентами матрикса с минеральными депозитами. Для эндотелиоцитов (СD34- и VEGFR2-положительных клеток) были характерны два типа локализации. В первом варианте они образовывали монослой на поверхности створок БП, во втором - входили в состав капилляроподобных структур в поверхностном слое ксеноматериала. CD68-позитивные клетки встречались как в поверхностных, так и в глубоких слоях образцов. Вблизи клеток отмечали фрагментацию и расслоение коллагеновых волокон с формированием тонкофибриллярных ячеистых сетей. Виментин-позитивные клетки (фибробласты) располагались группами или поодиночке в участках деструкции соединительнотканной основы и, вероятно, принимали участие в формировании нового матрикса. Плотность а-гладкомышечных актин-позитивных клеток, имеющих характерную для гладких миоцитов форму, преобладала в поверхностных участках створок БП и снижалась в более глубоких отделах. СD3- и СD20-позитивные клетки, относящиеся к Т- и В-лимфоцитам соответственно, в большинстве анализируемых образцов были представлены единичными клетками.
Выводы. Поддержание структурной и функциональной целостности БП определяется комплексом факторов реципиента, к числу которых, помимо механических повреждений в процессе функционирования, могут быть отнесены иммунные и клеточные механизмы.
Ключевые слова: тканевая несостоятельность, кальцификация, эксплантация, иммуногистохимиче-ское исследование.
Н Мухамадияров Ринат Авхадиевич, e-mail: [email protected].
ВВЕДЕНИЕ
Основными факторами, ограничивающими широкое клиническое применение биопротезов (БП) клапанов сердца, являются развитие дегенеративных изменений соединительнотканного матрикса ксеностворок в организме реципиентов и, соответственно, ухудшение функциональных характеристик имплантируемых устройств [1]. К наиболее распространенному варианту структурных дисфункций БП относят кальцификацию ксеногенных тканей, закономерным итогом которой становятся тяжелые нарушения внутрисер-дечной и системной гемодинамики, а также необходимость выполнения повторных хирургических вмешательств, сопровождающихся относительно высоким риском неблагоприятных исходов. Несмотря на постоянное совершенствование моделей БП и поиск способов повышения их мине-ралорезистентности, данная проблема далека от своего разрешения. Наиболее перспективными направлениями в представленной области являются изучение возможных механизмов минерализации ксеногенных материалов и поиск потенциальных способов управления этим процессом [2, 3]. В настоящее время возможность регуляции патологической кальцификации на клеточном, биохимическом и генетическом уровнях не подвергается сомнению, однако факторы инициации и прогрес-сирования структурных изменений биологических объектов до сих пор детально не исследованы [4].
Ранее в серии наших работ были определены параллели между развитием дегенеративных поражений сердечно-сосудистой системы и кальций-опосредованной первичной тканевой несостоятельностью БП, продемонстрировано активное участие клеток реципиента в процессе минерализации ксеногенных тканей, а также представлены постимплантационные модификации створок БП, предшествующие формированию клинически выраженных дисфункций [5, 6]. Существенным ограничением данных исследований была идентификация клеточных элементов с использованием исключительно рутинных методик окрашивания.
Целью настоящей работы явилось иммуноги-стохимическое (ИГХ) типирование клеток в составе кальцинированных ксеноперикардиальных протезов клапанов сердца после продолжительного периода их функционирования в организме реципиентов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследованы 19 ксеноаортальных эпокси-обработанных БП моделей «КемКор» и «Пе-
риКор» (ЗАО «Неокор», г. Кемерово), извлеченных из митральной позиции при повторных хирургических вмешательствах в связи с развитием кальциевой дегенерации ксеноматери-ала. Когорту реоперированных больных составили 10 женщин и 9 мужчин. Участники исследования подписывали информированное согласие.
