Endothelial cell seeding and the thrombogenicity of vascular grafts

Abstract

ABSTRACT



In humans, synthetic vascular grafts heal with a limited ingrowth of endothelium. This fact might be responsible for inferior performance of synthetic grafts compared with native artery.Endothelial cells can be autotransplanted (seeded) into the graft in an effort to improve graft function. The attachment of endothelial cells to different graft materials was investigated in vitro (I). In order of decreasing attachment the grafts were albumin-coated dacron, pre-clotted dacron, gelatin-coated dacron, gelatin-coated polyurethane, collagen-coated dacron and preclotted PTFE. The loss of seeded cells was studied in sheep (II). A low blood flow velocity did not improve cell retention. The early thrombogenicity was studied in arterial (III) and venous (IV) conduits in sheep. No difference in the attachment platelets, leukocytes and fibrinogen could be demonstrated. The conduit in the vein caused an activation and attachment of platelets on the vein wall downstream from the graft. Seeded and unseeded grafts were implanted in sheep for three (V) or twelwe (VI) weeks. After three weeks seeded grafts had a higher endoluminal release of prostacyclin and a higher endothelial coverage. After twelwe weeks this difference was no longer obvious. In human aorto-bifemoral grafts, one graft limb was seeded (VII). No difference could be demonstrated in platelet scintigraphy two months postoperatively. The long-term outcome did not seem to be affected.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING De två vanligaste orsakerna till operationer på blodkärlen är pulsåderförträngningar och pulsådervidgningar, så kallade aneurysm. Förträngningarna beror på åderförfettning eller förkalkning och orsakar en försämrad blodtillförsel bortom det förträngda partiet. Då hjärtats kranskärl är förträngda kan det resultera i kärlkramp, då benets pulsådror är förträngda kan det resultera i fönstertittarsjuka eller vid utbredda förträngningar, kallbrand. Pulsådervidgningen beror på en försämrad hållfasthet i kärlväggen som medför en vidgning av ådern inom ett begränsat område till två till tre gånger så stor diameter. På insidan av det vidgade området bildas en matta av levrat blod som kan orsaka en tilltäppning lokalt eller att mindre blodproppar löses av och slungas iväg med blodströmmen. Det finns även en risk för att blodkärlet brister, med en allvarlig blödning som följd. Andra skäl för operation kan vara kärlskador vid olycksfall, anläggande av en förbindelse mellan pulsåder och ven för dialys, eller mer ovanliga kärlsjukdomar som obehandlade kan leda till försämringar. Som ersättning för sjuka blodkärl kan man när det gäller grövre kärl som stora kroppspulsådern eller bäckenkärlen, använda en syntetisk kärlprotes. I dessa områden där blodflödet är stort, fungerar dessa bra. För minde kärl används i första hand ytliga ådror från benen som reservdelar. syntetisk kärlprotes det alternativ som står till buds. Nackdelen är dock, att i smala kärl med lågt blodflöde fungerar de syntetiska kärlproteserna inte alls lika bra som i större kärl. De är så mycket sämre, att de t. ex. inte används till kranskärlen. Ett friskt blodkärl har insidan klädd av endotel. Det är ett encelligt lager som utgör kroppens gränsskikt mot det cirkulerande blodet. Endotelet Dessa kan avvaras utan någon försämring för patienten. Dessa ådror kan dock vara sjuka pga åderbråck, eller borttagna av samma orsak och då är en har betydelse för att motverka blodproppsbildning på kärlytan, men det har också många andra funktioner, till exempel när en blodpropp behövs vid en skada i kärlet. Genom att endotelet är en genomgångstation eller omkopplingstation för alla signalsystem som ska passera från blodbanan och ut i vävnaden eller omvänt, har det en nyckelroll i många sjukdomsförlopp, till exempel i en inflammatorisk process. I en inopererad syntetisk kärlprotes bildas inget endotel hos människan. För omkring 25 år sen lärde man sig allt bättre att isolera, odla och identifiera endotel. Eftersom det nu gick att odla endotel på konstgjorda ytor utanför kroppen, föddes tanken att plantera in endotelceller på kärlproteser och försöka odla ut dem på plats, och på så sätt få fram en bättre kärlprotes. Det visade sig dock ganska snart att en mängd frågor återstod att besvara och problem att lösa, för att kunna svara på frågan om endotelcellsådd gör nytta eller inte. Denna avhandling behandlar en del av dessa frågor. I arbete I undersöktes i vilken sorts kärlprotes som endotelcellerna hade lättast att fastna. Det förelåg stora skillnader mellan olika proteser. Dock kan proteserna behandlas med andra ämnen än här för att öka adhesionen, men dessa ämnen har också nackdelar. I arbete II undersöktes hur många av de sådda cellerna som sköljdes bort av det strömmande blodet. Det visade sig att ett lägre blodflöde, så som fallet kan vara i ett dåligt ben, inte ökade chanserna att behålla cellerna på ytan. En viss proportion av de sådda cellerna hade fäst bra på protesytan, medan en del var så skadade av