Значимых изменений концентрации VE-кадгерина у животных группы отрицательного контроля не выявлено. При этом как на 7-е, так и на 21-е сутки эксперимента у крыс группы отрицательного контроля в два раза по сравнению с контролем увеличена концентрация в сыворотке крови синдекана-1 (табл.), что свидетельствует о деградации гликокаликса эндотелиальных клеток. Интенсификация отщепления растворимой формы синдекана-1 свидетельствует о формировании воспалительного фенотипа эндотелиальных клеток, нарушении адгезивных свойств и барьерных функций [8-10]. Учитывая, что повышение концентрации синдекана-1 при имплантации матриц, не обладающих биосовместимостью, регистрируется уже на 7-е сутки эксперимента, определение данного маркера в крови позволяет прогнозировать нарушение васкуляризации скаффолда.
На 7-е сутки после имплантации скаффолдов из поликапролактона и ватерита у белых крыс опытной группы, так же как и у животных группы сравнения, концентрация СРБ повышена по сравнению с контролем. На 21-е сутки у крыс опытной группы концентрация СРБ полностью нормализуется. Выраженность изменений концентрации СРБ в крови у крыс опытной группы не превышает таковую в группе сравнения, что свидетельствует в пользу травматического генеза описанных изменений. У животных опытной группы на 7-е сутки после имплантации скаффолдов из поликапролактона и ватерита концентрация VEGF в сыворотке крови значимо выше, чем у крыс группы сравнения и отрицательного контроля: в 3,1 и 1,6 раза соответственно. К 21-м суткам после имплантации скаффолдов из поликапролактона и ватерита концентрация VEGF в сыворотке крови у животных снижается и не имеет статистически значимых различий с уровнем контрольной группы (табл.). С помощью морфологических методов ранее было установлено, что к 21-м суткам субкутанного имплантационного теста матрицы из поликапролактона и ватерита эффективно васкуляризованы [7]. Следовательно, повышение концентрации VEGF на ранних сроках имплантации прогностически благоприятно для васкуляризации скаффолдов.
В отличие от животных группы отрицательного контроля, у крыс опытной группы не отмечается значимого увеличения концентрации синдекана-1 в сыворотке крови (табл.), что свидетельствует об отсутствии признаков повреждения гликокаликса эндотелиоцитов. Полученные данные свидетельствуют, что наибольшую ценность для прогнозирования ангиогенного потенциала скаффолдов при субкутанных имплантационных тестах будут представлять не концентрационные изменения VEGF в крови, а соотношение изменения сывороточных концентраций VEGF и синдекана-1. Прогнозирование ангиогенного потенциала скаффолдов с помощью биохимических методов исследования можно производить уже на 7-е сутки субкутанного имплантационного теста, в то время как согласно данным литературы [4] морфологически оценить васкуляризацию скаффолда возможно не ранее чем через 14 дней после его подкожной имплантации.
Выводы
1. Полная нормализация концентрации СРБ, VEGF, растворимых форм компонентов гликокаликса у ложнооперированных животных позволяет полностью исключить влияние травматизации тканей при оперативном вмешательстве на состояние эндотелиальных клеток на 21-е сутки имплантационного теста скаффолдов.
2. Имплантация небиосовместимых скаффолдов вызывает выраженный системный воспалительный ответ, пролонгированную активацию ангиогенеза, сопровождающуюся деградацией гликокаликса и формированием воспалительного фенотипа эндотелиоцитов.
3. При имплантации скаффолдов из поликапролактона паттерн системного воспалительного ответа соответствует таковому у ложнооперированных животных, что свидетельствует о биосовместимости этих матриц. Повышение концентрации VEGF на ранних сроках после имплантации при отсутствии признаков повреждения эндотелиального гликокаликса характеризует высокий ангиогенный потенциал скаффолдов из поликапролактона и ватерита.
