In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds
Cardiovascular diseases are the most recurrent cause of death in the developed world. Calcification is the condition with the highest incidence among heart diseases, accounting for almost 34 %. Calcification also poses as the leading cause for long term dysfunction of biological heart valve prosthes...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2021
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14613 |
id |
nemertes-10889-14613 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
In vitro Calcification Heart valves Biomaterials Cardiovascular engineering Ασβεστοποίηση Βιοϋλικά |
spellingShingle |
In vitro Calcification Heart valves Biomaterials Cardiovascular engineering Ασβεστοποίηση Βιοϋλικά D'Alessandro, Cristian In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
description |
Cardiovascular diseases are the most recurrent cause of death in the developed world. Calcification is the condition with the highest incidence among heart diseases, accounting for almost 34 %. Calcification also poses as the leading cause for long term dysfunction of biological heart valve prostheses. Up to the present, no medical therapy to prevent the progression of the disease is available. The only treatment relies on constant clinical monitoring to indicate when a valvular replacement is required. Biological heart valve prostheses used to replace a diseased heart valve suffer from constant mechanical fatigue and calcification, leading to tearing, leaflet stenosis, or regurgitation. Techniques used to enhance the biocompatibility and structural integrity of the implant prevent the natural remodeling of the valve, potentially becoming a potential site of calcification. The deposition of calcium phosphate crystals during calcification alters the biomaterial structure and natural mechanical properties. Novel tissue-engineered prostheses try to reduce the immune response to the implant as well as preventing or retarding the progress of calcification.
In recent years, the blooming of tissue-engineered concepts presented a need for a system capable of evaluating the performance and life span of the new prostheses in a fast, accurate, and economical way. In vivo models are accurate yet time consuming and expensive ways to validate early-stage valvular developments. An in vitro model that could replicate the in vivo conditions could be a tool to pre-screen biomaterials used in tissue engineering. Such a model should consider the chemical and mechanical cues present in the human body, besides being fast, reliable, and reproducible. This work describes several models and tools to recreate the physicochemical and mechanical environment that the bioprostheses undergo in vivo.
The in vitro methods developed in the present work closely simulated the chemical environment present in vivo, where the supersaturation levels with respect to calcium phosphate mineral phases remain constant. The initial model was an improvement from the previously developed constant supersaturation reactor (CSR) by our group. This test rig maintained the supersaturation levels constant at values close to those found in vivo. pH and temperature levels were also maintained constant at the respective physiological values, providing a suitable environment for the calcium-phosphate crystals to grow in a controlled, mineral specific, highly reproducible, and reliable manner. Kinetics of the calcification process were measured to provide the means for comparison between the test samples and the control of the prevalent mineralization mechanism.
The system consisted of a temperature-controlled reactor attached to a pH-driven syringe pump that replenished the consumed ions during crystallization of the calcific deposits. The improved system included a real-time data processing screen, semi-automatic calibration screens for the pH electrode and syringe pump, and a monitoring algorithm that ensured the correct titrant volumes. The validation of the system and software was done by studying the calcification kinetics of hydroxyapatite (HAP, n = 14) seeds. Biological tissues were also assessed with respect to their calcification potential. Frozen untreated bovine and porcine pericardium (FBP, n = 4; FPP n = 3) were studied as untreated control groups, while glutaraldehyde-fixed bovine pericardium (BPG, n = 12) was studied at different supersaturation levels and compared with the data previously gathered by our group. Furthermore, the fibrosa (n = 4) and serosa (n = 4) layers of the BPG were also investigated for their calcification potential.
The system was later modified and integrated into a circulatory loop that replicated the mechanical load and flow conditions at the aortic valve location. This dynamic system consisted of a set of stations driven by a metallic bellow that provided the required ejection profile and volume for the experiments. Temperature, pH, flow, pressures, and supersaturation levels were also monitored to accurately simulate in vivo conditions. The overall calcification kinetics was monitored by the system, providing an estimate of the calcification process based on the rates of titrants added in time. The reference experiments were done using mechanical, non-reactive prosthetic valves (MHV, n = 5). Glutaraldehyde-fixed porcine aortic valves (GAV, n = 5) were later compared with decellularized specimens (DCV, n = 6) for their calcification potential. The concentration of species in solutions was regularly checked by atomic absorption spectroscopy (AAS) for calcium and UV-Visible spectrophotometry for phosphate to confirm constant solution composition. The solid samples were later assessed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive microanalysis (EDS) to identify mineral deposits.
