Characterization of Decellularized Human Pericardium for Tissue Engineering and Regenerative Medicine Applications / Caracterização do Pericárdio Humano Descelularizado para Engenharia de Tecidos e Aplicações de Medicina Regenerativa

Abstract Background: Pericardium tissue allograft can be used for surgical repair in several procedures. One of the tissue engineering strategies is the process of decellularization. This process decreases immunogenic response, but it may modify the natural extracellular matrix composition and behavior. Objective: The aim of this study was to evaluate the effectiveness of cell removal, maintenance of extracellular matrix properties and mechanical integrity of decellularized human pericardium using a low concentration solution of sodium dodecyl sulfate. Methods: Decellularization was performed with sodium dodecyl sulfate and ethylenediaminetetraacetic acid. Histological analysis, DNA quantification, evaluation of glycosaminoglycans and collagen were performed. Biomechanical assay was performed using tensile test to compare the decellularization effects on tissue properties of tensile strength, elongation and elastic modulus. P < 0.05 was considered significant. Results: There was reduction in visible nuclei present in pericardium tissue after decellularization, but it retained collagen and elastin bundles similar to fresh pericardium. The DNA contents of the decellularized pericardium were significantly reduced to less than 511.23 ± 120.4 ng per mg of dry weight (p < 0.001). The biomechanical assay showed no significant difference for fresh or decellularized tissue. Conclusion: The decellularization process reduces cell content as well as extracellular matrix components without changing its biomechanical properties.

Resumo Fundameto: O enxerto de pericárdio pode ser usado em muitos procedimentos de correção cirúrgica. Uma das estratégias da engenharia tecidual é o processo de descelularização. No entanto, embora esse processo diminua a resposta imunogênica, a descelularização pode modificar tanto o comportamento como a composição da matriz extracelular natural. Objetivos: Avaliar a eficácia da descelularização usando baixa concentração de dodecil sulfato de sódio na remoção celular, na manutenção das propriedades da matriz extracelular e na integridade mecânica do pericárdio humano descelularizado. Métodos: A descelularização foi realizada com dodecil sulfato de sódio e ácido etilenodiamino tetra-acético. Foi realizada análise histológica, quantificação de DNA, e avaliação de glicosaminoglicanos e colágeno. O estudo biomecânico foi conduzido pelo teste de tração para comparar os efeitos da descelularização sobre as propriedades teciduais de resistência à tração, alongamento e módulo de elasticidade. Foi considerado um valor de p < 0,05 como estatisticamente significativo. Resultados: Observou-se uma redução na quantidade de núcleos presentes no pericárdio após a descelularização, apesar de manter quantidades similares de feixes de elastina e de colágeno. As concentrações de DNA do pericárdio descelularizado foram significativamente reduzidas para menos que 511,23 ± 120,4 ng por mg de peso seco (p < 0,001). O teste biomecânico não apontou diferenças entre os tecidos fresco e descelularizado. Conclusão: A descelularização reduziu a concentração de células bem como os componentes da matriz extracelular sem afetar suas propriedades biomecânicas.

Aspectos biométricos y morfológicos del pericardio fibroso y diafragma en el hombre / Biometric and morphological charachteristics of the fibrous pericardium and the diaphragm in man

El pericardio es una membrana fibro-serosa que envuelve al corazón y a la porción yuxtacardíaca de los grandes vasos. Realizamos un estudio del pericardio y del diafragma, registrando sus dimensiones, sus relaciones, así como también, establecer el tipo de conexiones existente entre ambas estructuras. Fueron disecadas 142 regiones mediastínicas de cadáveres sin fijación o con fijación en formaldehído al 10 por ciento, brasileños, adultos, de ambos sexos, de edades comprendidas entre los 18 y 70 años, fallecidos de diferentes causas. Para el estudio histológico, del conjunto pericardio y diafragma fueron retirados cinco fragmentos de diferentes regiones: anterior próxima al esternón (región 1), lateral izquierda próxima al ápice del corazón (región 2), posterior (región 3), lateral derecha próxima al paso de la vena cava inferior (región 4) y central (región 5). El promedio de los diámetros latero-lateral y antero-posterior del pericardio fueron de 103,3 +/- 6,7 y 66,0 +/- 2,3 mm, respectivamente y del diafragma de 309,4 +/- 27,4 y 152,5 +/- 24,9 mm, respectivamente. El área del diafragma fue en promedio de 37. 260 +/- 2.324 mm2. El área de la base del pericardio sobre el diafragma fue de 6.042 +/- 367 mm2. El espesor del diafragma fue en promedio: parte derecha, 2,42 +/- 0,34 mm; parte izquierda, 2,38 +/- 0,71 mm y la parte anterior, 2,52 +/- 0,66 mm. El promedio del espesor del pericardio separado del diafragma fue de 0,26 +/- 0,02 mm. En la región 2 ambas estructuras fueron separadas con facilidad en 47,2 mm; en la región 5 ambas estructuras se encuentran fusionadas. Los resultados obtenidos en este trabajo complementarán los conocimientos morfológicos sobre el pericardio fibroso y sus relaciones con el diafragma.

The pericardium is a fibrous and serous membrane that surround the heart and the juxta- cardiac portion of the great vessels. We studied the pericardium and diaphragm and we recorded different measurements, relations and connection between both. We dissected 142 mediastinal regions from 10 percent formaldehyde ¡ fixed or fresh individual cadavers, Brazilian adults, of both sexes, from 18-70 years of age. For the histology study from both structures were sectioned five fragments of different regions: anterior, next to sternum (region 1), left lateral, next to heart apex (region 2), posterior (region 3), right lateral, next to course of inferior vena cava (region 4) and central(region 5). The average of transversal and anterior-posterior diameters of pericardium were 103.3 +/- 6.7 mm and 66.0 +/- 2.3 mm, respectively; the same diameters of diaphragm were 309.4 +/- 27.4 mm and 152.5 +/- 24.9 mm, respectively. The diaphragm area was 37,260 +/- 2,324 mm² and the area of pericardium base over the diaphragm was 6,042 +/- 367 mm² . The thickness of diaphragm was 2.42 +/- 0.34 mm in right part, 2.38 +/- 0.71 mm in left part and 2.52 +/- 0.66 mm in anterior part. The thickness of pericardium was 0.26 +/- 0.02 mm. In region 2 both structures were easily separated in 47.2 mm; in the region 4 both structures are fused. The results of this study will complement the morphologic knowledges about fibrous pericardium and its relationships with the diaphragm.