Published October 10, 2018 | Version v1
Publication Open

Graphene Oxide-Gold Nanosheets Containing Chitosan Scaffold Improves Ventricular Contractility and Function After Implantation into Infarcted Heart

Creators

  • 1. St. Boniface Hospital
  • 2. University of Manitoba
  • 3. Cairo University
  • 4. University Malaya Medical Centre
  • 5. University of Malaya

Description

Abstract Abnormal conduction and improper electrical impulse propagation are common in heart after myocardial infarction (MI). The scar tissue is non-conductive therefore the electrical communication between adjacent cardiomyocytes is disrupted. In the current study, we synthesized and characterized a conductive biodegradable scaffold by incorporating graphene oxide gold nanosheets (GO-Au) into a clinically approved natural polymer chitosan (CS). Inclusion of GO-Au nanosheets in CS scaffold displayed two fold increase in electrical conductivity. The scaffold exhibited excellent porous architecture with desired swelling and controlled degradation properties. It also supported cell attachment and growth with no signs of discrete cytotoxicity. In a rat model of MI, in vivo as well as in isolated heart, the scaffold after 5 weeks of implantation showed a significant improvement in QRS interval which was associated with enhanced conduction velocity and contractility in the infarct zone by increasing connexin 43 levels. These results corroborate that implantation of novel conductive polymeric scaffold in the infarcted heart improved the cardiac contractility and restored ventricular function. Therefore, our approach may be useful in planning future strategies to construct clinically relevant conductive polymer patches for cardiac patients with conduction defects.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

التوصيل غير الطبيعي والانتشار غير السليم للنبضات الكهربائية شائعان في القلب بعد احتشاء عضلة القلب (MI). يكون النسيج الندبي غير موصل وبالتالي يتعطل الاتصال الكهربائي بين خلايا عضلة القلب المجاورة. في الدراسة الحالية، قمنا بتوليف وتمييز سقالة موصلة قابلة للتحلل الحيوي من خلال دمج صفائح النانو الذهبية لأكسيد الجرافين (GO - AU) في شيتوزان بوليمر طبيعي معتمد سريريًا (CS). أظهر تضمين صفائح النانو GO - AU في سقالة CS زيادة مضاعفة في التوصيل الكهربائي. أظهرت السقالة بنية مسامية ممتازة مع التورم المطلوب وخصائص التدهور المتحكم فيها. كما أنه يدعم ارتباط الخلايا ونموها مع عدم وجود علامات على السمية الخلوية المنفصلة. في نموذج الفئران من MI، في الجسم الحي وكذلك في القلب المعزول، أظهرت السقالة بعد 5 أسابيع من الزرع تحسنًا كبيرًا في فاصل QRS الذي ارتبط بسرعة التوصيل المحسنة والانقباض في منطقة الاحتشاء عن طريق زيادة مستويات CONNEXIN 43. تؤكد هذه النتائج أن زرع سقالة بوليمرية موصلة جديدة في القلب المحترق أدى إلى تحسين انقباض القلب واستعادة وظيفة البطين. لذلك، قد يكون نهجنا مفيدًا في تخطيط الاستراتيجيات المستقبلية لبناء بقع البوليمر الموصلة ذات الصلة سريريًا لمرضى القلب الذين يعانون من عيوب التوصيل.

Translated Description (French)

Résumé Une conduction anormale et une propagation inappropriée des impulsions électriques sont courantes dans le cœur après un infarctus du myocarde (IM). Le tissu cicatriciel est non conducteur, donc la communication électrique entre les cardiomyocytes adjacents est perturbée. Dans la présente étude, nous avons synthétisé et caractérisé un échafaudage biodégradable conducteur en incorporant des nanofeuilles d'oxyde de graphène-or (GO-Au) dans un chitosane polymère naturel (CS) cliniquement approuvé. L'inclusion de nanosheets GO-Au dans l'échafaudage CS a montré une augmentation de deux fois de la conductivité électrique. L'échafaudage présentait une excellente architecture poreuse avec le gonflement souhaité et des propriétés de dégradation contrôlées. Il a également soutenu l'attachement et la croissance des cellules sans aucun signe de cytotoxicité discrète. Dans un modèle d'IM chez le rat, in vivo ainsi que dans le cœur isolé, l'échafaudage après 5 semaines d'implantation a montré une amélioration significative de l'intervalle QRS qui était associée à une augmentation de la vitesse de conduction et de la contractilité dans la zone d'infarctus en augmentant les niveaux de connexine 43. Ces résultats corroborent le fait que l'implantation d'un nouvel échafaudage polymère conducteur dans le cœur infarci a amélioré la contractilité cardiaque et restauré la fonction ventriculaire. Par conséquent, notre approche peut être utile dans la planification de stratégies futures pour construire des patchs en polymère conducteur cliniquement pertinents pour les patients cardiaques présentant des défauts de conduction.

