Протокол Относительная оценка гидродинамических трехстворчатый клапан полимеров
Summary
Там был возобновлен интерес к разработке полимера клапанов. Здесь целью является продемонстрировать возможность изменения коммерческих копировальных импульсом для размещения трехстворчатый геометрии и определить протокол представить полимера данных гидродинамического клапана по сравнению с отечественными и протезов клапанов данные, собранные в условиях близких к идентичных условиях.
Abstract
Ограничения в настоящее время протезов клапанов, ксенотрансплантаты и гомотрансплантатов вызвали недавнее возрождение событиях в области трехстворчатый клапан полимера протезов. Тем не менее, идентификация протокола для первоначальной оценки функциональных полимеров гидродинамического клапана имеет первостепенное значение на ранних этапах процесса проектирования. Традиционные в пробирке импульсных систем дубликатор не настроены для размещения гибких трехстворчатый материалы, кроме того, оценка функциональности клапана полимера должно быть сделано в относительном контексте отечественной и протезов клапанов сердца при одинаковых условиях испытаний, так что изменчивость в разных измерениях инструментов можно избежать. Соответственно, мы провели оценку гидродинамических I) родной (N = 4, средний диаметр, D = 20 мм), II) би-листовку механический (N = 2, D = 23 мм) и III) полимера клапанов (N = 5, D = 22 мм) через использование коммерчески доступных системе копировальный импульса (ViVitro LabsInc, Виктория, Британская Колумбия), которая была модифицирована для трехстворчатый клапан геометрии. Трехстворчатый клапан силиконовый разработанная в Университете Флориды составили группу полимеров клапана. Смеси в соотношении от 35:65 до глицерин вода использовалась для имитации крови физические свойства. Мгновенный расход был измерен на границе левого желудочка и аорты единиц в то время как давление было записано в желудочка и аорты позиций. Би-листовки и родных данные клапана из литературы был использован для проверки потока и давления. Следующие показатели гидродинамического сообщалось: прямое падение давления потока, аортальный среднеквадратичной вперед расхода, закрытие аортального, утечки и объем регургитации, трансаортальный закрытия, утечки, и общие потери энергии. Представитель Результаты показали, что гидродинамические метрик из трех групп клапана может быть успешно получены путем включения заказ сборки в коммерчески доступных импульсная система дубликатор и subsequentlу, по сравнению с объективно дать представление о функциональных аспектах дизайна полимера клапана.
Introduction
Заболевания клапанов сердца чаще возникает в результате дегенеративных кальцификации клапана 1, ревматизм 2, эндокардит 3,4 или врожденными дефектами. Когда клапан ущерб, вызывая стеноз и / или пролапс клапана регургитация и не могут быть устранены хирургическим путем, родной клапан обычно заменяется искусственный клапан. В настоящее время доступны варианты включают механические клапаны (клетки-шаровые краны, клапаны наклона диска и т.д.)., Гомографт и биопротезных клапаны (свиной и бычий клапанов). Механические клапаны часто рекомендуются для молодых пациентов на основе их прочность, однако пациент должен оставаться на антикоагулянтной терапии для предотвращения тромботических осложнений 5. Гомографт и биологические протезы клапанов были эффективные выборы, чтобы избежать крови, тоньше, терапии, однако эти клапаны имеют повышенный риск фиброза, кальцификации, дегенерация и иммуногенных осложнений, ведущих к отказу крана 6. Тканевой инженерии клапаны находятся под следствием в качестве новой технологии 7-9, но многое еще предстоит раскрыться. Альтернативные прочный, биосовместимые, искусственные клапаны, необходимые для улучшения качества жизни пациентов с заболеваниями сердца клапанов сердца. Опять же, эта конструкция клапана может заменить биопротеза используется в технологии транскатетерных клапана, с транскатетерных подходов показывает потенциал для преобразования обработка отдельных пациентов с сердечной болезнью клапана 10.
