İskemik Kalp Hastalığının Domuz Modellerinde 3D Baskılı Koroner Stenoz İmplantlarının Konuşlandırılmasında Yeni Perkütan Yaklaşım
Summary
Biz iskemik kalp hastalığı kapalı göğüs domuz modelleri oluşturmak için üç boyutlu baskılı koroner implantlar perkütan teslim için yeni, uygun maliyetli ve verimli bir teknik açıklar. İmplantlar yüksek başarı oranına sahip bir anne-çocuk uzatma kateteri kullanılarak yerinde sabitlendi.
Abstract
Büyük hayvanlarda fokal koroner daralma modelleri oluşturmak için minimal invaziv yöntemler zordur. Üç boyutlu (3D) baskılı koroner implantlar kullanılarak hızlı prototipleme perkütan bir fokal koroner darlık oluşturmak için kullanılabilir. Ancak, yardımcı ekipman kullanılmadan implantların güvenilir bir şekilde teslim edilmesi zor olabilir. İmplantın stabilizasyonu ve 3D baskılı implantın koroner damar uzunluğu boyunca istenilen herhangi bir yere etkili bir şekilde ulaştırılması için anne-çocuk koroner kılavuz kateter kullanımını açıklıyoruz. Fokal koroner daralma koroner sinegoriyografi altında doğrulandı ve koroner stenozun fonksiyonel önemi gadolinyum-enhanced first-pass kardiyak perfüzyon MRG ile değerlendirildi. İskemik kalp hastalığının domuz modellerinde (n = 11) 3Boyutlu baskılı koroner implantların güvenilir bir şekilde doğumunun anne-çocuk koroner kılavuz kateterlerin yeniden ortaya çıkarılması yla sağlanabileceğini gösterdik. Tekniğimiz, fokal koroner arter darlığı kapalı göğüs domuz modelleri oluşturmak için koroner implantların perkütan doğum basitleştirir ve hızlı bir şekilde yapılabilir, düşük bir prosedür başarısızlık oranı ile.
Introduction
İskemik kalp hastalığı ABD’de ölüm bir numaralı nedeni olmaya devam ediyor1. Büyük hayvan modelleri deneysel olarak koroner arter hastalığı (CAD) ve ilişkili komplikasyonları (miyokard enfarktüsü, aritmik olaylar ve kalp yetmezliği dahil) yönlendiren mekanizmaları anlamak ve karakterize etmek için, yeni terapötik veya tanı yöntemleritest etmek için kullanılmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar, iskemik kalp hastalığının anlaşılmasını, tanısını ve izlenmesini genişletmeye ve klinik pratiği ilerletmeye yardımcı oldu2. Tavşan, köpek ve domuz gibi birçok hayvan modeli kullanılmıştır. Ancak, koroner stenoses, özellikle ayrık lezyonlar, bu hayvanlarda çok nadir görülür ve tekrarı 3 nedenzordur. Önceki çalışma da ligasyon, oklüzif veya dış kelepçeler kullanılarak yapay koroner stenoses oluşturulması açıklanmıştır. Son zamanlarda, perkütan 4 ayrık yapay koronerdaralmaoluşturmak için kullanılabilecek koroner implantlar üretmek için 3D baskı teknolojisi nin nasıl kullanılacağını anlattı. Bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanarak, koroner arter implantlarını iç ve dış çaplarının yanı sıra implant uzunluğuna sahip içi boş tüpler olarak tasarladık ve daha sonra bunları ticari olarak mevcut katkı maddeleri kullanılarak imal ettik. İmplantlar pürüzsüz, içi boş, yuvarlak kenarlı 3D baskılı tüplerdir. Biz iç çapı, dış çapı ve uzunluğu bir dizi implant boyutları bir kütüphane tasarladı. İmplantın dış çapı koroner kılavuz kateterin büyüklüğüne bağlıdır. İç çapı sönmüş koroner anjiyoplasti balon büyüklüğüne bağlıdır. Perfüzyonun istenilen şiddetini uyarlamak için implantın uzunluğunu çeşitlendirdik. Ancak, bu tür cihazların güvenli perkütan teslimat ı, büyük hayvan kullanımı için özel olarak üretilen kablo ve kateter lerin olmaması nedeniyle zor olabilir. Buna karşılık, kateterler geniş bir koleksiyon, teller, ve destekleyici ekipman insan koroner arterlerde klinik kullanım için kullanılabilir. Bu çalışmada, 3Boyutlu baskılı koroner implantların teslimi için klinik sınıf anne-çocuk koroner kılavuz kateterin nasıl değiştirilebildiğini gösteriyoruz.
