On the manufacturing of Silkothane vascular grafts via separate-solution electrospinning and characterization of peripheral vessels

In the context of vascular accesses for hemodialysis, the most common alternative to arteriovenous fistula is represented by synthetic grafts that, despite being suitable for early cannulation, often undergo failure due to neointimal hyperplasia caused by the compliance mismatch between blood vessels and the prothesis. Within the innovative scenario of in situ tissue engineering, an advanced material composed by a blend of silk fibroin and medical-grade polyurethane has been developed, aiming at manufacturing electrospun semi-degradable hybrid grafts usable as vascular accesses. Potentialities relate to the tailoring of mechanical properties acting on the fibroin/polyurethane ratio, yet quality and reproducibility of these fibrous meshes are limited by the instability of the solution and the adopted process. The current work focused on enhancing morphological and mechanical features of such grafts by means of a new industrially sustainable electrospinning method, based on a separate-solution approach. Grafts manufactured via the new method have been characterized from morphological and mechanical point of view, highlighting improvements obtained with respect to the standard blending approach. Moreover, given the paucity of data about peripheral vessels’ properties, a pilot study has been performed on vessels commonly used to create an arteriovenous fistula (radial/brachial arteries, basilic/cephalic veins). The adopted ultrasound technology allowed to derive a mechanical index about vessels’ distensibility in a non-invasive way, to be compared to that of arteriovenous grafts in a future patient-specific scenario.

Nel contesto di accessi vascolari per emodialisi, l’alternativa più comune alla fistola arterovenosa è rappresentata dai graft sintetici che, sebbene adatti ad incannulazione precoce, sono spesso soggetti ad iperplasia intimale causata dalla discrepanza tra la compliance dei vasi nativi e della protesi. Nello scenario innovativo dell’ingegneria tissutale in situ, è stato sviluppato un materiale avanzato composto da una miscela di fibroina della seta e di poliuretano biomedicale, con l’obiettivo di produrre per elettrospinning un graft ibrido semi-biodegradabile utilizzabile come accesso vascolare. Le potenzialità risiedono nella modulabilità delle proprietà meccaniche variando il rapporto tra fibroina e poliuretano. Tuttavia, la qualità e la riproducibilità delle mesh fibrose sono limitate dall’instabilità della soluzione e del processo adottato. Il seguente lavoro si propone di migliorare la morfologia e la risposta meccanica di tali graft attraverso un nuovo metodo di elettrofilatura a soluzioni separate dei due materiali, sostenibile a livello industriale. I graft prodotti con il nuovo approccio sono stati caratterizzati a livello morfologico e meccanico, evidenziando le migliorie ottenute rispetto al metodo standard. Data inoltre la scarsità di informazioni sulle proprietà dei vasi sanguigni periferici, è stato condotto uno studio pilota sui vasi comunemente usati per il confezionamento di fistola arterovenosa (arterie radiale/brachiale, vene basilica/cefalica). La tecnologia ad ultrasuoni utilizzata ha permesso di ricavare in modo non-invasivo un indice di distensibilità dei vasi da confrontare con quello dei graft in vista di applicazioni paziente-specifico.