心室力学と心筋梗塞補強に及ぼす超生理学的生体材料剛性の影響

注射可能な筋膜内生体材料は、機械的および生物学的メカニズムを介して有害な心室リモデリングを制限することを約束します。新しい組織を再生するために材料を注入することである程度の成功が観察されていますが、有害リモデリングを制限するために梗塞性心筋を濃くして硬化させる最適な生体材料剛性は決定されていません。この作業では、心室力学に対する広範囲の剛性弾性率に対する生体材料剛性の影響に関する生体内研究を提示します。5 kPa（低）、25 kPa（中/心筋）、および250 kPa（高/超生理学）で製造された注射可能なメタクリル化ポリエチレングリコール（PEG）ヒドロゲルを使用しました。我々は、超生理学的な高剛性が有利に侵入後の心室力学を変化させ、負の組織のリモデリングを防ぐことを実証します。低い剛性材料はメカニズムを変えないため、効果的であるためには、代わりに生物学的補用メカニズムをターゲットにしなければなりません。これらの結果は、梗塞強化療法のために開発された生体材料の理論的設計基準に影響を与える可能性があります。重要な声明：心臓の適用のための無細胞生体材料は、心筋梗塞後の機械的および生物学的メカニズムを介して利益を提供できます。心筋梗塞の心室力学における生体材料の機械的特性の役割を研究します。以前の研究では、心室力学に対する注入された生体材料の影響を測定していないため、その結果、合理的な設計基準は不明です。心室力学の生体内評価を利用することにより、低剛性生体材料が病理学的心室力学を変えないことを実証します。したがって、効果的であるためには、低剛性生体材料が生物学的補用メカニズムを標的とする必要があります。生理学的および超生理学的生体材料は、繁殖後の力学を好意的に変化させ、副心室リモデリングを防ぎます。

Injectable intramyocardial biomaterials have promise to limit adverse ventricular remodeling through mechanical and biologic mechanisms. While some success has been observed by injecting materials to regenerate new tissue, optimal biomaterial stiffness to thicken and stiffen infarcted myocardium to limit adverse remodeling has not been determined. In this work, we present an in-vivo study of the impact of biomaterial stiffness over a wide range of stiffness moduli on ventricular mechanics. We utilized injectable methacrylated polyethylene glycol (PEG) hydrogels fabricated at 3 different mechanical moduli: 5 kPa (low), 25 kPa (medium/myocardium), and 250 kPa (high/supraphysiologic). We demonstrate that the supraphysiological high stiffness favorably alters post-infarct ventricular mechanics and prevents negative tissue remodeling. Lower stiffness materials do not alter mechanics and thus to be effective, must instead target biological reparative mechanisms. These results may influence rationale design criteria for biomaterials developed for infarct reinforcement therapy. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Acellular biomaterials for cardiac application can provide benefit via mechanical and biological mechanisms post myocardial infarction. We study the role of biomaterial mechanical characteristics on ventricular mechanics in myocardial infarcts. Previous studies have not measured the influence of injected biomaterials on ventricular mechanics, and consequently rational design criteria is unknown. By utilizing an in-vivo assessment of ventricular mechanics, we demonstrate that low stiffness biomaterial do not alter pathologic ventricular mechanics. Thus, to be effective, low stiffness biomaterials must target biological reparative mechanisms. Physiologic and supra-physiologic biomaterials favorably alter post-infarct mechanics and prevents adverse ventricular remodeling.