CSR studies showed that the device developed was capable of maintaining the physicochemical parameters during mineral formation. Calcification rates for experiments with HAP were in good agreement with literature reports. Frozen tissues (FPP, FBP) did not calcify compared to tissues pre-treated with a fixating agent (BPG). The latter yielded calcification rates proportional to the supersaturation levels. The serosa surface of the BPG pericardium mineralized at lower rates than the fibrosa side at the same conditions. Dynamic in vitro experiments at mild flow conditions with GAVs showed higher mineralization rates than MHV, used as a reference. DCVs showed a higher, statistically non-significant, mineralization rate than GAV. SEM-EDS observations corroborated the results, suggesting a prevalence of deposits on the fibrosa side of the heart valve leaflets compared to the opposite ventricularis side. The location and extent of the deposits in GAV was assessed by digital mammographic X-ray imaging.
The in vitro models presented allowed for the measurements of the calcification process kinetics for different biomaterials. The developed models increased the reproducibility and accuracy of the kinetic measurements of calcification. In the current study, only the inorganic components of the blood plasma were considered, not considering the effect of the biological factors. Although in vitro models cannot fully simulate the in vivo conditions, the models presented may serve as a pre-screening method to assess the performance and structural stability of new biomaterials. The specimens investigated showed that different treatments often used to control the in vivo structural stability and immunomodulation produce a deterioration of the collagen-rich tissue structures, affecting mineralization rates. The dynamic model developed in this work simulated valvular blood flow conditions and mechanical stresses in vivo. The formation of calcific deposits suggested that the location and extent were related to the mechanical load and stress concentration areas. Supersaturation levels of blood serum with respect to calcium phosphate were related to the extent and rate of the respective mineral phase deposited in all cases. The tissue surface's structure and composition affected the calcification rates, confirming that calcification is also a surface-structure related process. |
author2 |
Ντ'Αλεσσάντρο, Κριστιάν |
author_facet |
Ντ'Αλεσσάντρο, Κριστιάν D'Alessandro, Cristian |
author |
D'Alessandro, Cristian |
author_sort |
D'Alessandro, Cristian |
title |
In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
title_short |
In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
title_full |
In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
title_fullStr |
In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
title_full_unstemmed |
In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
title_sort |
in vitro calcification models for cardiovascular scaffolds |
publishDate |
2021 |
url |
http://hdl.handle.net/10889/14613 |
work_keys_str_mv |
AT dalessandrocristian invitrocalcificationmodelsforcardiovascularscaffolds AT dalessandrocristian invitromontelaasbestopoiēsēsgiakardioangeiakaistomēchanikaikriōmata |
_version_ |
1771297163155865600 |
spelling |
