Review of metal surface stents: biological validation using an in vitro endothelial cell model / Revisão de stents de superfície metálica: validação biológica usando modelo de células endotelial in vitro

Studies to determine effects of metal implants for humans frequently use an in vitro animal model. Despite this experimental model evaluating responses to an implant, it is usually only possible to elucidate physiological and molecular mechanisms of metallic biomaterials with in vitro experiments using animal endothelial cells. Thus, this review proposes to elucidate models of endothelial cells used to characterize and evaluate metallic biomaterials in stent manufacturing. Animal cells are able to adhere, proliferate and develop antiplatelet responses after specific treatments on metal surfaces. In vitro tests with an endothelial cell model provide insights into hemo-integration of metallic devices and assist in planning pre-clinical experimental designs. Thus, this review encourages studies and validation of commercially available endothelial cells, as well as creation of cryopreserved cell banks as an alternative to reduce in vitro assays and as primary cultures for in vitro testing. Moreover, we encourage creation of a standard protocol for characterizing metals subjected to surface modifications.

Estudos para determinar os efeitos de implantes metálicos em humanos frequentemente usam um modelo animal in vivo. Apesar deste modelo experimental avaliar as respostas do implante, normalmente só é possível elucidar mecanismos fisiológicos e moleculares de biomateriais metálicos com experimentos in vitro utilizando células endoteliais de animais. Assim, essa revisão propõe elucidar modelos de células endoteliais utilizados para caracterizar e avaliar biomateriais na fabricação de stents. As células de animais são capazes de aderir, proliferar e desenvolver respostas antiplaquetárias após tratamentos específicos em superfícies metálicas. Testes in vitro com um modelo de células endoteliais fornecem insights sobre a integração dos dispositivos metálicos e auxiliam no planejamento de projetos experimentais pré-clínicos. Assim, esta revisão encoraja estudos e validação de células endoteliais comercialmente disponíveis, bem como a criação de bancos de células criopreservadas como uma alternativa para reduzir ensaios in vivo e de culturas primárias para testes in vitro. Além disso, incentivamos a criação do protocolo padrão para caracterizar metais sujeitos a modificações de superfície.

Review of metal surface stents: biological validation using an in vitro endothelial cell model / Revisão de stents de superfície metálica: validação biológica usando modelo de células endotelial in vitro

Studies to determine effects of metal implants for humans frequently use an in vitro animal model. Despite this experimental model evaluating responses to an implant, it is usually only possible to elucidate physiological and molecular mechanisms of metallic biomaterials with in vitro experiments using animal endothelial cells. Thus, this review proposes to elucidate models of endothelial cells used to characterize and evaluate metallic biomaterials in stent manufacturing. Animal cells are able to adhere, proliferate and develop antiplatelet responses after specific treatments on metal surfaces. In vitro tests with an endothelial cell model provide insights into hemo-integration of metallic devices and assist in planning pre-clinical experimental designs. Thus, this review encourages studies and validation of commercially available endothelial cells, as well as creation of cryopreserved cell banks as an alternative to reduce in vitro assays and as primary cultures for in vitro testing. Moreover, we encourage creation of a standard protocol for characterizing metals subjected to surface modifications.(AU)

Estudos para determinar os efeitos de implantes metálicos em humanos frequentemente usam um modelo animal in vivo. Apesar deste modelo experimental avaliar as respostas do implante, normalmente só é possível elucidar mecanismos fisiológicos e moleculares de biomateriais metálicos com experimentos in vitro utilizando células endoteliais de animais. Assim, essa revisão propõe elucidar modelos de células endoteliais utilizados para caracterizar e avaliar biomateriais na fabricação de stents. As células de animais são capazes de aderir, proliferar e desenvolver respostas antiplaquetárias após tratamentos específicos em superfícies metálicas. Testes in vitro com um modelo de células endoteliais fornecem insights sobre a integração dos dispositivos metálicos e auxiliam no planejamento de projetos experimentais pré-clínicos. Assim, esta revisão encoraja estudos e validação de células endoteliais comercialmente disponíveis, bem como a criação de bancos de células criopreservadas como uma alternativa para reduzir ensaios in vivo e de culturas primárias para testes in vitro. Além disso, incentivamos a criação do protocolo padrão para caracterizar metais sujeitos a modificações de superfície.(AU)

CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA E FUNCIONAL DAS CÉLULAS ENDOTELIAIS DE COELHO E HUMANAS CULTIVADAS SOBRE SUPERFÍCIES METÁLICAS TRATADAS A PLASMA

Os stents são estruturas metálicas utilizadas em isquemias cardiovasculares. Em geral são utilizados em associação com fármacos antiplaquetários a fim de evitar a formação de trombos. Contudo, a eficácia da endotelização sobre a superfície é reduzida e aumenta o risco de restenose nos pacientes. Por isso, existe uma busca por tratamentos que modifiquem as propriedades químicas e físicas de superfícies metálicas para melhorar a integração célulamaterial sem a utilização de drogas antiplaquetárias. O tratamento por plasma faz modificações nanométricas e melhora a adesão, proliferação e diferenciação celular em metais, como o titânio e o aço inoxidável. O titânio é um metal inerte, resistente à corrosão, muito aplicado na produção de implantes e comumente utilizado na forma de liga com o níquel na fabricação de stents. Já o aço inoxidável 316L é muito utilizado na área biomédica por possuir boa resistência mecânica, contudo o desgaste por corrosão pode promover efeitos tóxicos no paciente. Os stents metálicos são testados comumente no modelo in vivo da artéria ilíaca do coelho, todavia a utilização de células endoteliais do coelho para testes in vitro de superfícies metálicas é insípida. Os testes in vitro podem auxiliar na compreensão dos mecanismos de interaçãoe e integração entre as células e a superfície metálica. Apesar disso não há informações sobre esse aspecto, bem como a cerca das propriedades mecânicas das células provocadas por metais, e das possíveis implicações decorrentes dessa interação. Considerando que a utilização de modelos in vitro é útil na compreensão dos mecanismos de interação entre as células e as superfícies de adesão, esse trabalho avaliou o efeito da modificação de superfícies metálicas sobre as de células endoteliais humanas e de animais. Para tanto, foram produzidas superfícies de titânio nitretada e oxidada e de aço inoxidável nitretada com rugosidade nanométrica. Em seguida, estas foram caracterizadas quanto à molhabilidade pelo método de gota séssil, rugosidade por microscopia de força atômica e composição química por difração de raios-X. As células endoteliais cultivadas sobre as superfícies foram avaliadas quanto à morfologia, adesão e viabilidade. Bem como a influência na modificação das propriedades mecânicas das células endoteliais vivas sobre as superfícies de titânio tratadas a plasma por microscopia de força atômica (AFM). Com base nos métodos utilizados é possível afirmar que as modificações da superfície foram promoveram uma melhora na integração célula-superfície. As células endoteliais do coelho obtiveram melhores resultados sobre a superfície nitretada do aço inoxidável quando comparada ao titânio nitretado. As células humanas e do coelho se comportaram de forma semelhante, quanto a adesão e viabilidade celular sobre a superfície de titânio oxidada a plasma. As propriedades elásticas sofrem influência da superfície tratada a plasma e isso pode auxiliar na aplicabilidade do biomaterial a fim de utilizá-la como uma terapia inovadora como ferramenta para avaliação da biocomptibilidade dos biomateriais, com futura utilização em stents metálicos.