Средний возраст пациентов на момент выполнения повторных операций соответствовал (69 ± 8) лет при средних сроках функционирования БП (8 ± 4) года. Этиологический фактор формирования пороков нативных митральных клапанов в исследуемой группе был представлен ревматической болезнью сердца. Причинами развития структурных дисфункций ксеноперикардиальных БП во всех случаях явилась первичная тканевая несостоятельность с кальцификацией. На момент определения показаний к репротезированию у пациентов отсутствовали клинические и лабораторные признаки активности воспалительного процесса, данных за наличие инфицирования ксеногенного материала клапанов БП, согласно результатам эхокардиографических исследований, также не получено.
Для гистологического и иммуногистохими-ческого ИГХ исследований эксплантирован-ные БП целиком помещали в 4%-й раствор параформальдегида (48 ч). После фиксации из створок вырезали фрагменты, которые подвергали декальцинации в 9%-м водном растворе ЭДТА (рН 7,8) с последующей гистологической проводкой и заливкой в парафиновую смесь Histomix (БиоВитрум, Россия). Из парафиновых блоков на полуавтоматическом микротоме (МЗП 01-Техном, Россия) готовили срезы (5 мкм), которые монтировали на обычные предметные стекла, а также на предметные стекла с полилизиновым покрытием (Thermo Scientific, США). Полученные срезы окрашивали гематоксилином и эозином и по Ван Гизону. Исследование препаратов и фотосъемку проводили на микроскопе AXIO Imager A1 (Carl Zeiss, Германия) с помощью цифровой камеры Canon G5 (Canon, Япония).
Для ИГХ типирования клеток применяли следующие маркеры: CD3 (Т-лимфоциты), CD20 (В-лимфоциты), CD34 и VEGFR2 (эндотелиоци-ты), CD68 (моноциты/макрофаги), виментин (фи-бробласты), а-гладкомышечный актин (гладкие миоциты). В работе использовали моноклональ-ные мышиные (CD3, CD20, CD34, CD68, виментин) и кроличьи (CD1, а-гладкомышечный актин), а также поликлональные кроличьи (VEGFR2)
антитела Novocastra Laboratories, Thermo Scientific и Spring Bioscience, реагирующие с антигенами человека.
Для выявления описанных выше маркеров проводили высокотемпературную демаскировку антигенов в цитратном буфере (0,01 моль; рН 6,0) — а-гладкомышечный актин, CD68, CD34, VEGFR2, CD3; в трис-ЭДТА буфере (рН 9,0) -виментин; без демаскировки — CD20. Блокирование эндогенной пероксидазы, разведение первичных антител и время их экспозиции определяли согласно протоколам производителей первичных антител. Для обнаружения результатов ИГХ реакции использовали полимерную визуализирующую систему Novolink (Polymer detection system) (Novocastra, Великобритания). Иммунофермент-ную реакцию останавливали, промывая срезы в фосфатном буфере (рН 7,4), после чего докрашивали гематоксилином Майера и заключали в канадский бальзам. Параллельно с выявлением антигенов при каждом окрашивании проводили постановку положительного и отрицательного контролей.
РЕЗУЛЬТАТЫ
При исследовании БП, эксплантированных в связи с развитием минерализации ксеногенного материала, в структуре створок были обнаружены многочисленные и разнообразные клетки. Морфологическая сохранность идентифицируемых клеточных элементов, с одной стороны, позволяла сделать заключение об их функциональной активности, с другой— свидетельствовала о принадлежности реципиенту.
Клетки определялись на предсердной и желудочковой поверхностях, а также внутри образцов створок, однако наибольшую их плотность отмечали во внешних участках БП и в прилежащих слоях. При этом обращала на себя внимание мозаичность изменений створок ксеноклапанов, в которых участки с минеральными депозитами различных размеров и форм сочетались с зонами выраженной деструкции и фрагментами с относительно сохранной структурой тканей (рис. 1). В ряде случаев кальциевые депозиты, визуализируемые в составе биоматериала, были окружены клетками.