nemertes-10889-146132022-09-05T06:57:24Z In vitro calcification models for cardiovascular scaffolds In vitro μοντέλα ασβεστοποίησης για καρδιοαγγειακά ιστομηχανικά ικριώματα D'Alessandro, Cristian Ντ'Αλεσσάντρο, Κριστιάν In vitro Calcification Heart valves Biomaterials Cardiovascular engineering Ασβεστοποίηση Βιοϋλικά Cardiovascular diseases are the most recurrent cause of death in the developed world. Calcification is the condition with the highest incidence among heart diseases, accounting for almost 34 %. Calcification also poses as the leading cause for long term dysfunction of biological heart valve prostheses. Up to the present, no medical therapy to prevent the progression of the disease is available. The only treatment relies on constant clinical monitoring to indicate when a valvular replacement is required. Biological heart valve prostheses used to replace a diseased heart valve suffer from constant mechanical fatigue and calcification, leading to tearing, leaflet stenosis, or regurgitation. Techniques used to enhance the biocompatibility and structural integrity of the implant prevent the natural remodeling of the valve, potentially becoming a potential site of calcification. The deposition of calcium phosphate crystals during calcification alters the biomaterial structure and natural mechanical properties. Novel tissue-engineered prostheses try to reduce the immune response to the implant as well as preventing or retarding the progress of calcification. In recent years, the blooming of tissue-engineered concepts presented a need for a system capable of evaluating the performance and life span of the new prostheses in a fast, accurate, and economical way. In vivo models are accurate yet time consuming and expensive ways to validate early-stage valvular developments. An in vitro model that could replicate the in vivo conditions could be a tool to pre-screen biomaterials used in tissue engineering. Such a model should consider the chemical and mechanical cues present in the human body, besides being fast, reliable, and reproducible. This work describes several models and tools to recreate the physicochemical and mechanical environment that the bioprostheses undergo in vivo. The in vitro methods developed in the present work closely simulated the chemical environment present in vivo, where the supersaturation levels with respect to calcium phosphate mineral phases remain constant. The initial model was an improvement from the previously developed constant supersaturation reactor (CSR) by our group. This test rig maintained the supersaturation levels constant at values close to those found in vivo. pH and temperature levels were also maintained constant at the respective physiological values, providing a suitable environment for the calcium-phosphate crystals to grow in a controlled, mineral specific, highly reproducible, and reliable manner. Kinetics of the calcification process were measured to provide the means for comparison between the test samples and the control of the prevalent mineralization mechanism. The system consisted of a temperature-controlled reactor attached to a pH-driven syringe pump that replenished the consumed ions during crystallization of the calcific deposits. The improved system included a real-time data processing screen, semi-automatic calibration screens for the pH electrode and syringe pump, and a monitoring algorithm that ensured the correct titrant volumes. The validation of the system and software was done by studying the calcification kinetics of hydroxyapatite (HAP, n = 14) seeds. Biological tissues were also assessed with respect to their calcification potential. Frozen untreated bovine and porcine pericardium (FBP, n = 4; FPP n = 3) were studied as untreated control groups, while glutaraldehyde-fixed bovine pericardium (BPG, n = 12) was studied at different supersaturation levels and compared with the data previously gathered by our group. Furthermore, the fibrosa (n = 