Comparison of cytotoxicity of vascular prostheses in vitro

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim. To study and compare cytotoxicity of the main types of synthetic prostheses used in arterial reconstructive surgery, including polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyethylene-terephthalate (Dacron).

Materials and Methods. On the culture of human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) of the 3rd passage, MTS test was conducted that is used in laboratory examinations with attraction of cellular technologies to study cytotoxicity of medical drugs and medical products. The test
implies use of MTS reagent that is 3-(4,5-dimethylthiazol-2-il)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-
(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium; additionally phenazine methosulfate (PMS) was used that plays the role of electron-binding reagent. In the experiment, cells were incubated with PTFE and Dacron within 24 hours at 37ᵒC with 5% CO2. For control, HUVEC cultured in the standard growth
medium, were used. In the presence of PMS, MTS was reduced by mitochondrial dehydrogenases of endothelial cells to formazan staining blue. Supernatant of cell cultures was evaluated by
photocolorimetric method on Stat Fax 3200 analyzer (microplate reader) of Awareness technology Inc. Palm City Fl. (USA).

Results. The lowest mean values were noted in Dacron group – 0.21 (0.20-0.22) optical density units, the highest values were noted in the control group – 0.36 (0.35-0.38); parameters in PTFE group were 0.35 (0.33-0.36). In comparison of the groups statistically significant differences were found between the control group and Dacron group (р<0.001), control and PTFE group (р=0.037), Dacron and PTFE (р<0.001). Incubation with Dacron led to suppression of metabolic activity of cells by 41.7% as compared to the control group (р<0.001). Metabolic activity of cells exposed to PTFE, approached that of the control group, that is, it corresponded to the optimal conditions of culturing of endothelial cells in vitro.

Conclusion. In comparison with polyethylene-terephthalate (Dacron), polytetrafluoro-ethylene (PTFE) showed the least suppression of metabolic activity of endothelial cells in vitro.

About the authors

Roman E. Kalinin

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0817-9573
SPIN-code: 5009-2318
ResearcherId: M-1554-2016

MD, professor, head. Department of Cardiovascular, Endovascular, Surgical Surgery and Topographic Anatomy

Russian Federation, Ryazan

Igor A. Suchkov

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1292-5452
SPIN-code: 6473-8662
Scopus Author ID: M-1180-2016

MD, PhD, Professor, Professor of the Department of Cardiovascular, Endovascular, Operative Surgery and Topographic Anatomy

Russian Federation, Ryazan

Nina D. Mzhavanadze

Ryazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5437-1112
SPIN-code: 7757-8854
ResearcherId: M-1732-2016

MD, PhD, Associate Professor of the Department of Cardiovascular, Endovascular, Operative Surgery and Topographic Anatomy; Senior Researcher at the Central Research Laboratory

Russian Federation, Ryazan

Natalya V. Korotkova

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7974-2450
SPIN-code: 3651-3813
ResearcherId: I-8028-2018

MD, PhD, Associate Professor of the Department of Biochemical Chemistry with Clinical Laboratory Diagnostics Course of the Faculty of Additional Professional Education; Senior Researcher at the Central Research Laboratory

Russian Federation, Ryazan

Aleksandr A. Nikiforov

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7364-7687
SPIN-code: 8713-0596

MD, PhD, Associate Professor, Head of the Central Research Laboratory

 
Russian Federation, Ryazan

Ivan Yu. Surov

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0794-4544
SPIN-code: 1489-7481

Student of the General Medicine Faculty

Russian Federation, Ryazan

Polina Yu. Ivanova

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6943-0277

Student of the General Medicine Faculty

Russian Federation, Ryazan

Anastasiya D. Bozhenova

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2790-0303

Student of the General Medicine Faculty

Russian Federation, Ryazan

Ekaterina A. Strelnikova

Ryazan State Medical University

Email: nina_mzhavanadze@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3370-1095