а b
Рис. 1. Кальциевые депозиты (Са) с клеточным окружением (а) и без него (b). Стрелкой показаны клетки. х 100 Fig. 1. Calcium deposits (Ca) with a cellular environment (a) and without it (b). An arrow shows cells. х 100
Отдельные участки поверхности створок БП были представлены монослоем плоских удлиненных клеток (рис. 2, а). При иммуногистохимиче-ском типировании они идентифицированы как СЭ34- и УБОРК.2-позитивные, что подтвердило их принадлежность к эндотелиоцитам. Следует отметить, что соединительнотканный матрикс створок в проекции зон, покрытых эндотелием, имел интактную структуру, характеризующуюся плотной упаковкой коллагеновых волокон с сохранностью их тинкториальных свойств, и содержал лишь единичные клетки.
Отсутствие монослоя эндотелиоцитов на поверхностях створок, как правило, ассоциирова-
лось с большей выраженностью деструктивных изменений матрикса БП, разрыхлением волокон коллагена, образованием многочисленных полостей, а также наличием локальных клеточных скоплений (рис. 2, Ь). В отдельных сегментах исследуемых образцов эндотелиоциты выстилали имеющиеся щелевидные пространства, образуя структуры, схожие с капиллярами.
Вблизи участков с выраженной фрагментацией коллагеновых волокон наблюдали присутствие СЭ68-позитивных клеток (рис. 3). Следует отметить, что для этих клеток в равной степени была характерна локализация как в поверхностных, так и в глубоких слоях створок БП (рис. 3, Ь).
При этом С068-положительные клетки группировались преимущественно в зонах деструкции ксе-ногенного материала (рис. 4). В местах локализации мононуклеарных инфильтратов наблюдалось наиболее выраженное нарушение архитектоники
волокон коллагена с расширением пространств между ними. На некоторых препаратах отмечены фрагментация и расслоение коллагеновых волокон с формированием тонкофибриллярных ячеи-
стых сетей.
а b
Рис. 2. Эндотелиоциты на поверхности створки биопротеза (а, х 200) и толще створки (b, х!00). Имму-
ногистохимическая реакция на VEGF, х 200
Fig. 2. Endotheliocytes on the surface of the bioprosthetic valve (a, х 200) and inside the valve (b, х 100). Immunohis-
tochemical reaction to VEGF х 200
а b
Рис. 3. Макрофаги на поверхности створок биопротезов: а — окраска по Ван Гизону, х 100; b — иммуно-
гистохимическая реакция на CD68, х 200 Fig. 3. Macrophages on the surface of bioprosthetic valves: a — Van Gieson's stain, х 100; b — immunohistochemical
reaction to CD68, х 200
а b
Рис. 4. Макрофаги в створке биопротеза: а — окраска по Ван Гизону, х 400; b — иммуногистохимическая реакция
на CD68, х 200
Fig. 4. Macrophages in the bioprosthetic valve: a — Van Gieson's stain, х 400; b — immunohistochemical reaction to
CD68, х 200
В стенках полостей, наблюдаемых в створках БП, идентифицировали также виментин-по-ложительные клетки, что позволило отнести их к фибробластам. Эти клетки располагались как группами, так и поодиночке. Как правило, они располагались между коллагеновыми волокнами в участках деструкции соединительнотканной основы и, вероятно, принимали участие в формировании нового матрикса, заполняющего существующие дефекты створок и имеющего иную интенсивность прокрашивания.
Веретеновидные клетки с продолговатым ядром, локализованные поодиночке в толще створок БП (рис. 5, а), демонстрировали положительную ИГХ реакцию на а-гладкомышечный актин (рис. 5, Ь). Плотность расположения этих клеток была значительно выше в поверхностных слоях образцов ксеногенных клапанов и уменьшалась в более глубоких участках.
Рис. 5. Гладкие миоциты в створке биопротезов: а — окраска по Ван Гизону, х 400; b — иммуногистохи-
мическая реакция на актин, х 200 Fig. 5. Smooth myocytes in the bioprosthetic valve: а - Van Gieson's stain, x 400; b - immunohistochemical reaction to actin, x 200
СБ3- и СБ20-позитивные клетки, относящиеся к Т- и В-лимфоцитам, соответственно, в большинстве исследуемых срезов были представлены единичными элементами, что позволяет сделать вывод о незначительной выраженности иммунных реакций на имплантированный ксеногенный материал в отдаленном периоде функционирования БП.