GuideLiner kateteri (Şekil 1A) perkütan koroner girişim (PCI) için derin kateter oturma ve kompleks olgular için artan destek sağlamak için geliştirilmiştir5. Araştırmamızda, GuideLiner kateteri kullanım ve kullanılabilirlik aşinalığı nedeniyle seçilmiştir, ancak mevcut olduğu durumlarda benzer kateterler de düşünülebilir. “Anne-çocuk” kılavuz kateter(Şekil 1B)olarak kabul edilen cihaz, tipik bir koroner kılavuz kateterin içine (“anne”) sığar ve koaksiyel esnek bir tüp (“çocuk”). Bu kateter bir kılavuz tel üzerine takılabilir ve koroner kılavuzun sonuna kadar uzanarak tipik bir koroner kılavuz kateterin erişimini etkili bir şekilde uzatür. GuideLiner veya benzer bir anne-çocuk kateter 3D baskılı koroner implantların dağıtımı için ek destek olarak kullanılabilir. İmplantlar anjiyoplasti balonlarının üzerine monte edilebildiği için damariçine koroner bir tel inmesi için bir ünite olarak yerleştirilir(Şekil 1B,1C),kateter implantı istenilen bölgeye ulaştırmak için ek destek sunar. Anne-çocuk kateterini balona sadece proksimal olarak yerleştirerek, balon deflasyon ve geri çekilme sırasında implant istenilen yerde kalır. Yapısında biraz sıkılığa sahip olmasına rağmen, anne-ve-çocuk kateterinin bir kılavuz tel üzerinde koroner arterlerin derinliklerine inebilme özelliği ve kateter ucundaki radyoopak belirteç implantasyon için temel özelliklerdi.
Monte edilmiş teslimat cihazlarımız tipik bir koroner kılavuz kateter, anne-çocuk kateteri ve sönmüş koroner anjiyoplasti balonuna sabitlenmiş 3Boyutlu baskılı implanttan oluşuyordu (Şekil 1B). Fonksiyonel bir dağıtım ünitesi olarak anne-çocuk kateteri sadece ekipmanın teslimi için istikrarlı bir ek destek sağlamakla kalmamış, aynı zamanda balonun deflasyon ve çıkarılması sırasında implantları yerinde tutmak için bir kesme cihazı olarak da benzersiz bir şekilde uygulanmıştır. Kateter ucundaki radyoopak marker, monte edilen aparat için bir konumlandırma kılavuzu olarak görev yaptı ve anjiyoplasti balonuna yakın bir konumda dır. Bu özellikler, akış sınırlayıcı implantların hassas bir şekilde dağıtılmasına olanak sağlar. Bu süreç, hayvan denekleri için tekrarlanabilir, verimli ve insancıl olacak şekilde tasarlanmıştır.
Uygulamamızda kontrastlı stres kardiyak perfüzyon manyetik rezonans görüntülemenin (MRG) değerlendirilmesinde fokal koroner darlığı olan domuz modelleri oluşturmak için anne-çocuk perkütan doğum tekniği kullanılmıştır. Ancak bu teknik, koroner damarların dışındaki vasküler sistemler de dahil olmak üzere diğer araştırmalarda da kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, koroner darlığı indükleyen implantlar için yeni bir perkütan dağıtım stratejisi üzerinde duruldu ve bir anne-çocuk kateter 3D baskılı koroner implantların etkili perkütan teslimat için repurposed olabileceğini gösterdi. Değişken şiddetteki ayrık yapay koroner stenoses hızlı bir şekilde domuz modellerinde yüksek başarı oranı ile ve minimal invaziv bir şekilde standart insan perkütan koroner girişimsel teknikler ve ekipman kullanılarak oluşturulabilir. Bu implantların aku…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz UCLA Çeviri Araştırma Görüntüleme Merkezi ve California Üniversitesi, Los Angeles, CA, ABD Laboratuvar Hayvan Tıbbı Bölümü personeli kendi yardım için teşekkür ederiz. Bu çalışma kısmen UCLA David Geffen Tıp Fakültesi Radyoloji ve Tıp Bölümü, Amerikan Kalp Derneği (18TPA34170049) ve Klinik Bilim Araştırma, Geliştirme Konseyi Gaziler Sağlık İdaresi tarafından desteklenir ( VA-MERIT I01CX001901).