Как заявил действующими стандартами, успешную замену сердечного клапана должна иметь следующие характеристики: "1) позволяет прямого потока с приемлемо малой среднее снижение перепада давления, 2) предотвращает обратный поток с приемлемо малой срыгивания, 3) сопротивляется эмболизации, 4) сопротивляется гемолиз, 5) противостоит образование тромба, 6) является биосовместимым, 7) совместим с в естественных условиях диагностических методов; 8) доставке и имплантируемые в целевойнаселения; 9) остается неизменным после размещения; 10) имеет приемлемый уровень шума; 11) имеет воспроизводимую функцию; 12) сохраняет свою функциональность за разумную жизнь, в соответствии со своим универсальным классом; 13) сохраняет свою функциональность и стерильности для разумного полку жизни до имплантации ". 11. Некоторые недостатки существующих протезов клапанов потенциально могут быть преодолены с помощью клапана полимера. биосовместимые полимеры были рассмотрены верхний кандидатов на основе биостойкость, анти-гидролиза, антиокислительные, и выгодные механические свойства, такие как высокая прочность и вязкоупругости. В частности, эластомерных полимеров может обеспечить деформацию материала напоминающего родной динамику клапана. эластомеры могут быть приспособлены, чтобы имитировать свойства мягких тканей, и они могут быть только искусственные материалы, которые являются био-терпимыми и которые могут выдержать току, в живом организме, жидкость-индуцированной, изгиб и растягивающих напряжений, тем не менее, двигаться таким образом, напоминающие здоровым,родного движения клапана. Кроме того, эластомеры могут выпускаться серийно в различных размерах, с легкостью хранить, как ожидается, быть экономически эффективными устройствами и могут быть конструктивно дополнены волокнистой арматуры.
Понятие использованием полимерных материалов, чтобы собрать три-листовку клапан не нова и была предметом нескольких исследований исследований в течение последних 50 лет, 12, которые были оставлены в значительной степени из-за ограниченной прочностью клапана. Тем не менее, с появлением новых методик производства 13,14, укрепление полимерных материалов 15,16 и потенциально бесшовной интеграции полимера клапана заменителей транскатетерных технологии клапана, в последнее время отмечается повышенный интерес и активность в развивающихся полимера клапаны как потенциально жизнеспособная альтернатива в настоящее время коммерческие клапанов. В свете этого протокола для включения тестировании этих клапанов для оценки гидродинамической функциональность является первым шагомв процессе оценки, однако коммерчески доступные системы импульса симулятор как правило, не приходят оборудованные для размещения трехстворчатый клапан конструкции и содержат кольцевой расстояние вставить коммерчески доступных клапанов сердца (например, наклона диска, би-листовку механических клапанов сердца). Во-вторых, полимерные клапаны новой технологии гидродинамики которого может быть оценена только в относительном контексте. Даже при том, родной клапан сердца и поток данные доступны, важно проводить тестирование родной аорты свиньи клапаны, которые являются биологически похожи на человеческие клапаны, используя тот же пульсирующий тренажер, который используется для оценки полимера клапана таким образом, чтобы учесть измерение различия, которые могут быть в зависимости от системы. Таким образом, цель данного исследования было продемонстрировать, как коммерчески доступные импульса Тренажер может быть оснащен сборки для размещения трехстворчатый клапан конструкции и систематически оценивать полимера клапана гидродинамической метрик в относительной продолжениедоб по сравнению с механическими и родной свиного коллегами клапан сердца. В нашем случае, роман трехстворчатый клапан силиконовый полимер ранее разработанный в Университете штата Флорида 13 составили группу полимеров клапана.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании мы показали полезность изменения коммерчески доступных пульсирующей блока дубликатор для размещения трехстворчатый клапан геометрии так, что гидродинамические испытания полимера и естественных клапанов свиней может быть выполнена. В частности, в нашем случае, с?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Семян грант от университета Флориды – медицинский колледж выражает искреннюю признательность. Аспирантура (Мануэль Салинас) была оказана помощь меньшинство возможности программы в области биомедицинских исследований – исследовательская инициатива для повышения научного (MBRS-RISE) общения: NIH / NIGMS R25 GM061347. Финансовая поддержка со стороны Уоллес H. Coulter через Фонд Международного университета Флориды, в биомедицинской инженерии Департамент также с благодарностью. Наконец, авторы выражают благодарность следующим студентам за их помощь на различных этапах экспериментального процесса: Kamau Pier, Малахия Suttle, Кендалл Армстронг и Авраама Альфонсо.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Pump | ViVitro Labs | http://vivitrolabs.com/products/superpump/ | |
| Flow Meter and Probe | Carolina Medical | Model 501D | http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf |
| Pressure Transducer | ViVitro Labs | HCM018 | |
| ViVitro Pressure Measuring Assembly | ViVitro Labs | 6186 | |
| Valve holder | WB Engineering | Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering | |
| Pulse Duplicator | ViVitro Labs | PD2010 | http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf |
| Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software | ViVitro Labs | PDA2010 | http://vivitrolabs.com/products/software-daq |
| Porcine Hearts and Native Aortic Valves | Mary's Ranch Inc | ||
| Bi-leaflet Mechanical Valves | Saint Jude Medical | http://www.sjm.com/ | |
| High Vacuum Grease | Dow Corning Corporation | http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf | |
| Glycerin | McMaster-Carr | 3190K293 | 99% Natural 5 gal |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | MT21031CV | 100 ml/heart |
| Antimycotic/Antibiotic Solution | Fisher Scientific | SV3007901 | 1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014-500G | 9 g/L of deionized water |
| Deionized Water | EMD Millipore Chemicals | Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process |
Riferimenti
- Rajamannan, N. M., et al. Calcific aortic valve disease: not simply a degenerative process: A review and agenda for research from the National Heart and Lung and Blood Institute Aortic Stenosis Working Group. Executive summary: Calcific aortic valve disease-2011 update. Circulation. 124, 1783-1791 (2011).