Stents are metal structures used in cardiovascular ischemia. They are generally used in combination with antiplatelet drugs to prevent thrombus formation. However, the efficacy of endothelialization on the surface is reduced and increases the risk of restenosis in patients. Therefore, there is a search for treatments that modify the chemical and physical properties of metal surfaces to improve cell-material integration without the use of antiplatelet drugs. Plasma treatment makes nanometric modifications and improves cell adhesion, proliferation, and differentiation in metals, such as titanium and stainless steel. Titanium is an inert,corrosion-resistant metal, widely applied in the production of implants and commonly used in the form of alloys with nickel in the manufacture of stents. However 316L stainless steel is widely used in the biomedical area because it has good mechanical resistance; however, wear and tear can promote toxic effects on the patient. Metal stents are commonly tested in the in vivo model of the rabbit iliac artery, however, the use of rabbit endothelial cells for in vitro testing of metal surfaces is tasteless. In vitro tests may aid in understanding the mechanisms of interaction and integration between cells and the metal surface. In spite of this, there is no information about this aspect, as well as about the mechanical properties of the cells provoked by metals, and of the possible implications resulting from this interaction. Considering that the use of in vitro models is useful in understanding the mechanisms of interaction between cells and adhesion surfaces, this work evaluated the effect of metal surface modification on human and animal endothelial cells. For this, surfaces of nitrided and oxidized titanium and nitrided stainless steel with nanoscale roughness were produced. Then, these were characterized as wettability by the sessile gout method, roughness by atomic force microscopy and chemical composition by X-ray diffraction. Endothelial cells cultured on the surfaces were evaluated for morphology, adhesion, and viability. As well as the influence on the modification of the mechanical properties of the living endothelial cells on the plasma treated titanium surfaces by atomic force microscopy (AFM). Based on the methods used it is possible to affirm that the surface modifications promoted an improvement in the cell-surface integration. The rabbit endothelial cells obtained better results on the nitrided surface of the stainless steel when compared to the nitrided titanium. Human and rabbit cells behaved similarly for cell adhesion and viability on the surface of plasma oxidized titanium. The elastic properties are influenced by the plasma treated surface and this may aid in the applicability of the biomaterial in order to use it as an innovative therapy as a tool to evaluate the biocompatibility of the biomaterials with future use in metallic stents.

Estudo comparativo da biocompatibilidade da submucosa intestinal porcina e pericárdio bovino usados como enxertos na veia cava de cães / Comparative study of the biocompatibility of the porcine intestinal submucosa and bovine pericardium used as grafts in the inferior cava vein of dogs

OBJETIVO: Comparar a biocompatibilidade entre submucosa de intestino delgado (SID) porcino e o pericárdio bovino como enxerto no reparo de lesões criadas na veia cava inferior de cães. MÉTODOS: Dezesseis cães foram submetidos a laparotomia. Após a abertura da cavidade abdominal a veia cava foi identificada e em seguida procedeu-se com a retirada de um segmento elíptico de 1,5X3cm de sua parede anterior. Em 8 animais o defeito foi reparado com SID porcino (grupo A) e nos 8 animais restantes o defeito foi reparado com pericárdio bovino (grupo B).No 30º dia de P.O. realizou-se uma ultra-sonografia e a eutanásia foi realizada no 40ºdia de pós-operatório. RESULTADOS: Observou-se estenose da veia cava em 1 cão do grupo do grupo A e em 2 animais do grupo B além de trombose em 1 cão desse mesmo grupo. A análise microscópica revelou um processo inflamatório crônico moderado em ambos os grupos. A endotelização do enxerto, regeneração de fibras musculares lisas e depósito de colágeno também foi similar nos 2 grupos estudados. CONCLUSÃO: A SID provou ser um excelente substrato para a regeneração vascular quando implantado em veia cava superior, contudo os resultados encontrados não diferem daqueles observados com o uso de pericárdio bovino. (AU)

PURPOSE: To compare the biocompatibility of the bovine pericardium and the small intestine submucosa (SIS) when used to repair a created defect in the inferior vena cava of dogs.METHODS: Sixteen male mongrel dogs were submitted to a midline laparotomy incision. An elliptical segment (1,5 X 3,0 cm) of the inferior vena cava, below the renal veins, was excised. In 8 dogs, the A group, a patch of porcine small bowel submucosa was used to repair the defect. In the 8 remaining dogs, the B group, a bovine pericardium was implanted in the vena cava. On the 30th post-operative day an ultrasound was performed in order to identify stenosis. The euthanasia was accomplished in the 40th post-operative day. Stenosis of the vein was observed in 1 dog of A group and in 2 of the B group.RESULTS: Partial thrombosis with collateral circulation was evidenced in 1 dog of the bovine pericardium group. A moderated chronic inflammatory process was evidenced in both groups. Microscopic evaluation, regarding endothelization of the implant, collagen deposition, smooth muscle growth, was similar in both groups.CONCLUSION: SIS proved to be a functional graft patch for possessing local vena cava remodeling and its biocompatibility was similar to bovine pericardium.