Materials
| 3D-Printed coronary implants | Study Site Manufactured | ||
| Amiodarone IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Amplatz Left-2 (AL-2) guide catheter (8F) | Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA | ||
| Balance Middleweight coronary wire (0.014" 300cm) | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| COPILOT Bleedback Control valve | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Esmolol IV solution (1 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Formlabs Form 2 3D-printer with a minimum XY feature size of 150 µm | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Formlabs Grey Resin (implant material) | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Gadobutrol 0.1 mmol/kg | Gadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ | ||
| GuideLiner catheter (6F) | Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, USA | ||
| Heparin IV solution | Surface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, USA | ||
| Ketamine IM solution (10 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Lidocaine IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Male Yorkshire swine (30-45 kg) | SNS Farms | ||
| Midazolam IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| NC Trek over-the-wire coronary balloon | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Oxygen-isoflurane 1-2% inhaled mixture | Study Site Pharmacy | ||
| Rocuronium IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Sodium Pentobarbital IV solution (100mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Triphenyltetrazolium chloride stain | Institution Pathology Lab |
References
- The US Burden of Disease Collaborators. The State of US Health, 1990-2016: Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Among US States. The Journal of the American Medical Association. 319 (14), 1444-1472 (2018).
- Liao, J., Huang, W., Lium, G. Animal models of coronary heart disease. The Journal of Biomedical Research. 31 (1), 3-10 (2017).
- Lee, K. T., et al. Production of advanced coronary atherosclerosis, myocardial infarction and “sudden death” in swine. Experimental and Molecular Pathology. 15 (2), 170-190 (1971).
- Colbert, C. M., et al. A Swine Model of Selective Coronary Stenosis using Transcatheter Delivery of a 3D Printed Implant: A Feasibility MR Imaging Study. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Sessions. , (2019).
- Kovacic, J., et al. GuideLiner Mother-and-Child Guide Catheter Extension: A Simple Adjunctive Tool in PCI for Balloon Uncrossable Chronic Total Occlusions. Journal of Interventional Cardiology. 26 (4), 343-350 (2013).
- Fabris, E., et al. Guide Extension, Unmissable Tool in the Armamentarium of Modern Interventional Cardiology. A Comprehensive Review. International Journal of Cardiology. 222, 141-147 (2016).
- Gálvez-Montón, C., et al. Comparison of two preclinical myocardial infarct models: coronary coil deployment versus surgical ligation. Journal of Translational Medicine. 12 (1), 137 (2014).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), 51269 (2014).
- Rissanen, T. T., et al. The bottleneck stent model for chronic myocardial ischemia and heart failure in pigs. American Journal of Physiology. 305 (9), 1297-1308 (2013).
- Bamberg, F., et al. Accuracy of dynamic computed tomography adenosine stress myocardial perfusion imaging in estimating myocardial blood flow at various degrees of coronary artery stenosis using a porcine animal model. Investigative Radiology. 47 (1), 71-77 (2012).
- Schwitter, J., et al. MR-IMPACT: comparison of perfusion-cardiac magnetic resonance with single-photon emission computed tomography for the detection of coronary artery disease in a multicentre, multivendor, randomized trial. European Heart Journal. 29, 480-489 (2008).
- Mahrholdt, H., Klem, I., Sechtem, U. Cardiovascular MRI for detection of myocardial viability and ischaemia. Heart. 93 (1), 122-129 (2007).
- Herr, M. D., McInerney, J. J., Copenhaver, G. L., Morris, D. L. Coronary artery embolization in closed-chest canines using flexible radiopaque plugs. Journal of Applied Physiology. 64, 2236-2239 (1988).
- Rochitte, C. E., Kim, R. J., Hillenbrand, H. B., Chen, E. L., Lima, J. A. Microvascular integrity and the time course of myocardial sodium accumulation after acute infarction. Circulation Research. 87, 648-655 (2000).
- Krombach, G. A., Kinzel, S., Mahnken, A. H., Günther, R. W., Buecker, A. Minimally invasive close-chest method for creating reperfused or occlusive myocardial infarction in swine. Investigative Radiology. 40 (1), 14-18 (2005).
- Suzuki, Y., Yeung, A. C., Ikeno, F. The representative porcine model for human cardiovascular disease. Journal of Biomedical Biotechnology. 2011, 195483 (2010).
- Eldar, M., et al. A closed chest pig model of sustained ventricular tachycardia. Pacing Clinical Electrophysiology. 17, 1603-1609 (1994).
- Reffelmann, T., et al. A novel minimal-invasive model of chronic myocardial infarction in swine. Coronary Artery Disease. 15 (1), 7-12 (2004).
- Haines, D. E., Verow, A. F., Sinusas, A. J., Whayne, J. G., DiMarco, J. P. Intracoronary ethanol ablation in swine: characterization of myocardial injury in target and remote vascular beds. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 5, 422-431 (1994).
- Kraitchman, D., Bluemke, D., Chin, B., Heldman, A. W., Heldman, A. W. A minimally invasive method for creating coronary stenosis in a swine model for MRI and SPECT imaging. Investigative Radiology. 35 (7), 445-451 (2000).