Обращает на себя внимание одновременное присутствие в анализируемых образцах створок БП нескольких типов клеток. Кроме того, следует отметить неравномерное их распределение в ксеногенных тканях и отсутствие характерной локализации. В ряде срезов клеточные скопления располагались в непосредственной близости с компонентами матрикса и минеральными депозитами в составе БП. Однако наряду с подобной локализацией, в структуре створок эксплантиро-ванных клапанов наблюдали наличие участков, свободных от клеточных инфильтратов и с высокой сохранностью волокон коллагена.
ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящее время известно, что отложение минеральных депозитов в створках БП клапанов сердца, происходящее в процессе их функционирования в организме реципиента, может быть следствием как пассивного образования аморфных участков кальцификации, так и проникновения в исходно девитализированный материал субпопуляций клеток с остеобластным фенотипом [7-9]. Согласно современным представлениям, последние происходят из пула циркулирующих в крови полипотентных клеток-предшественниц, миграция и дифференцировка которых осуществляются при участии комплекса экзо- и эндогенных факторов.
Результаты представленного исследования позволяют сделать вывод, что выраженность процессов деструкции ксеноматериала, наряду с глубиной и степенью клеточной инфильтрации, определяет наличие или отсутствие эндотелиза-ции поверхностей створок, контактирующих с кровью непосредственно после имплантации БП в организм реципиента. Данное наблюдение согласуется с мнением ряда авторов о возможности проникновения мононуклеарных лейкоцитов и клеток-предшественниц, способных подвергаться проостеогенной и профибробластической трансформации, внутрь ксеноклапанов через дефекты поверхностей створок. В данном случае девитализированные ткани БП выполняют роль матрицы для фиксации клеток реципиента, цир-
а
кулирующих в кровотоке [9]. В настоящей работе ассоциации между степенью дегенеративных изменений имплантированных клапанов, с одной стороны, а также количеством и разнообразием идентифицируемых клеток - с другой, могут быть рассмотрены как свидетельство пусковой роли нарушения целостности образующегося на поверхностях образцов эндотелиального слоя в последующей репопуляции тканей БП и развитии структурных дисфункций.
Источником формирования эндотелиальной выстилки у основания створок ксеноклапанов, вероятно, является эндотелий эндокарда, в то время как эндотелизация их свободного края, по всей видимости, обусловлена миграцией и диф-ференцировкой циркулирующих в крови полипо-тентных клеток-предшественниц.
Кроме эндотелиоцитов, среди клеток, заселяющих ткани створок БП, обнаружены макрофаги. Деструкция, фрагментация и гомогенизация компонентов ксеноклапанов, а также формирование полостей свидетельствуют о высокой коллаге-нолитической активности этих клеток [10]. Известно, что продукты распада коллагена, являясь хемоаттрактантами для моноцитов, усиливают их миграцию из сосудистого русла, поддерживают локальный воспалительный процесс и повышают аффинитет к ионам кальция, содержащимся в крови, что может играть триггерную роль в образовании зародышевых фаз минеральных кристаллов [11].
В качестве альтернативной роли макрофагов в реализации механизмов кальцификации биологических клапанов сердца можно рассматривать активацию иммунного воспаления [8, 11, 12]. Однако поскольку среди клеток, инфильтрирующих ксеногенные ткани БП, лимфоциты и плазмоциты составили весьма небольшую часть, роль иммунного воспаления в развитии финальных стадий кальцификации имплантированных ксеноклапа-нов вряд ли можно считать значимой.
Наиболее представительной явилась группа клеток фибробластического дифферона, в том числе способных продуцировать экстрацел-люлярный матрикс, что, на наш взгляд, отражает течение процессов ремоделирования, проявляющихся новообразованием соединительной ткани. Наличие неоваскуляризации ксеногенного материала, в свою очередь, способствует поддержанию репопуляции БП и обеспечению нормальной жизнедеятельности клеток [13].