Student of the Preventive Health Faculty

Russian Federation, Ryazan

References

  1. Campbell CD, Brooks DH, Webster MW, et al. The use of expanded microporous polytetrafluoroethylene for limb salvage: a preliminary report. Surgery. 1976;79(5):485-91.
  2. Eiberg JP, Røder O, Stahl-Madsen M, et al. Fluoropolymer-coated Dacron Versus PTFE Grafts for Femorofemoral Crossover Bypass: Randomised Trial. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 2006;32(4):431-8. doi:10.1016/j. ejvs.2006.04.018
  3. Sauvage LR, Schloemer R, Wood SJ, et al. Successful Interposition Synthetic Graft Between Aorta and Right Coronary Artery. Angiographic Follow-Up to Sixteen Months. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 1976;72(3):418‐21.
  4. Chard RB, Johnson DC, Nunn GR, et al. Aorta- Coronary Bypass Grafting with Polytetrafluoroethylene Conduits. Early and Late Outcome in Eight Patients. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 1987;94(1):132-4.
  5. Van Damme H, Deprez M, Creemers E, et al. Intrinsic Structural Failure of Polyester (Dacron) Vascular Grafts. A General Review. Acta Chirurgica Belgica. 2005; 105(3):249-55. doi: 10.1080/00015458.2005.11679712
  6. Greisler HP, editor. New Biologic and Synthetic Vascular Prostheses. Austin: R.G. Landes Co; 1991.
  7. Abbott WM, Green RM, Matsumoto T, et al. Prosthetic above-knee femoropopliteal bypass grafting: results of a multicenter randomized prospective trial. Above-Knee Femoropopliteal Study Group. Journal of Vascular Surgery. 1997;25(1):19-28. doi:10.1016/ S0741-5214(97)70317-3
  8. Padera RF, Schoen FJ. Cardiovascular medical devices. In: Ratner B.D., Hoffman A.S., Schoen F.J., et al., editors. Biomaterials Science: an introduction to materials in medicine. 2nd ed. San Diego: Elsiver Academic Press; 2004. Pt. II, chr. 7.3. P. 470-93.
  9. Byrom MJ, Ng MK, Bannon PG. Biomechanics and biocompatibility of the perfect conduit-can we build one? Annals of Cardiothoracic Surgery. 2013;2(4): 435-43. doi: 10.3978/j.issn.2225-319X.2013.05.04
  10. Kalinin RE, Suchkov IA, Korotkova NV, et al. The research of the molecular mechanisms of endothelial dysfunction in vitro. Genes & Cells. 2019;14(1):22-32. (In Russ). doi: 10.23868/201903003
  11. Kalinin RE, Abalenikhina YuV, Pshennikov AS, et al. Interrelation between oxidative carbonylation of proteins and lysosomal proteolysis of plasma in experimentally modelled ischemia and ischemia-reperfusion. Nauka Molodykh (Eruditio Juvenium). 2017;5(3): 338-51. (In Russ). doi: 10.23888/HMJ20173338-351
  12. Suchkov IA, Pshennikov AS, Gerasimov АА, et al. Prophylaxis of restenosis in reconstructive surgery of main arteries. Nauka Molodykh (Eruditio Juvenium). 2013;(2):12-9. (In Russ).
  13. Kalinin RE, Suchkov IA, Klimentova EA, et al. Apoptosis in vascular pathology: present and future. I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2020;28(1):79-87. (In Russ). doi: 10.23888/PAVLOVJ202028179-87
  14. Marcus AJ, Broekman MJ, Drosopoulos JH, et al. The endothelial cell ecto-ADPase responsible for inhibition of platelet function is CD39. The Journal of Clinical Investigation. 1997;99(6):1351‐60. doi:10. 1172/JCI119294
  15. Ren X, Feng Y, Guo J, et al. Surface modification and endothelialization of biomaterials as potential scaffolds for vascular tissue engineering applications. Chemical Society Reviews. 2015;44(15):5680-742. doi: 10.1039/c4cs00483c
  16. Adipurnama I, Yang MC, Ciach T, et al. Surface modification and endothelialization of polyurethane for vascular tissue engineering applications: a review. Biomaterials Science. 2016;5(1):22-37. doi: 10.1039/c6bm00618c
  17. Vig K, Swain K, Mlambo T, et al. Adhesion of human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) on PTFE material following surface modification by low temperature plasma treatment. Physiology. 2019;33(1):603.3.
  18. Zhou M, Wang WC, Liao YG, et al. In vitro biocompatibility evaluation of silk-fibroin/polyurethane membrane with cultivation of HUVECs. Frontiers of Materials Science. 2014;8:63-71. doi:10.1007/ s11706-014-0230-3
  19. Shtanskiy DV, Glushankova NA, Kiryukhantsev-Korneyev FV, et al. Sravnitel’noye issledovaniye struktury i tsitotoksichnosti politetraftor•etilena posle ionnogo travleniya i ionnoy implantatsii. Fizika Tverdogo Tela. 2011;53(3):593-7. (In Russ).
  20. Baydamshina DR, Trizna EY, Holyavka MG, et al. Assessment of genotoxicity and cytotoxicity for preparations of the trypsin immobilized on chitozan matrix. Proceedings of Voronezh State University. Series: Chemistry, Biology, Pharmacy. 2016;(3):53-7. (In Russ).
  21. Jaffe EA, Nachman RL, Becker CG, et al. Culture of Human Endothelial Cells Derived from Umbilical Veins. Identification by Morphologic and Immunologic Criteria. The Journal of Clinical Investigation. 1973;52(11): 2745-56. doi: 10.1172/JCI107470
  22. Aslantürk ÖS. In Vitro Cytotoxicity and Cell Viability Assays: Principles, Advantages, and Disadvantages. In: Genotoxicity – A Predictable Risk to Our Actual World. 2018. Available at: https://cdn. intechopen.com/pdfs/57717.pdf. Accessed: 2020 May 21. doi: 10.5772/intechopen.71923
  23. Albulescu R, Popa A-C, Enciu A-M, et al. Comprehensive In Vitro Testing of Calcium Phosphate-Based Bioceramics with Orthopedic and Dentistry Applications. Materials. 2019;12(22):3704. doi:10. 3390/ma12223704
  24. Emch О, Cavicchia J, Dasi P, et al. Hemocompatibility of Various Heart Valve Materials. In: Society for Biomaterials. Annual Meeting and Exposition. Pioneering the Future of Biomaterials. Transactions of the 38th Annual Meeting. 2014. Vol. XXXVI. Art. 28. Available at: http://abstracts.biomaterials.org/data/papers/ 2014/0332-000967.pdf. Accessed: 2020 May 21.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The scheme of reduction of MTS to formazan under action of dehydrogenases

Download (29KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. 96-well plate with cell supernatant after incubation with MTS/PMS before measurement of optical density

Download (101KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Comparison of the optical density values in the studied groups in the experiment on cytotoxicity

Download (26KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Kalinin R.E., Suchkov I.A., Mzhavanadze N.D., Korotkova N.V., Nikiforov A.A., Surov I.Y., Ivanova P.Y., Bozhenova A.D., Strelnikova E.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».