Biocompatibility assessment of biosorbable polymer coated nitinol alloys

Owing to an increased risk of aging population and a higher incidence of coronary artery disease (CAD), there is a need for more reliable and safer treatments. Numerous varieties of durable polymer-coated drug eluting stents (DES) are available in the market in order to mitigate in-stent restenosis. However, there are certain issues regarding their usage such as delayed arterial healing, thrombosis, inflammation, toxic corrosion by-products, mechanical stability and degradation. As a result, significant amount of research has to be devoted to the improvement of biodegradable polymer-coated implant materials in an effort to enhance their bioactive response. ^ In this investigation, magneto-electropolished (MEP) and a novel biodegradable polymer coated ternary Nitinol alloys, NiTiTa and NiTiCr were prepared to study their bio and hemocompatibility properties. The initial interaction of a biomaterial with its surroundings is dependent on its surface characteristics such as, composition, corrosion resistance, work of adhesion and morphology. In-vitro corrosion tests such as potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) studies were conducted to determine the coating stability and longevity. In-vitro hemocompatibility studies and HUVEC cell growth was performed to determine their thrombogenic and biocompatibility properties. Critical delamination load of the polymer coated Nitinol alloys was determined using Nano-scratch analysis. Sulforhodamine B (SRB) assays were performed to elucidate the effect of metal ions leached from Nitinol alloys on the viability of HUVEC cells. Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), contact angle meter and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize the surface of the alloys. ^ MEP treated and polymer coated (PC) Nitinol alloys displayed a corrosion resistant polymer coating as compared to uncoated alloys. MEP and PC has resulted in reduced Ni and Cr ion leaching from NiTi5Cr and subsequently low cytotoxicity. Thrombogenicity tests revealed significantly less platelet adhesion and confluent endothelial cell growth on polymer coated and uncoated ternary MEP Nitinol alloys. Finally, this research addresses the bio and hemocompatibility of MEP + PC ternary Nitinol alloys that could be used to manufacture blood contacting devices such as stents and vascular implants which can lead to lower U.S. healthcare spending.^

Biocompatibility Assessment of Biosorbable Polymer Coated Nitinol Alloys

Owing to an increased risk of aging population and a higher incidence of coronary artery disease (CAD), there is a need for more reliable and safer treatments. Numerous varieties of durable polymer-coated drug eluting stents (DES) are available in the market in order to mitigate in-stent restenosis. However, there are certain issues regarding their usage such as delayed arterial healing, thrombosis, inflammation, toxic corrosion by-products, mechanical stability and degradation. As a result, significant amount of research has to be devoted to the improvement of biodegradable polymer-coated implant materials in an effort to enhance their bioactive response. In this investigation, magneto-electropolished (MEP) and a novel biodegradable polymer coated ternary Nitinol alloys, NiTiTa and NiTiCr were prepared to study their bio and hemocompatibility properties. The initial interaction of a biomaterial with its surroundings is dependent on its surface characteristics such as, composition, corrosion resistance, work of adhesion and morphology. In-vitro corrosion tests such as potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) studies were conducted to determine the coating stability and longevity. In-vitro hemocompatibility studies and HUVEC cell growth was performed to determine their thrombogenic and biocompatibility properties. Critical delamination load of the polymer coated Nitinol alloys was determined using Nano-scratch analysis. Sulforhodamine B (SRB) assays were performed to elucidate the effect of metal ions leached from Nitinol alloys on the viability of HUVEC cells. Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), contact angle meter and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize the surface of the alloys. MEP treated and polymer coated (PC) Nitinol alloys displayed a corrosion resistant polymer coating as compared to uncoated alloys. MEP and PC has resulted in reduced Ni and Cr ion leaching from NiTi5Cr and subsequently low cytotoxicity. Thrombogenicity tests revealed significantly less platelet adhesion and confluent endothelial cell growth on polymer coated and uncoated ternary MEP Nitinol alloys. Finally, this research addresses the bio and hemocompatibility of MEP + PC ternary Nitinol alloys that could be used to manufacture blood contacting devices such as stents and vascular implants which can lead to lower U.S. healthcare spending.

Investigating the Role of PDE4D1/2 in Vascular Smooth Muscle Cell Desensitization

Vascular smooth muscle cell (VSMC) behaviour and phenotypic modulation is critical to vessel repair following damage, and the progression of various cardiovascular diseases. The second messenger cyclic adenosine monophosphosphate (cAMP) plays a key role in VSMC function under the synthetic/activated phenotype, which is typically associated with unhealthy cell behaviour. Consequently, cAMP signaling is often targeted in attempts to impact several pathological diseases, including atherosclerosis, restenosis, and pulmonary arterial hypertension (PAH). The cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) catalyze hydrolysis of cAMP to an inactive form, and therefore directly regulate cAMP signaling. The PDE4D family dominates in synthetic VSMCs, and there is considerable interest in determining how distinct PDE4D isoforms affect cell function. Specifically, we are interested in the potential link between short isoforms of PDE4D and VSMC desensitization to pharmacological agents that impact cardiovascular disease via cAMP signaling. This study extends on previous work that assessed the expression of PDE4D splice variants in rat aortic VSMCs following prolonged challenge with cAMP-elevating agents. It was determined that PDE4D1 and PDE4D2 were uniquely expressed in synthetic VSMCs incubated with these agents, and that this upregulation impacted PDE activity and cAMP accumulation in these cells. Here, we report that PDE4D1 and PDE4D2 are markedly upregulated in synthetic human aortic smooth muscle cells (HASMCs) following prolonged challenge with cAMP-elevating agents. Using a combination of RNAi-based and pharmacological approaches, we establish that this upregulation is reflected in levels of cAMP PDE activity, and restricted to the cytosolic sub-cellular compartment. Our results suggest a role for localized PDE4D1 and PDE4D2 activity in regulating cAMP-mediated desensitization in HASMCs, and highlight their therapeutic potential in treating various cardiovascular diseases.

