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Publicação
Electrospinning a mechano-biocompatible external support for the Ross procedure
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Resumo(s)
The Ross procedure is a surgical technique used to treat aortic valve diseases, in which the diseased aortic valve is replaced with the patient9s own pulmonary valve, offering unique advantages. However, progressive autograft dilatation remains a major limitation. To mitigate this problem some external supports currently exist, such as Dacron wraps, PEARS meshes or semi-resorbable grafts, which provide reinforcement but restrict root9s valve motion, or have biocompatibility challenges. This thesis aimed to develop a temporary, biodegradable and bioactive electrospun support capable of preventing early dilatation while allowing long-term tissue remodeling. The electrospun support was composed of polycaprolactone (PCL), elastin and decellularized extracellular matrix (dECM). dECM was optimized to achieve 97.4% deoxyribonucleic acid (DNA) reduction while preserving key extracellular matrix (ECM) components, including 61% elastin and 92% insoluble collagen. It was processed into fine powder (~24 µm) and incorporated into PCL:elastin electrospun blends to fabricate tubular scaffolds. Morphological analysis of the optimized structure (PCL:elastin:dECM, 19:0.5:0.5 w/v%) exhibited a well distributed fiber network, with partial circumferential alignment on the outer surface and randomly oriented fibers on the inner surface. Mechanical tests demonstrated a low-strain modulus of ~2 MPa and compliance values of ~2.2 %/100 mmHg. Accelerated degradation showed a more controlled mass loss profile than pure PCL. In conclusion, the PCL:elastin:dECM scaffold demonstrates potential as a resorbable external support for the Ross procedure, balancing compliance and benefiting from the presence of elastin and dECM, which may contribute to improved adaptation. Future studies should combine computational modelling and in vivo validation to confirm long-term performance.
O procedimento de Ross é uma técnica cirúrgica utilizada no tratamento de patologias da válvula aórtica, na qual a válvula afetada é substituída pela válvula pulmonar do próprio doente, oferecendo assim vantagens únicas. No entanto, a dilatação progressiva do autoenxerto continua a ser uma limitação relevante. Para mitigar esse problema, atualmente existem suportes externos, como o tubo de Dacron, as malhas PEARS ou suportes semi-reabsorvíveis, que fornecem reforço, mas restringem o movimento da raiz valvular ou apresentam problemas de biocompatibilidade. Esta tese teve como objetivo desenvolver um suporte temporário, biodegradável e bioativo, obtido por electrospinning, capaz de prevenir a dilatação precoce e permitir a remodelação do tecido a longo prazo. O suporte produzido inclui policaprolactona (PCL), elastina e matriz extracelular descelularizada (dECM). A dECM foi otimizada de modo a obter uma redução de 97.4% do ácido desoxirribonucleico (ADN), preservando simultaneamente os principais componentes da matriz extracelular, incluindo 61% de elastina e 92% de colagénio insolúvel. Posteriormente, foi convertida em partículas pequenas (~24 µm) e incorporada na mistura de PCL:elastina para a produção de suportes tubulares através da técnica de electrospinning. A análise morfológica da estrutura otimizada (PCL:elastina:dECM, 19:0.5:0.5 p/v%) revelou uma rede de fibras bem distribuída, com alinhamento circunferencial parcial na superfície externa e fibras orientadas aleatoriamente na superfície interna. Os ensaios mecânicos demonstraram um módulo em regime de baixa deformação de ~2-3 MPa e valores de complacência de ~2.2 %/100 mmHg. A degradação hidrolítica acelerada evidenciou um perfil de perda de massa mais controlado do que o observado no PCL puro. Em conclusão, a estrutura de PCL:elastina:dECM mostra potencial como suporte externo reabsorvível para o procedimento de Ross, equilibrando complacência e beneficiando da presença de elastina e dECM, que podem contribuir para uma melhor adaptação. Estudos futuros deverão combinar modelação computacional e validação in vivo para confirmar o desempenho a longo prazo.
O procedimento de Ross é uma técnica cirúrgica utilizada no tratamento de patologias da válvula aórtica, na qual a válvula afetada é substituída pela válvula pulmonar do próprio doente, oferecendo assim vantagens únicas. No entanto, a dilatação progressiva do autoenxerto continua a ser uma limitação relevante. Para mitigar esse problema, atualmente existem suportes externos, como o tubo de Dacron, as malhas PEARS ou suportes semi-reabsorvíveis, que fornecem reforço, mas restringem o movimento da raiz valvular ou apresentam problemas de biocompatibilidade. Esta tese teve como objetivo desenvolver um suporte temporário, biodegradável e bioativo, obtido por electrospinning, capaz de prevenir a dilatação precoce e permitir a remodelação do tecido a longo prazo. O suporte produzido inclui policaprolactona (PCL), elastina e matriz extracelular descelularizada (dECM). A dECM foi otimizada de modo a obter uma redução de 97.4% do ácido desoxirribonucleico (ADN), preservando simultaneamente os principais componentes da matriz extracelular, incluindo 61% de elastina e 92% de colagénio insolúvel. Posteriormente, foi convertida em partículas pequenas (~24 µm) e incorporada na mistura de PCL:elastina para a produção de suportes tubulares através da técnica de electrospinning. A análise morfológica da estrutura otimizada (PCL:elastina:dECM, 19:0.5:0.5 p/v%) revelou uma rede de fibras bem distribuída, com alinhamento circunferencial parcial na superfície externa e fibras orientadas aleatoriamente na superfície interna. Os ensaios mecânicos demonstraram um módulo em regime de baixa deformação de ~2-3 MPa e valores de complacência de ~2.2 %/100 mmHg. A degradação hidrolítica acelerada evidenciou um perfil de perda de massa mais controlado do que o observado no PCL puro. Em conclusão, a estrutura de PCL:elastina:dECM mostra potencial como suporte externo reabsorvível para o procedimento de Ross, equilibrando complacência e beneficiando da presença de elastina e dECM, que podem contribuir para uma melhor adaptação. Estudos futuros deverão combinar modelação computacional e validação in vivo para confirmar o desempenho a longo prazo.
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Palavras-chave
Ross procedure Electrospinning Support Decellularized extracurricular matrix Biodegradable scaffold Procedimento Ross Electrospinning Suporte Matriz extracelular descelularizada Suporte biodegradável
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