4) and serosa (n = 4) layers of the BPG were also investigated for their calcification potential. The system was later modified and integrated into a circulatory loop that replicated the mechanical load and flow conditions at the aortic valve location. This dynamic system consisted of a set of stations driven by a metallic bellow that provided the required ejection profile and volume for the experiments. Temperature, pH, flow, pressures, and supersaturation levels were also monitored to accurately simulate in vivo conditions. The overall calcification kinetics was monitored by the system, providing an estimate of the calcification process based on the rates of titrants added in time. The reference experiments were done using mechanical, non-reactive prosthetic valves (MHV, n = 5). Glutaraldehyde-fixed porcine aortic valves (GAV, n = 5) were later compared with decellularized specimens (DCV, n = 6) for their calcification potential. The concentration of species in solutions was regularly checked by atomic absorption spectroscopy (AAS) for calcium and UV-Visible spectrophotometry for phosphate to confirm constant solution composition. The solid samples were later assessed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive microanalysis (EDS) to identify mineral deposits. CSR studies showed that the device developed was capable of maintaining the physicochemical parameters during mineral formation. Calcification rates for experiments with HAP were in good agreement with literature reports. Frozen tissues (FPP, FBP) did not calcify compared to tissues pre-treated with a fixating agent (BPG). The latter yielded calcification rates proportional to the supersaturation levels. The serosa surface of the BPG pericardium mineralized at lower rates than the fibrosa side at the same conditions. Dynamic in vitro experiments at mild flow conditions with GAVs showed higher mineralization rates than MHV, used as a reference. DCVs showed a higher, statistically non-significant, mineralization rate than GAV. SEM-EDS observations corroborated the results, suggesting a prevalence of deposits on the fibrosa side of the heart valve leaflets compared to the opposite ventricularis side. The location and extent of the deposits in GAV was assessed by digital mammographic X-ray imaging. The in vitro models presented allowed for the measurements of the calcification process kinetics for different biomaterials. The developed models increased the reproducibility and accuracy of the kinetic measurements of calcification. In the current study, only the inorganic components of the blood plasma were considered, not considering the effect of the biological factors. Although in vitro models cannot fully simulate the in vivo conditions, the models presented may serve as a pre-screening method to assess the performance and structural stability of new biomaterials. The specimens investigated showed that different treatments often used to control the in vivo structural stability and immunomodulation produce a deterioration of the collagen-rich tissue structures, affecting mineralization rates. The dynamic model developed in this work simulated valvular blood flow conditions and mechanical stresses in vivo. The formation of calcific deposits suggested that the location and extent were related to the mechanical load and stress concentration areas. Supersaturation levels of blood serum with respect to calcium phosphate were related to the extent and rate of the respective mineral phase deposited in all cases. The tissue surface's structure and composition affected the calcification rates, confirming that calcification