Development of Poly(1,8-octanediol-co-citrate-co-ascorbate) Elastomers with Enhanced Ascorbate Performance for Use as a Graft Coating to Prevent Neointimal Hyperplasia

弹性体 涂层 抗坏血酸 新生内膜增生 材料科学 化学 医学 纳米技术 复合材料 外科 食品科学 再狭窄 支架
作者
Lu Yu,Wenhan He,Erica B. Peters,Benjamin T. Ledford,Nick D. Tsihlis,Melina R. Kibbe
出处
期刊:ACS applied bio materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (4): 2150-2159 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsabm.0c00019
摘要

Small-diameter expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) graft surfaces have poor long-term patency due to limited endothelial cell (EC) coverage and anastomotic intimal hyperplasia. Multifunctional elastomers that coat the ePTFE graft surface to promote EC adhesion while simultaneously inhibiting intimal hyperplasia are highly desirable. Poly(diol-co-citrate) (PDC), a thermoset elastomer, is biodegradable, biocompatible, and mimics vascular mechanical properties. Engineering antioxidant components into PDC polymeric structures improves biocompatibility by attenuating oxidative stress yet is limited by bioavailability. Herein, we develop a new ascorbate protection and deprotection strategy (APDS) for loading bioactive ascorbic acid into the structure of PDC elastomers to improve poly(1,8-octanediol-co-citrate-co-ascorbate) (POCA) prepolymer ascorbate activity. Elastomers cured from APDS POCA prepolymers provide twice the active ascorbate sites on the elastomer surface (35.19 ± 1.64 ng mg-1 cm-2) versus unprotected POCA (Un.POCA, 18.31 ± 0.97 ng mg-1 cm-2). APDS POCA elastomers displayed suitable mechanical properties for vascular graft coating [Young's modulus (2.15-2.61 MPa), elongation (189.5-214.6%) and ultimate tensile strength (2.73-3.61 MPa)], and superior surface antioxidant performance through 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl free radical scavenging and lipid peroxidation inhibition as compared to poly(1,8-octanediol-co-citrate) (POC) and Un.POCA. Hydrolytic degradation of APDS POCA occurred within 12 weeks under physiological conditions with a mass loss of 25.8 ± 3.4% and the degradation product retaining ascorbate activity. APDS POCA elastomer surfaces supported human aortic endothelial cell proliferation while inhibiting human aortic smooth muscle cell proliferation in vitro. APDS POCA elastomer surfaces displayed superior decomposition of S-nitrosothiols compared to POC and Un.POCA. Taken together, these findings indicate the potential of APDS POCA elastomers to serve as bioactive, therapeutic coatings that enhance the long-term patency of small diameter ePTFE grafts.
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