Biochemical and histological evidence of deteriorated bioprosthetic valve leaflets: the accumulation of fibrinogen and plasminogen

Abstract

Calcification of bioprosthetic valves (BVs) implanted in aortic position can result in gradual deterioration and necessitate aortic valve replacement. The molecular mechanism of calcium deposition on BV leaflets has been investigated, but remains to be fully elucidated. The present study aimed to identify explanted bioprosthetic valve (eBV)-specific proteins using a proteomics approach and to unveil their biochemical and histological involvements in calcium deposition on BV leaflets. Calcification, fibrosis, and glycosylation of the valves were histologically assessed using Von Kossa, Masson's Trichrome and Alcian Blue staining, as well as immunostaining. Protein expression in the explanted biological valves was analysed using proteomics and western blotting. In a histological evaluation, αSMA-positive myofibroblasts were not observed in eBV, whereas severe fibrosis occurred around calcified areas. SDS-PAGE revealed three major bands with considerably increased intensity in BV leaflets that were identified as plasminogen and fibrinogen gamma chain (100 kDa), and fibrinogen beta chain (50 and 37 kDa) by mass analysis. Immunohistochemistry showed that fibrinogen β-chain was distributed throughout the valve tissue. On the contrary, plasminogen was strongly stained in CD68-positive macrophages, as evidenced by immunofluorescence. The results suggest that two important blood coagulation-related proteins, plasminogen and fibrinogen, might affect the progression of BV degeneration.

Glycation and Serum Albumin Infiltration Contribute to the Structural Degeneration of Bioprosthetic Heart Valves

“…This study is the first description of the involvement of glycation in the degeneration of BHVs. Similarly, while infiltration of circulating proteins on or in clinical 23,[41][42][43] and in vivo 44,45 implanted BHV tissue has been reported, this work is the first to establish the relevance of glycation and serum albumin infiltration-as well as interactions between them-in BHVs. More importantly, we report that glycation and human-derived serum albumin negatively impact BHV performance.…”

Modern understanding of mechanisms of bioprosthetic valve structural degeneration: a literature review

“…Например, фиброзное утолщение створок клапана аорты предшествует его минерализации и стенозированию [20]. Примечательно, что фиброзирование створок наблюдается и в биопротезах, однако лежащие в основе этого процесса механизмы отличаются от таковых, действующих в нативных тканях [34]. Показано, что в створках ГА-обработанных биопротезов отсутствуют миофибробласты, которые продуцируют коллаген и отвечают за накопление фиброзной ткани при склеротическом поражении нативных клапанов.…”

“…Показано, что в створках ГА-обработанных биопротезов отсутствуют миофибробласты, которые продуцируют коллаген и отвечают за накопление фиброзной ткани при склеротическом поражении нативных клапанов. При этом фиброз связан с депонированием фибриногена из плазмы крови [34]. В том же исследовании [34] авторы демонстрируют присутствие в тканях биопротеза плазминогена, выделяемого макрофагами и, вероятно, являющегося одним из факторов воспалительной реакции.…”

“…При этом фиброз связан с депонированием фибриногена из плазмы крови [34]. В том же исследовании [34] авторы демонстрируют присутствие в тканях биопротеза плазминогена, выделяемого макрофагами и, вероятно, являющегося одним из факторов воспалительной реакции.…”

“…Так, активированные тромбоциты выделяют различные факторы, включая IL-1, PDGF, TGF-β1 и лейкотриен B4, которые служат хемоаттрактантами для моноцитов [28]. Поскольку в ткани биопротеза депонируется фибриноген, при переходе в фибрин он может провоцировать постоянное образование небольших тромбов на створках клапана [34]. Этот процесс, вероятно, способствует миграции иммунных клеток и развитию воспаления.…”