실험적 대동맥 판막 시술 및 새로운 의료 기기의 유체역학 테스트를 위한 생체 외 돼지 모델
Summary
유체역학적 특성을 테스트하기 위해 펄스 복사기에 돼지 대동맥 판막을 장착하는 방법을 제시합니다. 이 방법은 대형 동물 모델에 사용하기 전에 실험 절차 또는 새로운 의료 기기를 적용한 후 유체 역학의 변화를 결정하는 데 사용할 수 있습니다.
Abstract
동물 모델에 사용하기 전에 새로운 심장 시술 및 조사 의료 기기를 테스트할 수 있는 옵션은 제한적입니다. 이 연구에서는 돼지 대동맥 판막을 펄스 복사기에 장착하여 유체역학적 특성을 평가하는 방법을 제시합니다. 그런 다음 조사 중인 절차가 수행되거나 조사 의료 기기가 적용되기 전과 후에 이러한 특성을 평가할 수 있습니다. 유입 세그먼트를 확보하는 것은 좌심실 유출로에 원주 심근이 없기 때문에 약간의 어려움이 있습니다. 이 방법은 승모판막의 전방 전단을 사용하여 유입 세그먼트를 고정한 다음 유입 고정 장치 주변의 좌심실 자유 벽을 봉합하여 이러한 문제를 해결합니다. 유출 분절은 대동맥궁의 상부 측면의 절개부에 고정구를 삽입하기만 하면 고정됩니다. 우리는 표본이 조직 고정 전과 후에 유체역학적 특성이 크게 다르다는 것을 발견했습니다. 이 발견은 우리가 시험에 새로운 표본을 사용하도록 유도했으며 이 방법을 사용할 때 고려해야 합니다. 본 연구에서는 이 방법을 사용하여 장착된 돼지 대동맥 판막에 대동맥 판막 신첨화 절차(Ozaki procedure)를 수행하여 판막 위치에서 사용할 새로운 심장 내 패치 재료를 테스트했습니다. 이 밸브는 기본 밸브와 비교하여 유체역학적 특성의 변화를 평가하기 위해 절차 전후에 테스트되었습니다. 여기에서 우리는 실험적 대동맥 판막 절차의 유체역학 테스트를 위한 플랫폼을 보고하며, 이를 통해 기본 판막과 비교하고 조사 중인 절차에 사용되는 다양한 장치 및 기술 간에 비교할 수 있습니다.
Introduction
대동맥 판막 질환은 공중 보건에 상당한 부담을 주며, 특히 대동맥 협착증은 전 세계적으로 900만 명이 앓고 있습니다1. 이 질병을 해결하기 위한 전략은 현재 진화하고 있으며 대동맥 판막 복원 및 대동맥 판막 교체를 포함합니다. 특히 소아 인구의 경우, 현재 사용 가능한 보철물은 구조적 판막 변성(SVD)이 발생하기 쉽고 성장에 강하지 않아 환자가 성장함에 따라 재수술을 위해 재수술이 필요하기 때문에 판막을 교체하는 것보다 수리하는 것에 대한 상당한 인센티브가 있습니다. 병든 대동맥 판막(AV)을 천연 폐 판막(PV)으로 대체하는 Ross 시술조차도 SVD가 적용되고 종종 성장 내성이 제한되는 폐 위치에 보철물 또는 이식편이 필요합니다2. 대동맥 판막 질환에 대한 새로운 접근법이 개발되고 있으며, 대형 동물 모델에 적용하기 전에 생물학적으로 관련된 맥락에서 테스트할 필요가 있습니다.
당사는 새로운 의료 기기의 조사 절차 또는 적용 전후의 판막 기능에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 돼지 AV 테스트 방법을 개발했습니다. 시중에서 판매되는 펄스 복사기에 Porcine AV를 장착하여 역류 분율(RF), 유효 오리피스 면적(EOA) 및 평균 양압차(PPD)3,4를 포함하여 판막 보철물의 조사 및 최종 승인에 일반적으로 사용되는 유체역학적 특성을 비교할 수 있습니다. 그런 다음 중재는 대형 동물 모델에서 사용하기 전에 생물학적으로 관련된 맥락에서 미세 조정될 수 있으므로 인간에게 사용할 수 있는 절차 또는 보철물을 생산하는 데 필요한 동물의 수를 제한할 수 있습니다. 이 실험에 사용된 심장은 지역 도살장이나 다른 실험의 폐기물 조직에서 얻을 수 있으므로 이 실험의 목적만을 위해 동물을 희생할 필요는 없습니다.