Recouvrements à base de dextrane pour applications médicales

L’ingénierie des biomatériaux a connu un essor prodigieux ces dernières décennies passant de matériaux simples à des structures plus complexes, particulièrement dans le domaine cardiovasculaire. Cette évolution découle de la nécessité des biomatériaux de permettre la synergie de différentes propriétés, dépendantes de leurs fonctions, qui ne sont pas forcément toutes compatibles. Historiquement, les premiers matériaux utilisés dans la conception de dispositifs médicaux étaient ceux présentant le meilleur compromis entre les propriétés physico-chimiques, mécaniques et biologiques que nécessitait leur application. Cependant, il se peut qu’un tel dispositif possède les bonnes propriétés physico-chimiques ou mécaniques, mais que sa biocompatibilité soit insuffisante induisant ainsi des complications cliniques. Afin d’améliorer ces propriétés biologiques tout en conservant les propriétés de volume du matériau, une solution est d’en modifier la surface. L’utilisation d’un revêtement permet alors de moduler la réponse biologique à l’interface biomatériau-hôte et de diminuer les effets indésirables. Ces revêtements sont optimisés selon deux critères principaux : la réponse biologique et la réponse mécanique. Pour la réponse biologique, les deux approches principales sont de mettre au point des revêtements proactifs qui engendrent l’adhérence, la prolifération ou la migration cellulaire, ou passifs, qui, principalement, sont inertes et empêchent l’adhérence de composés biologiques. Dans certains cas, il est intéressant de pouvoir favoriser certaines cellules et d’en limiter d’autres, par exemple pour lutter contre la resténose, principalement due à la prolifération incontrôlée de cellules musculaires lisses qui conduit à une nouvelle obstruction de l’artère, suite à la pose d’un stent. La recherche sur les revêtements de stents vise, alors, à limiter la prolifération de ces cellules tout en facilitant la ré-endothélialisation, c’est-à-dire en permettant l’adhérence et la prolifération de cellules endothéliales. Dans d’autres cas, il est intéressant d’obtenir des surfaces limitant toute adhérence cellulaire, comme pour l’utilisation de cathéter. Selon leur fonction, les cathéters doivent empêcher l’adhérence cellulaire, en particulier celle des bactéries provoquant des infections, et être hémocompatibles, principalement dans le domaine vasculaire. Il a été démontré lors d’études précédentes qu’un copolymère à base de dextrane et de poly(méthacrylate de butyle) (PBMA) répondait aux problématiques liées à la resténose et qu’il possédait, de plus, une bonne élasticité, propriété mécanique importante due à la déformation que subit le stent lors de son déploiement. L’approche de ce projet était d’utiliser ce copolymère comme revêtement de stents et d’en améliorer l’adhérence à la surface en formant des liens covalents avec la surface. Pour ce faire, cela nécessitait l’activation de la partie dextrane du copolymère afin de pouvoir le greffer à la surface aminée. Il était important de vérifier pour chaque étape l’influence des modifications effectuées sur les propriétés biologiques et mécaniques des matériaux obtenus, mais aussi d’un point de vue de la chimie, l’influence que cette modification pouvait induire sur la réaction de copolymérisation. Dans un premier temps, seul le dextrane est considéré et est modifié par oxydation et carboxyméthylation puis greffé à des surfaces fluorocarbonées aminées. L’analyse physico-chimique des polymères de dextrane modifiés et de leur greffage permet de choisir une voie de modification préférentielle qui n’empêchera pas ultérieurement la copolymérisation. La carboxyméthylation permet ainsi d’obtenir un meilleur recouvrement de la surface tout en conservant la structure polysaccharidique du dextrane. Le greffage du dextrane carboxyméthylé (CMD) est ensuite optimisé selon différents degrés de modification, tenant compte aussi de l’influence que ces modifications peuvent induire sur les propriétés biologiques. Finalement, les CMD précédemment étudiés, avec des propriétés biologiques définies, sont copolymérisés avec des monomères de méthacrylate de butyle (BMA). Les copolymères ainsi obtenus ont été ensuite caractérisés par des analyses physico-chimiques, biologiques et mécaniques. Des essais préliminaires ont montrés que les films de copolymères étaient anti-adhérents vis-à-vis des cellules, ce qui a permis de trouver de nouvelles applications au projet. Les propriétés élastiques et anti-adhérentes présentées par les films de copolymères CMD-co-PBMA, les rendent particulièrement intéressants pour des applications comme revêtements de cathéters.

Investigating the Role of PDE4D1/2 in Vascular Smooth Muscle Cell Desensitization

Thesis (Master, Biochemistry) -- Queen's University, 2016-10-14 02:44:01.604