is also a surface-structure related process. Οι καρδιαγγειακές παθήσεις είναι η μεγαλύτερης συχνότητας αιτία θανάτου στον κόσμο. Η ασβεστοποίηση είναι η πάθηση με την υψηλότερη συχνότητα εμφάνισης, που αντιπροσωπεύει σχεδόν το 34 %. Η ασβεστοποίηση αποτελεί επίσης την κύρια αιτία μακροχρόνιας δυσλειτουργίας των βιολογικών προσθετικών καρδιακών βαλβίδων. Μέχρι σήμερα, δεν υπάρχει ιατρική θεραπεία για την πρόληψη της εξέλιξης της νόσου. Η μόνη θεραπεία, βασίζεται σε συνεχή κλινική παρακολούθηση προκειμένου να διαπιστωθεί πότε απαιτείται βαλβιδική αντικατάσταση. Οι βιολογικές καρδιακές βαλβίδες, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση των δυσλειτουργουσών φυσικών βαλβίδων, έχουν το μειονέκτημα της συνεχούς μηχανικής ικόπωσης και ασβεστοποίησης, οδηγώντας τις σταδιακά σε ρήξη, στένωση γλωχίνων ή ανεπάρκεια. Οι τεχνικές, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση της βιοσυμβατότητας και της δομικής ακεραιότητας του εμφυτεύματος εμποδίζουν τη φυσική αναδιαμόρφωση της βαλβίδας, και ενδεχομένως να αποτελέσουν πιθανή αιτία ασβεστοποίησης. Η εναπόθεση κρυστάλλων φωσφορικού ασβεστίου κατά την ασβεστοποίηση μεταβάλλει τη δομή και τις μηχανικές ιδιότητες των ιστών ή των υποκαταστάτων τους. Οι νέες βιοπροσθετικές βαλβίδες αποσκοπούν στο να μειώσουν την ανοσολογική απόκριση στο εμφύτευμα, καθώς και στο να αποτρέψουν ή να επιβραδύνουν την πρόοδο της ασβεστοποίησης. Τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη των ερευνητικών προσπαθειών για το σχεδιασμό ιστομηχανικών καρδιακών βαλβίδων, δημιούργησε την ανάγκη για ένα πειραματικό σύστημα, δια του οποίου να καθίσταται δυνατή η αξιολόγηση της λειτουργικότητας και της διάρκειας ζωής των νέων εμφυτευμάτων με γρήγορο, ακριβή και οικονομικό τρόπο. Τα μοντέλα in vivo είναι ακριβή αλλά χρονοβόρα και και είναι δαπανηροί τρόποι για την επικύρωση των εξελίξεων στην ανάπτυξη τεχνητών βαλβίδων. Ένα μοντέλο in vitro, το οποίο θα είχε τη δυνατότητα προσομοίωσης των συνθηκών in vivo, θα ήταν δυνατό να αποτελέσει ένα εργαλείο για την προ-επιλογή των βέλτιστων βιοϋλικών, τα οποία χρησιμοποιούνται στη μηχανική ιστών. Σε ένα μοντέλο, αυτού του τύπου, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τόσο τα βιοχημικά όσο και τα μηχανικά στοιχεία που υπάρχουν στο ανθρώπινο σώμα, θα πρέπει να είναι γρήγορο, αξιόπιστο και να δίδει επαναλήψιμα και ακριβή αποτελέσματα. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται μοντέλα και εργαλεία για την in vitro αναπαραγωγή του φυσικοχημικού και μηχανικού περιβάλλοντος, στα οποία υφίστανται in vivo τα βιοϋλικά τα οποία χρησιμοποιούνται προς αντικατάσταση ιστών, οι οποίοι έχουν υποστεί βλάβη. Οι in vitro μέθοδοι που αναπτύχθηκαν σε αυτή την εργασία, αποτελούν προσομοίωση του χημικού περιβάλλοντος που υπάρχει in vivo, όπου τα επίπεδα υπερκορεσμού των ιόντων ασβεστίου και φωσφόρου παραμένουν σταθερά. Το πρώτο μοντέλο, αποτελεί μια βελτίωση του αντιδραστήρα σταθερού υπερκορεσμού (CSR), το οποίο είχε αναπτυχθεί προηγουμένως από την ερευνητική μας ομάδα. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, στόχος ήταν η διατήρηση σταθερού υπερκορεσμού σε υπέρκορα διαλύματα φωσφορικού ασβεστίου, σε τιμές παραπλήσιες των in vivo τιμών. Τα επίπεδα τιμών pΗ και θερμοκρασίας διατηρήθηκαν επίσης σταθερά στις φυσιολογικές τιμές (7.40 και 37°C αντίστοιχα). Η μεθοδολογία είναι σχετικά απλή και εξασφαλίζει υψηλή επαναληψιμότητα και ακρίβεια των μετρήσεων του ρυθμού σχηματισμού των εναποθέσεων δυσδιαλύτων αλάτων σε υπέρκορα διαλύματά τους. Οι μετρούμενοι ρυθμοί είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν για τη σύγκριση της τάσης ασβεστοποίησης μεταξύ διαφόρων υλικών. Το σύστημα