skördeprocessen att de inte kunde adherera på ett tillräckligt starkt sätt. I arbetena III och IV undersöktes adhesionen av blodplättar, vita blodkroppar och fibrinogen på protesytan. Dessa tre komponenter ingår i den blodlevring, trombhinna, som bildas på insidan av protesen. En större deposition av dessa komponenter betyder alltså , att protesen är mer benägen att bilda en trombhinna, vilket är en negativ faktor. Varje får hade en obehandlad protes och en som var sådd med endotelceller. I arbete III gjordes undersökningen på pulsåder, de ådror som går från hjärtat och ut och har ett högt tryck och flöde, och som är de ådror där operationer kan göra störst nytta. Endotelcellsådden förbättrade inte protesen i detta tidiga skede efter sådden, men det fanns heller inte några uppenbara nackdelar med den. I arbete IV gjordes motsvarande undersökning på ven, dvs de ådror som leder till hjärtat. Dessa har ett mycket lågt blodtryck och en låg hastighet på blodet och utgör en stor utmaning ur kärlkirurgisk synpunkt. Både kroppsegna och syntetiska kärlproteser har en mycket hög frekvens av blodproppsbildning på vensidan, så hög att det inte finns särskilt många skäl att företa sådana operationer. Både det faktum att de nuvarande proteserna är urusla och det faktum att blodflödehastigheten är låg, vilket skulle kunna gynna endotelcellernas fäste och tillväxt, gör att endotelcellsådd är intressant på vensidan. Vid denna undersökning, som alltså gjordes med nysådda celler, verkade dessa inte påverka storleken på trombhinnan. Det visade sig också att kärlprotesen orsakade en uttalad aktivering av blodplättarna, vilket innebär att de ökar sin tendens till adhesion, och detta syntes på kärlväggen nedströms om protesen. I arbetena V och VI inopererades en endotelcellsådd och en obehandlad kärlprotes på får. De togs ut efter 3 eller 12 veckor. Då undersöktes om blodproppar bildats i protesen. Därefter monterades proteserna i en artificiell circulation och frisättningen av prostacyclin, ett av de ämnen som endotelceller producerar och som hindrar blodproppsbildning mättes. Därefter undersöktes proteserna i elektronmikroskop och i ljusmikroskop för att värdera ytan med avseende på endotelcellutväxt. Försöken visade att efter 3 veckor hade de endotelsådda proteserna en bättre utväxt av endotel på protesytan och funktionen mätt med prostacyclinfrisättning var bättre. Efter 12 veckor hade denna skillnad jämnats ut, den obehandlade protesen "växte ikapp" och fick även den en bättre endoteltäckning och en bättre prostacyclinfrisättning. På de flesta djur utom människan sker en endotelutväxt så småningom och denna skillnad i protesläkning är en av svårigheterna med endotelcellsådd; det är svårt att göra direkta överföringar av de vunna kunskaperna till människa. I arbete VII såddes endotel i det ena benet av en så kallad byxprotes. Detta är en tvåbent kärlprotes som ansluts till kroppspulsådern och går ned till bäcken- eller ljumskkärlen och som används vid operation för aneurysm på kroppspulsådern eller vid blodproppsbildning i kroppspulsådern eller i bäckenkärlen. Två månader efter operationen gjordes en mätning av depositionen av blodplättar med scintigrafi. De sådda protesbenen hade samma grad av upptag som de obehandlade protesbenen. Därefter följdes patienterna och utvecklingen vad beträffar symptomgivande blodproppsbildning eller nya operationer motsvarade det förväntade. Det går ännu inte att svara på, om endotelcellsådd kan vara ett bra sätt att förbättra funktionen hos en blodkärlsprotes eller icke. Med tanke på de speciella läkningsbetingelserna hos människa, och med tanke på de många olika funktioner som bidrar till att en trombfilm bildas på protesytan, är det osannolikt att det ska gå att skapa ett material som i sig självt kan motverka eller motstå denna tromb-bildning. Det behövs en biologiskt aktiv inneryta i protesen som kan delta i samspelet mellan de tromb-bildande krafterna, och de som motverkar tromberna. Kanske kan detta ske genom endotelcellsådd, kanske går det att finna metoder som kan stimulera den spontana inväxten av endotel, kanske går det att skräddarsy bärar-molekyler, som kan transportera tromb-hämmande ämnen till protesytan och fästa där.

• author: Jensen, Norman
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Örtenwall, Per
• publishing date: 1996
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: Surgery, humans., sheep, Iodine-125, Technetium-99m, Indium-111, TxA2, PGI2, fibrinogen, leukocyte, platelet, cell seeding, Blood vessel prosthesis, endothelium, orthopaedics, traumatology, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, Immunology, serology, transplantation, Immunologi, serologi
• pages: 139 pages
• defense location: Department of Surgery, Malmö Allmänna Sjukhus, Malmö
• defense date: 1996-05-24 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MESM-1063-SE
• ISBN: 91-628-1997-6
• language: English
• LU publication?: no
• id: 470ec5d9-283d-4e5e-9005-35fad5dee626 (old id 28450)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:16:57
• date last changed: 2019-03-20 09:28:28