Background Bioprosthetic heart valves are a widely adopted solution for the treatment of valvular diseases. However, their durability is limited by structural degeneration processes, which are exacerbated by chronic immune responses to xenoantigens such as αGal Neu5Gc, and SDa, present in the animal tissues used for their manufacture. These factors pose a significant clinical challenge, underscoring the necessity to optimize the biocompatibility of bioprosthetic valves. Aim of the study This study aims to assess the presence of the xenoantigens αGal and Neu5Gc in commercially available bioprosthetic valves and to test the efficacy of the α galactosidase enzyme in reducing the expression of these antigens. The ultimate goal is to optimize the biocompatibility of the valves and implement advanced strategies to extend their durability. Materials and Methods The study analyzed commercially available bioprosthetic valves, such as Avalus and Perceval, alongside native and decellularized myocardial tissues, which were used as controls to identify and quantify the xenoantigens αGal and Neu5Gc. Qualitative characterization was performed using immunofluorescence, a technique that allowed for the visualization of the presence and distribution of αGal in the examined tissues. Quantitative antigen analysis was carried out using the enzyme linked immunosorbent assay (ELISA), providing precise measurements of their expression in the different samples. The tissues were treated with increasing concentrations of the α-galactosidase enzyme to evaluate the treatment's effectiveness in reducing αGal expression. Two different doses were tested to investigate the dose-response relationship and determine the optimal conditions for maximizing the intervention’s efficacy. Results The analyses confirmed the significant presence of αGal and Neu5Gc in commercial valves, with differences observed between the examined models. Treatment with α-galactosidase effectively reduced αGal expression, particularly in Avalus samples, suggesting greater efficacy at higher doses. Decellularized tissues also exhibited reduced xenoantigen expression, though residual immunogenicity was still detectable. Conclusions The study highlights that xenoantigens remain present in commercially available bioprosthetic valves, contributing to their structural degeneration. Treatment with α-galactosidase represents a promising approach to reducing immunogenicity and enhancing the durability of bioprostheses. While the results are encouraging, further studies are needed to confirm efficacy on a larger scale and over the long term. These investigations will be critical to translating the findings into clinical applications, with significant potential implications for the treatment of valvular diseases.

Presupposti dello studio Le bioprotesi valvolari cardiache rappresentano una soluzione diffusa per il trattamento delle patologie valvolari. Tuttavia, la loro durabilità è limitata da processi di degenerazione strutturale, accelerati da risposte immunitarie croniche verso xenoantigeni, come αGal, Neu5Gc e SDa, presenti nei tessuti animali utilizzati per la loro fabbricazione. Questi fattori rappresentano una sfida clinica rilevante, rendendo necessaria l’ottimizzazione della biocompatibilità delle bioprotesi. Obiettivo dello studio Questo studio si propone di valutare la presenza degli xenoantigeni αGal e Neu5Gc nelle bioprotesi valvolari commercialmente in uso e di testare l’efficacia dell’enzima α-galattosidasi nel ridurre l’espressione di tali antigeni. L’obiettivo è ottimizzare la biocompatibilità delle valvole e implementare strategie avanzate per prolungarne la durata nel tempo. Materiali e metodi Lo studio ha analizzato le bioprotesi valvolari commercialmente disponibili, quali Avalus e Perceval, insieme a tessuti miocardici nativi e decellularizzati utilizzati come controlli per identificare e quantificare gli xenoantigeni αGal e Neu5GC. La caratterizzazione qualitativa è stata effettuata mediante immunofluorescenza, una tecnica che ha permesso di visualizzare la presenza e la distribuzione di αGal nei tessuti esaminati. La quantificazione degli antigeni è stata invece realizzata con il saggio immunoenzimatico ELISA, fornendo una misurazione precisa della loro espressione nei diversi campioni. I tessuti sono stati trattati con concentrazioni crescenti dell’enzima α-galattosidasi per valutare l’efficacia del trattamento nel ridurre l’espressione di αGal. Due diverse dosi sono state testate per indagare la relazione dose-risposta e identificare le condizioni ottimali per massimizzare l’efficacia dell’intervento. Risultati Le analisi hanno confermato la significativa presenza di αGal e Neu5Gc nelle valvole commerciali, con differenze tra i modelli esaminati. Il trattamento con α galattosidasi ha dimostrato una riduzione efficace dell’antigene αGal, particolarmente evidente nei campioni Avalus, suggerendo un’efficacia maggiore a dosi più elevate. Anche i tessuti decellularizzati hanno mostrato un’espressione ridotta degli xenoantigeni, pur mantenendo residui di immunogenicità. Conclusioni Lo studio evidenzia che gli xenoantigeni sono ancora presenti nelle valvole bioprostetiche in commercio, contribuendo alla loro degenerazione strutturale. Il trattamento con α-galattosidasi rappresenta un approccio promettente per ridurre l’immunogenicità e migliorare la durata delle bioprotesi. Sebbene i risultati siano incoraggianti, ulteriori studi sono necessari per confermare l’efficacia su larga scala e a lungo termine. Questi approfondimenti saranno cruciali per tradurre i risultati in applicazioni cliniche, con potenziali implicazioni significative per il trattamento delle malattie valvolari.

Ottimizzazione della biocompatibilità delle bioprotesi valvolari cardiache mediante rimozione degli xenoantigeni Alpha-Gal e Neu5Gc.

