In Vivo Assessment of Neovascularization and Incorporation of Prosthetic Vascular Biografts

 

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Summary

Neovascularization plays a major role in prosthetic vascular graft healing. New developments in manufacturing biomaterials have encouraged the use of biological and biosynthetic materials for both arterial replacement and bypass procedures. We have analyzed in vivo the process of neovascularization and incorporation of biolized bovine carotid artery (Solco P®), a biological material, and the composite of ovine collagen and polyester mesh (Omniflow®), a biosynthetic material. The synthetic fabric polytetrafluorethylene (e-PTFE), which is widely used in cardiovascular surgery, served as control. Using the dorsal skinfold chamber of the Syrian golden hamster as site for implantation (n = 15), angiogenesis and neovascularization were analyzed quantitatively by means of intravital fluorescence microscopy. In each chamber a piece (˜ 1 mm²) of each of the three vascular grafts was implanted. Five days after implantation neovascularization was ascertained in 90% of the Omniflow® grafts, while only 40% of the PTFE and 20% of the Solco P® implants revealed new ingrowing microvessels. On day 10 the density of newly formed microvessels was significantly higher (p < 0.01) in Omniflow® grafts (263.5 ± 24.1cm"1) as compared to PTFE (134.2 ± 20.8cm"1) and Solco P® (153.2 + 32.0cm1). In addition, the biosynthetic composite revealed a larger extension of neovascularization into the perigraft tissue, and 12 days after implantation these grafts were most tightly incorporated. Failure of neovascularization of Solco P® was associated with remarkable fibrous collagen thickening, Superior neovascularization of Omniflow® might be due to the additional loose polyester mesh support of the material and potentially due to prevention of fibrous collagen thickening.

Zusammenfassung

Die Integration einer Gefäßprothese in das Implantatbett ist entscheidend von der Neovaskularisierung des Prothosenmaterials abhängig. Neue Erkenntnisse bei der Herstellung von Biomaterialien begünstigten in den letzten Jahren auch die Entwicklung von Gefäßprothesen aus biologischen bzw. biosynthetischen Materialien. Wir haben in einer experimentellen Invivo-Studie die Neovaskularisierung und Integration von boviner Karotis (Solco®), einer Bioprotheso, und einer Verbindung von Schafskollagen und Polyestornetz (Omniflow®), einer biosynthetischen Prothese, analysiert. Das synthetische Material Polytetrafluorethylen (e-PTFE), welches häufig im Bereich der kardiovaskulären Chirurgie als Gefäßersatz verwendet wird, diente zur Kontrolle. Als Modell zur Implantation der Prothesenmaterialien (n = 15) verwendeten wir die Rückenhautkammer des Syrischen Goldhamsters; Angioneogenese und Revaskularisation wurden quantitativ mittels intravitaler Fluoresezenzmikroskopie bestimmt. In jede Kammer wurden jeweils ca. 1 mm² große Stücke der drei unterschiedlichen Prothesen implantiert.

Fünf Tage nach Implantation konnte bei 90% der Omni-flow®-Implantate eine beginnende Neovaskularisation beobachtet werden, während zu diesem Zeitpunktlediglich 40% der PTFE und 20% der Solco®-Implantate neugebildete Mikrogefäße aufwiesen. Nach 10 Tagen war die funktionelle Gefäßdichte bei Omniflow®-Implantaten signifikant höher (263.5 ± 24.1cm^-1, p < 0.01) im Verglcich zu PTFE (134.2 ± 20.8 cm^-1) und Solco® (153.2 ± 32.0 cm^-1). Zusätzlich zeigte das biosynthetische Prothesenmaterial die breiteste Neovaskularisierungszone im Perigraft, und war nach 12 Tagen am besten im Peritransplantatgewebe verankert. Die insuffiziente Neovaskularisierung der Solco®-Implantate verlief parallel zu einer deutlich fibrösen Kollagenverdickung. Die bessere Neovaskularisierung von Omniflow® konnte durch das zusätzliche Polyester-Netzwerk oder aber durch die Verhinderung der fibrösen Kollagenverdickung bedingt sein.