実験的大動脈弁処置および新規医療機器の流体力学的試験のための ex vivo 豚モデル
Summary
ブタ大動脈弁をパルスデュプリケーターに取り付けて、その流体力学的特性をテストする方法を紹介します。この方法は、大型動物モデルで使用する前に、実験手順または新しい医療機器を適用した後の流体力学の変化を決定するために使用できます。
Abstract
動物モデルで使用する前に、新しい心臓手術や治験医療機器をテストするための選択肢は限られています。本研究では、ブタ大動脈弁をパルスデュプリケーターに取り付け、その流体力学的特性を評価する方法を提示する。これらの特性は、調査中の手順が実行される前と後に評価され、および/または調査医療機器が適用される前に評価できます。流入セグメントの固定は、左心室流出路に円周方向心筋がないため、いくらか困難を呈する。この方法は、僧帽弁の前尖を使用して流入セグメントを固定し、流入固定具の周囲に左心室の自由壁を縫合することで、この問題に対処します。流出セグメントは、大動脈弓の上側の切開部にフィクスチャーを挿入するだけで固定されます。その結果、標本は組織固定前後で流体力学的特性が大きく異なることがわかった。この発見により、試験では新鮮な試験片を使用することになり、この方法を使用する際には考慮する必要があります。本研究では、この方法を用いて、装着されたブタ大動脈弁に大動脈弁の新尖弁形成術(尾崎法)を行うことにより、弁膜位置で使用するための新しい心臓内パッチ材料を試験しました。これらのバルブは、ネイティブバルブと比較して流体力学的特性の変化を評価するために、手順の前後にテストされました。ここでは、実験的な大動脈弁手順の流体力学的テストのためのプラットフォームを報告します ネイティブ弁との比較、および調査中の手順に使用されるさまざまなデバイスと技術間の比較を可能にします。
Introduction
大動脈弁疾患、特に大動脈弁狭窄症は公衆衛生上の大きな負担であり、世界中で900万人が罹患しています1。この疾患に対処するための戦略は現在進化しており、大動脈弁修復術や大動脈弁置換術などがあります。特に小児集団では、現在利用可能なプロテーゼは構造弁変性(SVD)を起こしやすく、成長耐性がなく、患者の成長に合わせて再置換のための再手術が必要になるため、弁を交換するのではなく修復する大きなインセンティブがあります。罹患した大動脈弁(AV)を生来の肺動脈弁(PV)に置き換えるロス手術でさえ、肺の位置にプロテーゼまたは移植片を必要としますが、これもSVDの対象となり、多くの場合、成長耐性が制限されます2。大動脈弁疾患に対する新しいアプローチが開発されており、大動物モデルに適用する前に、生物学的に関連性のある状況でテストする必要があります。
私たちは、新しい医療機器の治験手順または適用の前後の弁の機能に関する洞察を提供できるブタAVをテストする方法を開発しました。市販のパルス複写機にブタAVを搭載することで、逆流率(RF)、有効オリフィス面積(EOA)、平均陽圧差(PPD)など、人工弁の調査と最終的な承認に一般的に使用される流体力学的特性を比較することができます3,4.この介入は、大型動物モデルで使用する前に、生物学的に関連する状況で微調整できるため、ヒトで使用できる手順やプロテーゼを作成するために必要な動物の数を制限することができます。この実験に用いた心臓は、地元の屠殺場や他の実験で出た廃組織から採取することができるので、この実験のためだけに動物を生贄に捧げる必要はない。
私たちの研究では、この方法を使用して、バルブの修理と交換のための新しいパッチ材料を開発しました。ブタAVに大動脈弁新尖化術(尾崎法5,6,7)を行い、施術前後にパルスデュプリケーターで試験することにより、様々なパッチ材料の流体力学的機能を検証した。これにより、流体力学的性能に基づいて材料を微調整することができました。したがって、この方法は、大型動物モデルに適用する前にAVで使用するための実験手順と新しい医療機器の流体力学的試験のためのプラットフォームを提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで紹介する方法は、実験手順や新しい医療機器の効果を調べるために、AVの流体力学的試験のためのプラットフォームを提供します。ネイティブ大動脈弁をパルスデュプリケーターマシンに取り付けることで、新しい人工弁(ISO 5840)の調査と承認に使用されるすべての流体力学的パラメータに対する実験手順の効果を判断することができます。これにより、大型動物モデルで使用する前に?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Julie Van Hassel氏、Mohamed Diane氏、Panpan Chen氏を含むGordana Vunjak-Novakovic博士の研究室には、実験で得られた心尿組織の使用を許可していただき、感謝いたします。この研究は、ニュージャージー州バトラーの先天性心疾患連合とメリーランド州ベセスダの国立衛生研究所(5T32HL007854-27)の支援を受けました。
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 |
Referenzen
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