TALAMINI, BETTINA TESSA
2023/2024

Abstract

Background Bioprosthetic heart valves are a widely adopted solution for the treatment of valvular diseases. However, their durability is limited by structural degeneration processes, which are exacerbated by chronic immune responses to xenoantigens such as αGal Neu5Gc, and SDa, present in the animal tissues used for their manufacture. These factors pose a significant clinical challenge, underscoring the necessity to optimize the biocompatibility of bioprosthetic valves. Aim of the study This study aims to assess the presence of the xenoantigens αGal and Neu5Gc in commercially available bioprosthetic valves and to test the efficacy of the α galactosidase enzyme in reducing the expression of these antigens. The ultimate goal is to optimize the biocompatibility of the valves and implement advanced strategies to extend their durability. Materials and Methods The study analyzed commercially available bioprosthetic valves, such as Avalus and Perceval, alongside native and decellularized myocardial tissues, which were used as controls to identify and quantify the xenoantigens αGal and Neu5Gc. Qualitative characterization was performed using immunofluorescence, a technique that allowed for the visualization of the presence and distribution of αGal in the examined tissues. Quantitative antigen analysis was carried out using the enzyme linked immunosorbent assay (ELISA), providing precise measurements of their expression in the different samples. The tissues were treated with increasing concentrations of the α-galactosidase enzyme to evaluate the treatment's effectiveness in reducing αGal expression. Two different doses were tested to investigate the dose-response relationship and determine the optimal conditions for maximizing the intervention’s efficacy. Results The analyses confirmed the significant presence of αGal and Neu5Gc in commercial valves, with differences observed between the examined models. Treatment with α-galactosidase effectively reduced αGal expression, particularly in Avalus samples, suggesting greater efficacy at higher doses. Decellularized tissues also exhibited reduced xenoantigen expression, though residual immunogenicity was still detectable. Conclusions The study highlights that xenoantigens remain present in commercially available bioprosthetic valves, contributing to their structural degeneration. Treatment with α-galactosidase represents a promising approach to reducing immunogenicity and enhancing the durability of bioprostheses. While the results are encouraging, further studies are needed to confirm efficacy on a larger scale and over the long term. These investigations will be critical to translating the findings into clinical applications, with significant potential implications for the treatment of valvular diseases.
2023
Aiming to maximize biocompatibility of heart valve bioprosthesis by removing the xenoantigenes Alpha-Gal and Neu5Gc.
Presupposti dello studio Le bioprotesi valvolari cardiache rappresentano una soluzione diffusa per il trattamento delle patologie valvolari. Tuttavia, la loro durabilità è limitata da processi di degenerazione strutturale, accelerati da risposte immunitarie croniche verso xenoantigeni, come αGal, Neu5Gc e SDa, presenti nei tessuti animali utilizzati per la loro fabbricazione. Questi fattori rappresentano una sfida clinica rilevante, rendendo necessaria l’ottimizzazione della biocompatibilità delle bioprotesi. Obiettivo dello studio Questo studio si propone di valutare la presenza degli xenoantigeni αGal e Neu5Gc nelle bioprotesi valvolari commercialmente in uso e di testare l’efficacia dell’enzima α-galattosidasi nel ridurre l’espressione di tali antigeni. L’obiettivo è ottimizzare la biocompatibilità delle valvole e implementare strategie avanzate per prolungarne la durata nel tempo. Materiali e metodi Lo studio ha analizzato le bioprotesi valvolari commercialmente disponibili, quali Avalus e Perceval, insieme a tessuti miocardici nativi e decellularizzati utilizzati come controlli per identificare e quantificare gli xenoantigeni αGal e Neu5GC. La caratterizzazione qualitativa è stata effettuata mediante immunofluorescenza, una tecnica che ha permesso di visualizzare la presenza e la distribuzione di αGal nei tessuti esaminati. La quantificazione degli antigeni è stata invece realizzata con il saggio immunoenzimatico ELISA, fornendo una misurazione precisa della loro espressione nei diversi campioni. I tessuti sono stati trattati con concentrazioni crescenti dell’enzima α-galattosidasi per valutare l’efficacia del trattamento nel ridurre l’espressione di αGal. Due diverse dosi sono state testate per indagare la relazione dose-risposta e identificare le condizioni ottimali per massimizzare l’efficacia dell’intervento. Risultati Le analisi hanno confermato la significativa presenza di αGal e Neu5Gc nelle valvole commerciali, con differenze tra i modelli esaminati. Il trattamento con α galattosidasi ha dimostrato una riduzione efficace dell’antigene αGal, particolarmente evidente nei campioni Avalus, suggerendo un’efficacia maggiore a dosi più elevate. Anche i tessuti decellularizzati hanno mostrato un’espressione ridotta degli xenoantigeni, pur mantenendo residui di immunogenicità. Conclusioni Lo studio evidenzia che gli xenoantigeni sono ancora presenti nelle valvole bioprostetiche in commercio, contribuendo alla loro degenerazione strutturale. Il trattamento con α-galattosidasi rappresenta un approccio promettente per ridurre l’immunogenicità e migliorare la durata delle bioprotesi. Sebbene i risultati siano incoraggianti, ulteriori studi sono necessari per confermare l’efficacia su larga scala e a lungo termine. Questi approfondimenti saranno cruciali per tradurre i risultati in applicazioni cliniche, con potenziali implicazioni significative per il trattamento delle malattie valvolari.
bioprotesi valvolari
Alpha-Gal
Neu5Gc
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