우리의 작업에서 우리는 이 방법을 사용하여 밸브 수리 및 교체를 위한 새로운 패치 재료를 개발했습니다. 돼지 AV에 대해 대동맥 판막 신생 첨판 시술(오자키 시술 5,6,7)을 수행하고 시술 전후에 펄스 복사기에서 테스트하여 다양한 패치 재료의 유체역학적 기능을 테스트했습니다. 이를 통해 유체역학적 성능을 기반으로 재료를 미세 조정할 수 있었습니다. 따라서 이 방법은 대형 동물 모델에 적용하기 전에 AV에 사용하기 위한 실험 절차 및 새로운 의료 기기의 유체역학 테스트를 위한 플랫폼을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 제시된 방법은 실험 절차 또는 새로운 의료 기기의 효과를 조사하기 위해 AV의 유체역학적 테스트를 위한 플랫폼을 제공합니다. 펄스 복사기에 천연 대동맥 판막을 장착하여 새로운 판막 보철물(ISO 5840)의 조사 및 승인에 사용되는 모든 유체역학적 매개변수에 대한 실험 절차의 효과를 확인할 수 있습니다. 이는 대형 동물 모델에 사용하기 전에 절차와 보철물을 미세 조정할 수 있는 기회를…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
줄리 반 하셀(Julie Van Hassel), 모하메드 다이앤(Mohamed Diane), 판판 첸(Panpan Chen)을 포함한 Gordana Vunjak-Novakovic 박사의 연구실에서 실험에서 나온 심장 폐기물 조직을 사용할 수 있게 해주신 것에 감사드립니다. 이 연구는 뉴저지주 버틀러에 있는 선천성 심장 결함 연합(Congenital Heart Defect Coalition)과 메릴랜드주 베데스다에 있는 국립보건원(National Institutes of Health)의 지원을 받았습니다(5T32HL007854-27).
Materials
| 3D Printer | Ultimaker | Ultimaker S5 | Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing |
| Crile-Wood Needle Driver | Emerald Instruments | 2.0638.15 | Used for suturing ventricle |
| Debakey Forceps | Jarit | 320-110 | Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant) |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs Inc. | DSP-MD.43 | Used for fixed tissue storage |
| Formalin 10% | Epredia | 5701 | Used for tissue fixation |
| Gerald Forceps | Jarit | 285-126 | Used for dissection and sample preparation |
| Glass jars | QAPPDA | B07QCP54Z3 | Used for tissue storage |
| Glutaraldehyde 25% | Electron Microscopy Sciences | 16400 | Used for tissue fixation |
| HEPES 1 M buffer solution | Fisher | BP299-100 | Used to make glutaraldehyde 0.6% |
| Mayo Scissors | Jarit | 099-200 | Used for cutting suture |
| Metzenbaum Scissors | Jarit | 099-262 | Used for dissection and sample preparation |
| O-ring | Sterling Seal & Supply Inc. | AS568-117 | Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures |
| Polylactic acid resin | Ultimaker | 1609 | Used for 3D printing fixtures |
| Polyproplene suture | Covidien | VP-762-X | Used for suturing ventricle, tapered needle |
| Pulse Duplicator | BDC Laboratories | HDTi-6000 | Used for hydrodynamic testing |
| Silk ties | Covidien | S-193 | Used for ligating coronary arteries |
| Tonsil Clamp | Aesculap | BH957R | Used for coronary artery dissection |
| Zip ties (6 inch) | Advanced Cable Ties, Inc. | AL-06-18-9-C | Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide |
| Zip ties (8 inch) | GTSE | GTSE-20025B.1000 | Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide |
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