На основании полученных данных можно сделать вывод, что эндотелизация поверхностей БП в процессе их функционирования выполняет защит-
ную функцию, изолируя внутренние слои створок имплантированных клапанов от агрессивного воздействия факторов реципиента и препятствуя как клеточной инфильтрации, так и механической деструкции створок под влиянием гемодинами-ческих факторов [11, 12, 14, 15]. При утрате барьерной роли эндотелиального слоя происходит клеточно-опосредованная деградация БП. Кроме того, результаты настоящего исследования позволяют предполагать, что клеткам, заселяющим де-витализированные ткани ксеноклапанов, вероятно, присуща способность реагировать на внешние стимулы активацией процессов дифференцировки и синтетических функций. Установлено, что в исследуемом материале БП параллельно протекают два активных разнонаправленных процесса: разрушение ксеногенных тканей при участии макрофагов и ее структурная регенерация, ассоциированная с активностью фибробластов реципиента [5, 6]. При этом клеточные реакции и их последствия могут значительно отличаться от таковых в нативных элементах сердечно-сосудистой системы, что обусловлено дополнительным влиянием ряда факторов, к числу которых относятся состояние внутрисердечной гемодинамики, химическая обработка имплантируемых БП, выраженность проявлений системного воспалительного ответа и прочие.
Таким образом, развитие кальциевой дегенерации ксеногенных клапанов сердца представляет собой многостадийный процесс [7, 8, 16]. К числу факторов, его инициирующих, могут быть отнесены механические и иммунные повреждения поверхностей имплантированных клапанов на ранних сроках после имплантаций. В последующем через образующиеся дефекты вглубь створок проникают полипотентные клетки реципиента и компоненты крови. Каждый тип клеток выполняет свою генетически детерминированную функцию, однако полноценная регуляция и синхронизация их деятельности в условиях существования в ксеногенных тканях, по всей видимости, отсутствуют. В результате долговременное поддержание структурной и функциональной целостности имплантированного биоматериала вряд ли возможно. Дальнейший сценарий развития событий и продолжительность функционирования БП клапанов сердца, вероятно, будут определены комплексом факторов имплантата и реципиента, включающих совершенствование технологий производства ксеноклапанов, методик химической модификации биоматериала, а также особенности иммунного статуса реципиента и состояние систем гуморальной регуляции гомеостаза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дальнейшие исследования процесса патологической кальцификации мягких тканей позволят определить точки приложения потенциальных фармакологических агентов для его подавления и продлить сроки функционирования БП клапанов сердца. В свою очередь, модель межклеточных взаимодействий в исходно девитализирован-ном ксеногенном материале, имплантированном в организм реципиента, может быть рассмотрена с общих позиций минерализации биологических объектов. Экстраполяция полученных данных на процессы, происходящие в нативных элементах сердечно-сосудистой системы, позволит сделать выводы о механизмах регуляции патологической кальцификации и факторах ее модулирующих.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
ВКЛАД АВТОРОВ
Мухамадияров Р.А. - разработка концепции и дизайна, анализ и интерпретация данных. Рутковская Н.В. -анализ и интерпретация данных, обоснование рукописи. Кокорин С.Г. - проверка критически важного интеллектуального содержания. Одаренко Ю.Н. - проверка критически важного интеллектуального содержания. Мильто И.В. - анализ и интерпретация данных, обоснование рукописи. Барбараш Л.С. - окончательное утверждение для публикации рукописи.
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ
Авторы заявляют об отсутствии финансирования при проведении исследования.
СООТВЕТСТВИЕ ПРИНЦИПАМ ЭТИКИ
Исследование одобрено локальным этическим комитетом НИИ КПССЗ (протокол № 5 от 03.08.2018).
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Kaneko T., Aranki S., Javed Q., McGurk S., Shekar P., Davidson M, Cohn L. Mechanical versus bioprosthet-ic mitral valve replacement in patients <65 years old. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2014; 147 (1): 117-126. DOI: 10.1016/j.jtcvs.2013.08.028.
2. Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция биопротезов клапанов сердца: достижения и проблемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2012; 1: 4-11. [Barbarash L.S., Zhu-ravleva I.Yu. Bioprosthetic heart valve evolution: two decades of advances and challenges. Kompleksnyye problemy
serdechno-sosudistykh zabolevaniy - Complex Problems of Cardiovascular Diseases. 2012; 1: 4-11 (in Russ.)]. DOI:10.17802/2306-1278-2012-l-4-ll.
3. Овчаренко Е.А., Клышников К.Ю., Саврасов Г.В., Глу-шкова Т.В., Барбараш Л.С. Исследование гидродинамической функци и мслоиноаоивносо биопротеза клапана аорты. Комплексные проблемы сердечнососудистых заболеваний. 2016; 5 (2): 39-45. [Ovcha-renko E.A., Klyshnikov K.Yu., Savrasov G.V., Glushko-va T.V., Barbarash L.S. Investigation of the hydrodynamic performance of the minima ily invasive aortic valve prosSh esis. ICpmkleksnyye problem y serdechno-sosudistykh zabolevaniy - Complex Problems of Cvrdiovascular Diesas2s. 2016; 5 (2): 39-45 (in Russ.)]. http://dx.doi. org/10.17802/2306-1278-2016-2-39-45.
4. Barbarash O.L.. Rutkvvskaya N.V.. Hryachkvva O.N.. Gruzdtva O., Uchasvva E., Pvnastnkv A.. Kvndyukvva N.. Odartnkv Y., Barbarash L. Impact vf rtcipitnt-rt-lattd factors vn structural dysfunction rates vf xtnvavr-tic bivprvthttic heart valvt. Pat. Pref. Adher. 2011; 2: 382-322. https:/1 doi.org/ 1v.2147/PPA.S76001.
1. Мухонороярев Р.А., Руткдвскоя Н.В.. Мосьтд И.В.. Борборош Л.С. Патогенетическое порослесо нсжру развитием косьцофокоцоо дотовдых ксоподев оерты о кседсгеддых боепиетезев ксоподев серрцо. Гены и клетки. 2016; 11 (3): 72-72. [Mukhamadiyarvv R.A., Rutkvvskaya N.V.. Mil'tv I.V.. Kudryavtstva Yu.A., Barbarash L.S. Pathvgtnttic parallels between the dtvtlvp-mtnt vf calcificativn vf native avrtic valves and xenvgenic M^r^theses vf heart valves. Geny i kletki - Genes and Cells. 2016; 11(3): 83-21 (in Russ.)].
6. Мухамадияров Р.А., Рутковская Н.В., Сидорова О.Д., Барбараш Л.С. Исследование клеточного состава кальцинированных биопротезов клапанов сердца. Вестник РАМН. 2015; 70 (6) : 662-668. [MukhOmadiyar/v R.A., Rutkovskaya N.V., Sidorova O.D., Barbarash L. S. Cellular composition of calzified hioprosthetic heart ealves. Vestnik RAMN - Annals of the Rrnsian Acvdemy of Medical Sciences. 2o15; 70 (6): 662-668 (in Russ.)]. hiip:// dx.doi.o7g/10.1 6690/vramn560s
7. Ruiz J.L., Hutches!! J.D., Aikawa E. Cardivvascular calcificativn: Current c/ntr/vtrsits and nvvel cvncepts. Cardiovasc. Pathol. 2011; 24 (4): 207-212. DOI: 10.1016/j. carpath.2011.03.002.
8. Evrard S.. De^aye P.. Kamel S., Cristvl J.P., Cavalier E., Urtna-T/rrts P. et al. Vascular calcificativn: frvm pathv-physivlvgy tv bi/marktrs. Clinica Chimica Acta. 2011; 438: 401-414. DOI: 10.1016/j.cca.2014.08.034.
