Assessment of the Anti-Thrombogenic Activity of Polyurethane Starch Composites

Abstract

The increasing morbidity and mortality of patients due to post-surgery complications of coronary artery bypass grafts (CABPG) are related to blood–material interactions. Thus, the characterization of the thrombogenicity of the biomaterial for cardiovascular devices is of particular interest. This research evaluated the anti-thrombogenic activity of polyurethanes–starch composites. We previously synthesized polyurethane matrices that were obtained from polycaprolactone diol (PCL), polyethylene glycol (PEG), pentaerythritol (PE), and isophorone diisocyanate (IPDI). In addition, potato starch (AL-N) and zwitterionic starch (AL-Z) were added as fillers. The anti-thrombogenic property was characterized by the clot formation time, platelet adhesion, protein absorption, TAT complex levels, and hemolysis. Additionally, we evaluated the cell viability of the endothelial and smooth muscle cells. Statically significant differences among the polyurethane matrices (P1, P2, and P3) were found for protein absorption and the blood clotting time without fillers. The polyurethanes composites with AL-Z presented an improvement in the anti-thrombogenic property. On the other hand, the composites with AL-Z reduced the viability of the endothelial cells and did not significantly affect the AoSCM (except for P1, which increased). These results classify these biomaterials as inert; therefore, they can be used for cardiovascular applications.

La creciente morbilidad y mortalidad de los pacientes debido a las complicaciones posquirúrgicas de los injertos de derivación de arteria coronaria (CABPG) están relacionadas con las interacciones sangre-material. Por tanto, la caracterización de la trombogenicidad del biomaterial para dispositivos cardiovasculares es de particular interés. Esta investigación evaluó la actividad antitrombogénica de los compuestos de poliuretano y almidón. Anteriormente sintetizamos matrices de poliuretano que se obtuvieron a partir de policaprolactona diol (PCL), polietilenglicol (PEG), pentaeritritol (PE) y diisocianato de isoforona (IPDI). Además, se añadieron como cargas almidón de patata (AL-N) y almidón zwitteriónico (AL-Z). La propiedad antitrombogénica se caracterizó por el tiempo de formación del coágulo, la adhesión plaquetaria, la absorción de proteínas, los niveles del complejo TAT y la hemólisis. Además, evaluamos la viabilidad celular de las células endoteliales y del músculo liso. Se encontraron diferencias estáticamente significativas entre las matrices de poliuretano (P1, P2 y P3) para la absorción de proteínas y el tiempo de coagulación de la sangre sin rellenos. Los composites de poliuretano con AL-Z presentaron una mejora en la propiedad antitrombogénica. Por otro lado, los composites con AL-Z redujeron la viabilidad de las células endoteliales y no afectaron significativamente la AoSCM (excepto P1, que aumentó). Estos resultados clasifican a estos biomateriales como inertes; por lo tanto, pueden usarse para aplicaciones cardiovasculares.