Un modello suino ex vivo per test idrodinamici di procedure sperimentali di valvole aortiche e nuovi dispositivi medici
Summary
Presentiamo un metodo per montare una valvola aortica suina su un duplicatore di impulsi per testarne le proprietà idrodinamiche. Questo metodo può essere utilizzato per determinare il cambiamento dell’idrodinamica dopo l’applicazione di una procedura sperimentale o di un nuovo dispositivo medico prima dell’uso in un modello animale di grandi dimensioni.
Abstract
Le opzioni per testare nuove procedure cardiache e dispositivi medici investigativi prima dell’uso in un modello animale sono limitate. In questo studio, presentiamo un metodo per il montaggio di una valvola aortica suina in un duplicatore di impulsi per valutarne le proprietà idrodinamiche. Queste proprietà possono quindi essere valutate prima e dopo l’esecuzione della procedura in esame e/o l’applicazione del dispositivo medico in esame. La messa in sicurezza del segmento di afflusso presenta alcune difficoltà a causa della mancanza di miocardio circonferenziale nel tratto di efflusso ventricolare sinistro. Questo metodo risolve questo problema fissando il segmento di afflusso utilizzando il lembo anteriore della valvola mitrale e quindi suturando la parete libera del ventricolo sinistro attorno al dispositivo di afflusso. Il segmento di deflusso viene fissato semplicemente inserendo il dispositivo in un’incisione nella parte superiore dell’arco aortico. Abbiamo scoperto che i campioni avevano proprietà idrodinamiche significativamente diverse prima e dopo la fissazione dei tessuti. Questa scoperta ci ha indotto a utilizzare campioni freschi nei nostri test e dovrebbe essere presa in considerazione quando si utilizza questo metodo. Nel nostro lavoro, abbiamo utilizzato questo metodo per testare nuovi materiali per cerotti intracardiaci da utilizzare in posizione valvolare eseguendo una procedura di neocuspidizzazione della valvola aortica (procedura di Ozaki) sulle valvole aortiche suine montate. Queste valvole sono state testate prima e dopo la procedura per valutare il cambiamento delle proprietà idrodinamiche rispetto alla valvola nativa. Di seguito, riportiamo una piattaforma per il test idrodinamico delle procedure sperimentali della valvola aortica che consente il confronto con la valvola nativa e tra i diversi dispositivi e tecniche utilizzate per la procedura in esame.
Introduction
La valvulopatia aortica rappresenta un onere significativo per la salute pubblica, in particolare la stenosi aortica, che colpisce 9 milioni di persone in tutto il mondo1. Le strategie per affrontare questa malattia sono attualmente in evoluzione e includono la riparazione della valvola aortica e la sostituzione della valvola aortica. Nella popolazione pediatrica in particolare, c’è un incentivo significativo a riparare piuttosto che sostituire la valvola poiché le protesi attualmente disponibili sono soggette a degenerazione valvolare strutturale (SVD) e non sono tolleranti alla crescita, richiedendo un reintervento per la sostituzione man mano che il paziente cresce. Anche la procedura di Ross, che sostituisce la valvola aortica malata (AV) con la valvola polmonare nativa (PV), richiede una protesi o un innesto in posizione polmonare anch’essa soggetta a SVD e spesso a tolleranza alla crescita limitata2. Sono in fase di sviluppo nuovi approcci alla malattia della valvola aortica e vi è la necessità di testare in un contesto biologicamente rilevante prima dell’applicazione in un modello animale di grandi dimensioni.
Abbiamo sviluppato un metodo per testare un AV suino in grado di fornire informazioni sulla funzione della valvola prima e dopo una procedura sperimentale o l’applicazione di un nuovo dispositivo medico. Montando l’AV suino su una macchina duplicatrice di impulsi disponibile in commercio, siamo in grado di confrontare le caratteristiche idrodinamiche comunemente utilizzate nello studio e infine nell’approvazione delle protesi valvolari, tra cui la frazione di rigurgito (RF), l’area dell’orifizio effettivo (EOA) e la differenza di pressione positiva media (PPD)3,4. L’intervento può quindi essere messo a punto in un contesto biologicamente rilevante prima dell’uso in un modello animale di grandi dimensioni, limitando così il numero di animali necessari per produrre una procedura o una protesi che può essere utilizzata nell’uomo. I cuori utilizzati per questo esperimento possono essere ottenuti dal macello locale o tessuti di scarto da altri esperimenti, quindi non è necessario sacrificare un animale solo ai fini di questo esperimento.
Nel nostro lavoro, abbiamo utilizzato questo metodo per sviluppare un nuovo materiale patch per la riparazione e la sostituzione delle valvole. Abbiamo testato la funzione idrodinamica di una varietà di materiali per cerotti eseguendo una procedura di neocuspidizzazione della valvola aortica (procedura di Ozaki 5,6,7) su AV suini e testandoli nel duplicatore di impulsi prima e dopo la procedura. Questo ci ha permesso di mettere a punto il materiale in base alle sue prestazioni idrodinamiche. Pertanto, questo metodo fornisce una piattaforma per i test idrodinamici di procedure sperimentali e nuovi dispositivi medici da utilizzare sull’AV prima dell’applicazione in un modello animale di grandi dimensioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il metodo qui presentato fornisce una piattaforma per i test idrodinamici dell’AV al fine di esaminare l’effetto di una procedura sperimentale o di un nuovo dispositivo medico. Montando la valvola aortica nativa su una macchina duplicatrice di impulsi, siamo in grado di determinare l’effetto della procedura sperimentale su tutti i parametri idrodinamici utilizzati nello studio e nell’approvazione di nuove protesi valvolari (ISO 5840). Ciò offre l’opportunità di mettere a punto procedure e protesi prima dell’uso in un m…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare il laboratorio della dottoressa Gordana Vunjak-Novakovic, tra cui Julie Van Hassel, Mohamed Diane e Panpan Chen, per averci permesso di utilizzare il tessuto di scarto cardiaco dei loro esperimenti. Questo lavoro è stato sostenuto dalla Congenital Heart Defect Coalition di Butler, NJ, e dal National Institutes of Health di Bethesda, MD (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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