2. Pal S.N., G^^ge J. Ostt/-pr/gtnit/rs in vascular calcificativn: a circulating cell thevry. J. Atheroscler. Thromb. 2011; 18: 111-112. http://doi.org/l/.5551/jat.1656.
10. Qin X., C/rritrt M.A., Matrisian L.M., Guzman R.J. Matrix mttall/pr/ttinast inhibitivn attenuates avrtic calcificativn. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2006; 26 (7): 1110-1116. DOI: 10.1161/01.ATV.0000221807. 76412.a7.
11. Sophie E.P., Aikawa E. Molecular imaging insights into early inflammatory stages of arterial and aortic valve calcification. Circ. Res. 2011; 108: 1381-1391. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.110.234146.
12. Kim J.J., Hou L., Huang N.F. Vascularization of three-dimensional engineered tissues for regenerative nedicine applications. Acta Biomaterialia. 2016; 41: 17-26. http:// dx.doi.org/10.1016/j.actbio. 2016.06.001.
13. Jansson K., Bengtsson L., Swedenborg J., Haegerstrand. In vitro endothelialization of bioprosthetic a.heart valves provides a cell monolayer with proliferative capacities and resistance to pulsatile flow. The Journal of Thorac-
ic and Cardiovascular Surgery. 2001; 121 (1): 108-115. http://dx.doi.org/l0.1067/mtc.2001.110251.
14. Nina V.J.S., Pomerantzeff P.M.A., Casagrande I.S.J., Chung D. In vivo endothelialization of cardiac biopros-theses: conventional versus non-aldehyde preservation. Braz. J. Cardiovasc. Surg. 2004; 19 (2): 144-151. http:// dx.doi.org/10.1590/S0102-76382004000200008.
15. Hutcheson J.D., Goettsch C., Rogers M.A., Aikawa E. Revisiting cardiovascular calcification: A multifaceted disease requiring a multidisciplinary approach. Semin. Cell. Dev. Biol. 2015: 46: 68-77. http://dx.doi.org/10.1016/j. semcdb.2015.09.004
Поступила в редакцию 21.09.2017 Подписана в печать 09.11.2018
Мухамадияров Ринат Авхадиевич, канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник, лаборатория новых биоматериалов, отдел клинической и экспериментальной кардиологии, НИИ КПССЗ, г. Кемерово.
Рутковская Наталья Витальевна, д-р мед. наук, вед. науч. сотрудник, лаборатория кардиоваскулярного биопротезирования, отдел клинической и экспериментальной кардиологии, НИИ КПССЗ, г. Кемерово.
Кокорин Станислав Геннадьевич, канд. мед. наук, вед. науч. сотрудник, лаборатория кардиоваскулярного биопротезирования, отдел клинической и экспериментальной кардиологии, НИИ КПССЗ, г. Кемерово.
Одаренко Юрий Николаевич, канд. мед. наук, зав. лабораторией кардиоваскулярного биопротезирования, НИИ КПССЗ, г. Кемерово.
Мильто Иван Васильевич, д-р биол. наук, доцент, кафедра морфологии и общей патологии, СибГМУ; кафедра биотехнологии и органической химии, НИ ТПУ, г. Томск.
Барбараш Леонид Семенович, д-р мед. наук, профессор, академик РАН, гл. науч. сотрудник, НИИ КПССЗ, г. Кемерово.
(Н) Мухамадияров Ринат Авхадиевич, e-mail: [email protected].
УДК 616.12-089.819.843:612.171.3-77 https://doi.org: 10.20538/1682-0363-2018-4-94-102
For citation: Mukhamadiyarov R.A., Rutkovskaya N.V., Kokorin S.G., Odarenko Yu.N., Mil'to I.V., Barbarash L.S. Cell typing of biological heart valves prosthesis explanated due to the development of calcium-associated dysfunctions. Bulletin of Siberian Medicine. 2018; 17 (2): 94-102.