4. Прогнозирование ангиогенного потенциала скаффолдов с помощью оценки маркеров состояния эндотелиальных клеток можно производить уже на 7-е сутки субкутанного имплантационного теста еще до появления морфологических признаков васкуляризации. При этом наибольшую ценность для прогнозирования ангиогенного потенциала скаффолдов при субкутанных имплантационных тестах представляет соотношение изменения сывороточных концентраций VEGF и синдекана-1.
Список литературы
1. Bose S., Roy M., Bandyopadhyay A. Recent advances in bone tissue engineering scaffolds. Trends in Biotechnology. 2012. 30 (10). P. 546-554. DOI: 10.1016/j.tibtech.2012.07.005.
2. Perez R.A., Seo S.J., Won J.E., Lee E.J., Jang J.H., Knowles J.C., Kim H.W. Therapeutically relevant aspects in bone repair and regeneration. Materials Today. 2015. 18 (10). P. 573-589.
3. Sharma S, Srivastava D, Grover S, Sharma V. Biomaterials in tooth tissue engineering: a review. J. Clin. Diagn. Res. 2014. 8(1). P. 309-315. DOI: 10.7860/JCDR/2014/7609.3937.
4. Ivanov A.N., Kozadaev M.N., Bogomolova N.V., Matveeva O.V., Puchinyan D.M., Norkin I.A., Salkovsky Y.E., Lyubun G.P. Biocompatibility of polycaprolactone and hydroxyapatite matrices in vivo. Cell Tiss. Biol. 2015. No. 9. P. 422-429. DOI: 10.1134/S1990519X15050077.
5. Spiller K.L., Anfang R.R., Spiller K.J., Ng J., Nakazawa K.R., Daulton J.W., Vunjak- Novakovic G. The role of macrophage phenotype in vascularization of tissue engineering scaffolds. Biomaterials. 2014. 35 (15). P. 4477-4488. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.02.012.
6. Ivanov A.N., Saveleva M.S., Kozadaev M.N., Matveeva O.V., Salkovskiy Yu. E., Lyubun G.P., Gorin D.A., Norkin I.A. New Approaches to Scaffold Biocompatibility Assessment. BioNanoScience. 2019. 9 (2). P. 395-405. DOI: 10.1007/s12668-019-00613-3.
7. Saveleva M.S., Ivanov A.N., Kurtukova M.O., Atkin V.S., Ivanova A.G., Lyubun G.P., Martyukova A.V., Cherevko E.I., Sargsyan A.K., Fedonnikov A.S., Norkin I.A., Skirtach A.G., Gorin D.A., Parakhonskiy B.V. Hybrid PCL/CaCO3 scaffolds with capabilities of carrying biologically active molecules: Synthesis, loading and in vivo applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2018. 85. Р. 57-67. DOI: 10.1016/j.msec.2017.12.019.
8. McDonald K.K., Cooper S., Danielzak L., Leask R.L. Glycocalyx degradation induces a proinflammatory phenotype and increased leukocyte adhesion in cultured endothelial cells under flow. PLoS One. 2016. 11 (12). P. e0167576. DOI: 10.1371/journal.pone.0167576.
9. Voyvodic P.L., Min D., Liu R., Williams E., Chitalia V., Dunn A.K., Baker A.B. Loss of syndecan-1 induces a pro-inflammatory phenotype in endothelial cells with a dysregulated response to atheroprotective flow. J. Biol. Chem. 2014. 289 (14). Р. 9547-9559. DOI: 10.1074/jbc.M113.541573.
10. Purushothaman A., Uyama T., Kobayashi F., Yamada S., Sugahara K., Rapraeger A.C.,
11. Sanderson R.D. Heparanase-enhanced shedding of syndecan-1 by myeloma cells promotes endothelial invasion and angiogenesis. Blood. 2010. 115 (12). P. 2449-2457. DOI: 10.1182/blood-2009-07- 234757.