私たちの目標は、内皮細胞の捕捉のための強磁性体のステントを設計、製造、テストしました。十ステントは、骨折のために試験し、10以上のステント保持磁力を試験しました。最後に、10のステントは、 インビトロで試験したところ、8複数のステントは、細胞捕獲および保持を示すために、4匹のブタに移 植しました。
心血管ステントの急速な内皮化は、ステント血栓症を低減し、出血のリスクを減らすことができる抗血小板療法を回避するために必要とされます。超常磁性酸化鉄ナノ粒子(SPION)で標識された内皮細胞の伸長(EOC)を取得し、保持するために磁力を使用することの実現可能性は、以前に示されています。しかし、この技術は、迅速な内皮化を証明するために、in vitroおよびin vivo試験に続いて、磁性および生体適合性の材料から機械的に機能的なステントの開発が必要です。我々は、コンピュータ支援設計(CAD)を使用して、2205二相ステンレス鋼から弱い強磁性ステントを開発し、その設計は、さらに、有限要素解析(FEA)を用いて精製しました。ステントの最終的な設計は、機械的圧着し、拡張中に材料の破壊限界以下の主ひずみを示しました。百ステントを作製し、それらのサブセットは、機械的試験のために使用した、RETained磁場測定、 インビトロ細胞取り込み研究及びインビボ移植実験。十ステントは、それらが故障せずに圧着し、膨張サイクルを持続かどうかを確認するために展開するために試験しました。別のステント10は、強力なネオジム磁石を用いて着磁し、その保持磁界を測定しました。ステントは、保持磁力が我々のインビトロ研究においてSPION標識EOCを捕捉するのに十分であったことを示しました。 SPION標識EOCを捕捉および保持を4匹のブタのそれぞれに1着磁ステント1の非磁化対照ステントを移植することにより、大型動物モデルにおいて確認されました。ステント動脈を7日後に外植し、組織学的に分析しました。本研究で開発した弱磁性のステントは、誘致し、迅速な治癒を促進することができるSPION標識内皮細胞を保持することができました。
Patients implanted with vascular stents manufactured from thrombogenic materials like stainless steel, cobalt chromium, and platinum chromium – both bare metal stents (BMS) and drug eluting stents (DES) – need anti-platelet therapy to prevent thrombus formation. BMS heal rapidly, but are subject to late stage restenosis due to incomplete healing. DES require long term anti-platelet therapy due to delayed healing. Anti-platelet therapy administered to avoid thrombosis as a result of incomplete or delayed healing leads to increased bleeding risk and may not be suitable for certain patients1,2. An ideal stent will heal completely and quickly thus avoiding long-term anti-platelet therapy and late stage restenosis. This complete healing can only be achieved if the stent is rapidly coated with a monolayer of endothelial cells after implantation. Coating the stents with biocompatible materials such as gold or other biopolymers has been shown to improve thrombo-resistance, but none of these techniques achieved ideal blood compatibility as may be possible by coating with endothelial cells3,4.
A stent can be coated with endothelial cells post implantation by attracting circulating progenitor cells. This self-seeding technique can be achieved by utilizing ligands and antibodies. But this technique is limited by the low number of circulating endothelial progenitor cells. A promising strategy is to deliver cells directly to the stent immediately following implantation during a short period of blood flow occlusion3,5. This strategy requires a technique for rapidly capturing cells and retaining them on the stent even after restoring blood flow. We have developed a technique in which a magnetic stent is used to attract and retain magnetically-labeled endothelial cells delivered post implantation. To achieve this, a functional BMS with sufficient magnetic properties to capture and retain magnetically-labeled endothelial cells is required6.
In this paper, we discuss the methods for designing, manufacturing, and testing a 2205 stainless steel stent. The stents were designed using CAD and FEA. The manufactured stents were magnetized using a neodymium magnet and the retained magnetic field was measured using a magneto-resistance microsensor probe. We then tested the stents for magnetically-labeled cell capture in a culture dish during our in-vitro experiments. Finally, the stents were tested in-vivo by implanting magnetic and non-magnetic stents in 4 pigs and histologically analyzing the stented arteries.
私たちは、ベアメタルステントとして機能することが可能とSPION標識内皮細胞を引き付けることができる磁気ステントを開発しました。磁気ステントを伴う以前の研究では、研究者が原因で、強磁性ステント5,10-14の使用不能に磁性材料で作られたニッケル被覆商業ステントおよびコイルまたはメッシュを使用しています。他のグループはまた、ナノ粒子ロード内皮細胞3を標?…
The authors have nothing to disclose.
The authors thank Tyra Witt, Cheri Mueske, Brant Newman and Dr. Peter J. Psaltis, MBBS, PhD for their valuable contributions. This study was financially supported by European Regional Development Fund – FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), National Institutes of Health (T32HL007111) and The Grainger Innovation Fund – Grainger Foundation.
2205 Stainless steel | Carpenter Technology Corporation | N/A | Round bar stock material |
Abaqus | Dassault systems | N/A | Software |
Atropine | Prescription drug. | ||
Clopidogrel | Commercial name: Plavix. Prescription drug. | ||
CM-DiI | Life Technologies | V-22888 | Molecular Probes, Eugene, OR |
Endothelial growth medium-2 | Lonza | CC-3162 | |
Hand Held Crimping tool | Blockwise engineering | M1-RMC | |
Hydrochloric acid (HCl) | Sigma Aldrich | MFCD00011324 | CAUTION: wear proptective equipment and handle under fume hood |
Isoflurane anesthesia | Piramal Critical Care, Inc. | ||
Isopropyl alcohol | Sigma Aldrich | MFCD00011674 | |
NdFeB magnet 2" Dia x 1" thick | Amazing magnets | D1000P | Axially magnetized disc magnet with poles on flat faces |
Over-The-Wire trifold balloon | N/A | N/A | Any commercially available OTW trifold balloon can be used |
Phosphate buffered saline | Life Technologies | 10010-023 | Commonly known as PBS |
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) | Sigma Aldrich | MFCD00003528 | |
Sodium pentobarbital | Zoetis | Commercial Name: Sleepaway (26%), FatalPlus, Beuthanasi. Controlled substance to be ordered only by licensed veternarian | |
SolidWorks | Dassault systems | N/A | Software |
SpinTJ-020 micro sensor | MicroMagneitcs Sensible Solutions | N/A | Long probe STJ-020 microsensor |
SPION | Mayo Clinic | N/A | Nanoparticles synthesized internally (Ref: Lee, S. J. et al. Nanoparticles of magnetic ferric oxides encapsulated with poly(D,L latide-co-glycolide) and their applications to magnetic resonance imaging contrast agent. J Magn Magn Mater 272, 2432-2433, doi:DOI 10.1016/j.jmmm.2003.12.416 (2004)) |
Telazol | Zoetis | Controlled substance to be ordered only by licensed veternarian | |
Trypsin EDTA | Life Technologies | 25200-056 | Gibco, Grand Island, NY |
Xylazine | Bayer Animal Health | Commercial name: Rompun. Controlled sunstance to be ordered only by a licensed veternarian |