Cell typing of biological heart valves prosthesis explanated due to the development of calcium-associated dysfunctions
Mukhamadiyarov R.A.1, Rutkovskaya N.V.1, Kokorin S.G.1, Odarenko Yu.N.1, Mil'to I.V.2 3, Barbarash L.S.1
1 Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases (RICICD) 6, Sosnoviy Blv, Kemerovo, 650002, Russian Federation
2 Siberian State Medical University (SSMU)
2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050, Russian Federation
3 National Research Tomsk Polytechnic University (NR TPU) 30, Lenin Av, Tomsk, Tomsk, 634050, Russian Federation
ABSTRACT
Purpose. To perform immunohistochemical typing of cells obtained from calcinated biological heart valve prosthesis removed during reoperations.
Materials and methods. We investigated 19 models ("KemCor" and "PeriCor") of biological heart valve prosthesis produced by NeoCor Company (Kemerovo, Russia) and removed from the mitral position due to the development of primary tissue inconsistency with calcification. The following markers were used for im-munohistochemical cells typing in the analyzed samples: CD3 (T-lymphocytes), CD20 (B-lymphocytes), CD34 and VEGFR2 (endotheliocytes), CD68 (monocytes/macrophages), vimentin (fibroblasts), and a-smooth muscle actin (smooth myocytes).
Results. Uneven distribution and wide variety of intercellular interactions, as well as contacts with matrix components and mineral deposits, were observed. In case of endotheliocytes (CD34 and VEGFR2 positive cells) two types of localization were described. In the first variant, they formed a monolayer on the surface of biological prosthesis flaps; in the second variant, they were a part of capillary-like structures in the surface of the xenomaterial. CD68 positive cells were found both in a surface and in deep layers of the samples. Near such cells fragmentation and stratification of collagen fibers with the formation of fine-fibrous cellular networks were detected. Vimentin-positive cells (fibroblasts) were located in groups or singly in the sites of destruction of the connective tissue and took part in the formation of a new matrix. The density of a-smooth muscle ac-tin-positive cells, morphologically identical to myocytes, was high in the surface of biological prosthesis flaps and low in the deeper layers. CD3 and CD20 positive cells related to T- and B-lymphocytes, respectively, were represented by the single cells in most of analyzed samples.
Conclusions. Maintaining of the structural and functional integrity of biological heart valve prosthesis, in addition to the characteristics of the implantable devices, defines a complex of recipient factors, including not only mechanical damage during operation, but also various immune and cellular mechanisms.
Key words: biological heart valve prosthesis, calcification, cells typing.
CONFLICT OF INTEREST CONFORMITY WITH
The authors declare the absence of obvious and potential THE PRINCIPLES OF ETHICS
conflicts of interest related to the publication of this article. The study was approved by the local ethics committee
SOURCE OF FINANCING under the RICICD (Protocol No. 5 of 03.11.2018).
The authors state that there is no funding for the study.
Received 21.09.2017 Accepted 09.11.2018
Mukhamadiyarov Rinat A., PhD, Senior Researcher, Laboratory of New Biomaterials, Department of Clinical and Experimental Cardiology, RICICD, Kemerovo, Russian Federation.
Rutkovskaya Natalia V., DM, Leading Researcher, Laboratory of Cardiovascular Bioprosthetics, Department of Clinical and Experimental Cardiology, RICICD, Kemerovo, Russian Federation.
Kokorin Stanislav G., PhD, Leading Researcher, Laboratory of Cardiovascular Bioprosthetics, Department of Clinical and Experimental Cardiology, RICICD, Kemerovo, Russian Federation.
Odarenko Yuri N., PhD, Head of the Laboratory of Cardiovascular Bioprosthetics, Department of Clinical and Experimental Cardiology, RICICD, Kemerovo, Russian Federation.
Milto Ivan V., DBSc, Associate Professor, Department of Morphology and General Pathology, SSMU; Department of Biotechnology and Organic Chemistry, NR TPU, Tomsk, Russian Federation.
Barbarash Leonid S., DM, Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher, RICICD, Kemerovo, Russian Federation.
(*) Mukhamadiyarov Rinat A., e-mail: [email protected].