Translated Description (Spanish)

Resumen La conducción anormal y la propagación inadecuada del impulso eléctrico son comunes en el corazón después del infarto de miocardio (IM). El tejido cicatricial no es conductor, por lo tanto, se interrumpe la comunicación eléctrica entre los cardiomiocitos adyacentes. En el estudio actual, sintetizamos y caracterizamos un andamio biodegradable conductor mediante la incorporación de nanohojas de oro de óxido de grafeno (GO-Au) en un polímero natural de quitosano (CS) clínicamente aprobado. La inclusión de nanohojas de GO-Au en el andamio CS mostró un aumento de dos veces en la conductividad eléctrica. El andamio exhibió una excelente arquitectura porosa con propiedades de hinchamiento y degradación controlada deseadas. También apoyó la unión y el crecimiento celular sin signos de citotoxicidad discreta. En un modelo de IM en ratas, tanto in vivo como en corazón aislado, el andamio después de 5 semanas de implantación mostró una mejora significativa en el intervalo QRS que se asoció con una mayor velocidad de conducción y contractilidad en la zona de infarto al aumentar los niveles de conexina 43. Estos resultados corroboran que la implantación de un nuevo andamio polimérico conductor en el corazón infartado mejoró la contractilidad cardíaca y restauró la función ventricular. Por lo tanto, nuestro enfoque puede ser útil para planificar estrategias futuras para construir parches poliméricos conductores clínicamente relevantes para pacientes cardíacos con defectos de conducción.

Files

s41598-018-33144-0.pdf.pdf

Files (4.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dd23be1b4419e2551a36192414e7436a
4.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أكسيد الجرافين - الصفائح النانوية الذهبية التي تحتوي على سقالة الكيتوزان تحسن الانقباض البطيني والوظيفة بعد الزرع في القلب المحترق
Translated title (French)
Les nanofiches d'oxyde de graphène-or contenant un échafaudage de chitosane améliorent la contractilité et la fonction ventriculaires après l'implantation dans le cœur infarci
Translated title (Spanish)
Las nanohojas de óxido de grafeno y oro que contienen un andamio de quitosano mejoran la contractilidad ventricular y la función después de la implantación en el corazón infartado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2895164468
DOI
10.1038/s41598-018-33144-0

Is supplement to
https://openalex.org/W4321350921 (Other)
https://openalex.org/W3109122827 (Other)
https://openalex.org/W3017630690 (Other)
https://openalex.org/W2120330316 (Other)
https://openalex.org/W2096303359 (Other)
https://openalex.org/W2091700539 (Other)
https://openalex.org/W2089583175 (Other)
https://openalex.org/W2038088471 (Other)
https://openalex.org/W2010343663 (Other)
https://openalex.org/W1915386939 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1012521920
  • https://openalex.org/W155182420
  • https://openalex.org/W1937519362
  • https://openalex.org/W1958804779
  • https://openalex.org/W1972470349
  • https://openalex.org/W1973846948
  • https://openalex.org/W1983555611
  • https://openalex.org/W1984685797
  • https://openalex.org/W1987087659
  • https://openalex.org/W1995090980
  • https://openalex.org/W2001718347
  • https://openalex.org/W2016814255
  • https://openalex.org/W2021883893
  • https://openalex.org/W2022715448
  • https://openalex.org/W2022729648
  • https://openalex.org/W2034776594
  • https://openalex.org/W2045593207
  • https://openalex.org/W2048078392
  • https://openalex.org/W2060953325
  • https://openalex.org/W2062019184
  • https://openalex.org/W2062164427
  • https://openalex.org/W2065877948
  • https://openalex.org/W2069908372
  • https://openalex.org/W2081705366
  • https://openalex.org/W2084265884
  • https://openalex.org/W2101601223
  • https://openalex.org/W2113243331
  • https://openalex.org/W2134982681
  • https://openalex.org/W2148096101
  • https://openalex.org/W2168075243
  • https://openalex.org/W2170878951
  • https://openalex.org/W2233315590
  • https://openalex.org/W2252287206
  • https://openalex.org/W2280388492
  • https://openalex.org/W2289199012
  • https://openalex.org/W2316545625
  • https://openalex.org/W2323309508
  • https://openalex.org/W2326621143
  • https://openalex.org/W2337755184
  • https://openalex.org/W2338667792
  • https://openalex.org/W2397989040
  • https://openalex.org/W2400716527
  • https://openalex.org/W2409274337
  • https://openalex.org/W2545956163
  • https://openalex.org/W2550036954
  • https://openalex.org/W2554080493
  • https://openalex.org/W2578919874
  • https://openalex.org/W2600351151
  • https://openalex.org/W2676778109
  • https://openalex.org/W28081841
  • https://openalex.org/W893852303