CSR αποτελούταν από διπλότοιχο γυάλινο αντιδραστήρα. ελεγχόμενης θερμοκρασίας με ροή νερού από υδατόλουτρο στην επιθυμητή θερμοκρασία (37°C), συνδεδεμένο σε μια αντλία με δύο μηχανικά συζευμένες σύριγγες. Με την έναρξη του σχηματισμού του φωσφορικού ασβεστίου στα αντίστοιχα υπέρκορα διαλύματα, η τιμή pH τείνει να μειωθεί. Η μείωση της τιμής του pH καθώς και η αντίστοιχη μείωση των χημικών ειδών των ιόντων ασβεστίου και των φωσφορικών ιόντων, ενεργοποιείται η προσθήκη αντιδραστηρίων από τις δύο αντλίες, έτσι ώστε η σύσταση των διαλυμάτων και επομένως ο υπερκορεσμός τους ως προς τις φάσεις του φωσφορικού ασβεστίου, να διατηρείται σταθερός. Το βελτιωμένο σύστημα, το οποίο αναπτύχθηκε για την υλοποίηση και τη βελτίωση των επιδόσεων του συστήματος αυτού, περιελάμβανε οθόνη επεξεργασίας δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, ημι-αυτόματες οθόνες βαθμονόμησης για το ηλεκτρόδιο pH και την αντλία σύριγγας, και έναν αλγόριθμο παρακολούθησης, ο οποίος διασφάλιζε με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια τον όγκο των προστιθέμενων αντιδραστηρίων. Η επικύρωση του συστήματος και του λογισμικού έγινεμε μετρήσεις της κινητική κρυσταλλικής ανάπτυξης φύτρων υδροξυαπατίτη (Ca5(PO4)3OH, HAP, n = 14). Πέραν και βάσει του προτύπου συστήματος του κρυσταλλικού ΗΑΡ, αξιολογήθηκαν βιολογικοί ιστοί ως προς το βαθμό αλλά και το ρυθμό ασβεστοποίησης. Το κατεψυγμένο, μη επεξεργασμένο περικάρδιο βοοειδών και χοίρων (FBP, n = 4; FPP n = 3) μελετήθηκε ως ομάδα δειγμάτων ελέγχου, ενώ δείγματα περικαρδίου βοοειδούς επεξεργασμένο με γλουταραλδεΰδη (BPG, n = 12) μελετήθηκαν σε διαλύματα σε διάφορες τιμές υπερκορεσμού ως προς το φωσφορικό ασβέστιο. Τα δεδομένα, τα οποία συλλέχθηκαν, συγκρίθηκαν με παλαιότερα αποτελέσματα της ερευνητικής μας ομάδας. Επιπλέον, η εξωτερική (fibrosa) (n = 4) και η εσωτερική (serosa) (n = 4) πλευρές του BPG ερευνήθηκαν επίσης ως προς το βαθμό και το ρυθμό ασβεστοποίησης τους. Το σύστημα αυτό διατήρησης σταθερού υπερκορεσμού, τροποποιήθηκε στη συνέχεια και ενσωματώθηκε σε δυναμικό κλειστό υδραυλικό κυκλοφορικό σύστημα, στο οποίο ανεπαρήγοντο συνθήκες μηχανικού φορτίου και ροής στη θέση της αορτικής βαλβίδας. Το σύστημα αυτό, απετελείτο, από σύνολο σταθμών, οι οποίοι ρύθμιζαν την κίνηση του ρευστού μέσου ( υπέρκορο διάλυμα φωσφορικού ασβεστίου ) από μεταλλικό σταθμό μετατροπής της περιστροφικής κίνησης ηλεκτροκινητήρα σε παλινδρομική γραμμική κίνηση μεταλικού εμβόλου και εν συνεχεία σε κίνηση ελαστικής μεμβράνης, η οποία εφάρμοζε ανάλογης μορφής πίεση. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν η φυσιολογικής μορφής παλμική κυκλοφορία του ρευστού τόσο όσον αφορά στην πίεση στην αορτική και κοιλιακή θέση, όσο και την στιγμιαία και μέση ογκομετρική παροχή. Η θερμοκρασία, η τιμή του pH, η ροή, οι πιέσεις και τα επίπεδα υπερκορεσμού καταγράφηκαν ώστε να επιτευχθούν με ακρίβεια οι in vivo φυσιολογικές συνθήκες. Η συνολική κινητική ασβεστοποίησης καταγράφηκε από το σύστημα, παρέχοντας μια εκτίμηση της διαδικασίας ασβεστοποίησης με το χρόνο. Τα πειράματα αναφοράς διεξήχθησαν χρησιμοποιώντας μηχανικές, προσθετικές βαλβίδες (MHV, n = 5). Αργότερα συγκρίθηκαν βαλβίδες αορτής χοίρου σταθεροποιημένες με γλουταραλδεΰδη (GAV, n = 5) με αποκυτταροποιημένες αορτικές βαλβίδες χοίρου (DCV, n = 6) για το δυναμικό ασβεστοποίησης τους. Η συγκέντρωση του διαλύματος επαληθευόταν τακτικά για την επίτευξη σταθερής σύνθεσης, με φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης (AAS) για τα ιόντα ασβεστίου και UV-ορατή για ιόντα φωσφόρου. Τα δείγματα αργότερα αξιολογήθηκαν με μικροσκοπία ηλεκτρονικής σάρωσης (SEM) και οι εναποθέσεις ταυτοποιήθηκαν με τη βοήθεια μικροανάλυσης διασποράς ενέργειας (EDS). Αριθμός GAV αξιολογήθηκε και ως προς την διαβαλβιδική βαθμίδα πίεσης (DP) αλλά και ως προς την τοπολογία των ασβεστικών εναποθέσεων με ακτίνες Χ. Οι μελέτες της CSR, έδειξαν ότι το σύστημα το οποίο αναπτύχθηκε είχε τη δυνατότητα σταθεροποίησης της σύστασης των υπέρκορων διαλυμάτων, από τα οποία γίνεται η ασβεστοποίηση. Τα ποσοστά και οι ρυθμοί ασβεστοποίησης με φύτρα ΗΑΡ, ήταν σε συμφωνία με τα αντίστοιχα, τα οποία αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Οι κατεψυγμένοι ιστοί (FPP, FBP) δεν εμφάνισαν ασβεστοποίηση σε σύγκριση με τους αντίστοιχους, οι οποίοι είχαν υποστεί προεπεξεργασία με γλουταραλδεύδη (BPG), οι οποίοι έδειξαν ρυθμό ασβεστοποίησης ανάλογο του υπερκορεσμού των διαλυμάτων. Η serosa επιφάνεια του περικαρδίου BPG παρουσίασε χαμηλότερους ρυθμούς ασβεστοποίησης από την πλευρά της fibrosa στις ίδιες συνθήκες. Δυναμικά in vitro πειράματα σε συνθήκες ήπιας φυσιολογικής ροής με GAV έδειξαν υψηλότερο ρυθμό ασβεστοποίησης, σε σύγκριση με τις τιμές αναφοράς, οι οποίες μετρήθηκαν σε δείγματα MHV. Τα δείγματα DCV έδειξαν υψηλότερο, στατιστικά μη σημαντικό, ρυθμό ασβεστοποίησης σε σύγκριση με τα GAV. Οι αναλύσεις SEM-EDS επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα, δείχνοντας ότι το ποσοστό εναποθέσεων φωσφορικού ασβεστίου στην αορτική πλευρά (fibrosa) των αορτικών γλωχλίνων των βαλβίδων, ήταν μεγαλύτερο σε σύγκριση με το αντίστοιχο στην κοιλιακή πλευρά (serosa). Η διαβαλβιδική πίεση DP έδειξεzότι αυξανὀταν αναλόγως της αύξησης της ασβεστοποίησης σε διάστημα δύο ημερών. Η τοποθεσία και η έκταση των εναποθέσεων στο GAV εκτιμήθηκε με ακτινογραφία ψηφιακή μαστογραφίας και έδειξε να συμφωνεί με κλινικά δεδομένα ασβεστοποιημένων αορτικών βαλβίδων. Τα μοντέλα μελέτης της ασβεστοποίησης in vitro, τα οποία παρουσιάστηκαν, έδωσαν τη δυνατότητα διεξαγωγής μετρήσεων της κινητικής ασβεστοποίησης για διαφορετικά βιοϋλικά, εκτεθειμένα σε υπέρκορα διαλύματα του αυτού βαθμού υπερκορεσμού. Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν αποδεικνύουν ότι ενισχύουν την ικανότητα αναπαραγωγής και την ακρίβεια των κινητικών μετρήσεων της διαδικασίας. Στην παρούσα μελέτη δεν ελήφθησαν υπόψη βιολογικοί παράγοντες, παρά μόνο τα ανόργανα συστατικά του πλάσματος του αίματος. Αν και τα μοντέλα in vitro δεν έχουν τη δυνατότητα πλήρους αναπαραγωγής των in vivo συνθηκών, τα μοντέλα, τα οποία παρουσιάζονται είναι δυνατό να χρησιμεύσουν ως μέθοδος προ-διαλογής για την αξιολόγηση της απόδοσης και της δομικής σταθερότητας των νέων βιοϋλικών. Τα δείγματα, τα οποία μελετήθηκαν έδειξαν ότι οι διαφορετικές επεξεργασίες, οι οποίες εφαρμόσθηκαν για τον έλεγχο της in vivo δομικής σταθερότητας και της ανοσοδιαμόρφωσης, προκαλούν επιδείνωση των πλούσιων σε κολλαγόνο δομών ιστού, επηρεάζοντας τα ποσοστά του αριθμού των ενεργών κέντρων ασβεστοποίησης. Το παρουσιαζόμενο δυναμικό μοντέλο προσομοίωσε ροή και μηχανικές τάσεις τις οποίες υφίστανται οι βαλβίδες in vivo, επιβεβαιώνοντας ότι η θέση και ο βαθμός σχηματισμού των εναποθέσεων σχετίζονται με το μηχανικό φορτίο και με τις περιοχές συγκέντρωσης μηχανικής τάσης. Τα επίπεδα υπερκορεσμού ως προς το φωσφορικό ασβέστιο, των ρευστών τα οποία βρίσκονται σε επαφή με τους ιστούς, συσχετίστηκαν με το βαθμό και με το ρυθμό σχηματισμού των εναποθέσεων του φωσφορικού ασβεστίου σε όλες τις περιπτώσεις, ενώ η δομή και η σύνθεση της επιφάνειας, είχαν επίδραση στους ρυθμούς ασβεστοποίησης, επιβεβαιώνοντας ότι η ασβεστοποίηση των ιστών, είναι διαδικασία, η οποία εξαρτάται από την επιφανειακή δομή του ιστού. 2021-03-05T17:39:19Z 2021-03-05T17:39:19Z 2021-01-19 http://hdl.handle.net/10889/14613 en application/pdf |