- Marijon, E., Mirabel, M., Celermajer, D. S., Jouven, X. Rheumatic heart disease. Lancet. 379, 953-964 (2012).
- Karaci, A. R., et al. Surgical treatment of infective valve endocarditis in children with congenital heart disease. J. Card. Surg. 27, 93-98 (2012).
- Knirsch, W., Nadal, D. Infective endocarditis in congenital heart disease. Eur. J. Pediatr. 170, 1111-1127 (2011).
- Korossis, S. A., Fisher, J., Ingham, E. Cardiac valve replacement: a bioengineering approach. Biomed. Mater. Eng. 10, 83-124 (2000).
- Ghanbari, H., et al. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 27, 359-367 (2009).
- Mol, A., Smits, A. I., Bouten, C. V., Baaijens, F. P. Tissue engineering of heart valves: advances and current challenges. Expert Rev. Med. Devices. 6, 259-275 (2009).
- Ramaswamy, S., et al. The role of organ level conditioning on the promotion of engineered heart valve tissue development in using mesenchymal stem cells. Biomaterials. 31, 1114-1125 (2010).
- Sacks, M. S., Schoen, F. J., Mayer, J. E. Bioengineering challenges for heart valve tissue engineering. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 289-313 (2009).
- Zamorano, J. L., et al. EAE/ASE recommendations for the use of echocardiography in new transcatheter interventions for valvular heart disease. J. Am. Soc. Echocardiogr. 24, 937-965 (2011).
- ANSI/AAMI/ISO. Cardiovascular Implants – Cardiac Valve Prostheses. Assoc. Adv. Med. Instrum. 71, (2005).
- Gallocher, S. L. . Durability Assessment of Polymer Trileaflet Heart Valves PhD thesis. , 313 (2007).
- Carroll, R., Boggs, T., Yamaguchi, H., Al-Mously, F., DeGroff, C., Tran-Son-Tay, R. Blood Cell Adhesion on Polymeric Heart Valves. , (2012).
- Pierre, K. K., Salinas, M., Carroll, R., Landaburo, K., Yamaguchi, H., DeGroff, C., Al-Mousily, F., Bleiweis, M., Ramaswamy, S. Hydrodynamic Evaluation of a Novel Tri-Leaflet Silicone Heart Valve Prosthesis. , (2012).
- Cacciola, G., Peters, G. W., Schreurs, P. J. A three-dimensional mechanical analysis of a stentless fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 33, 521-530 (2000).
- De Hart, J., Cacciola, G., Schreurs, P. J., Peters, G. W. A three-dimensional analysis of a fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 31, 629-638 (1998).
- Lim, W. L., Chew, Y. T., Chew, T. C., Low, H. T. Pulsatile flow studies of a porcine bioprosthetic aortic valve in vitro: PIV measurements and shear-induced blood damage. J. Biomech. 34, 1417-1427 (2001).
- Gutierrez, C., Blanchard, D. G. Diastolic heart failure: challenges of diagnosis and treatment. Am. Fam. Physician. 69, 2609-2616 (2004).
- Shi, Y., Yeo, T. J., Zhao, Y., Hwang, N. H. Particle image velocimetry study of pulsatile flow in bi-leaflet mechanical heart valves with image compensation method. J. Biol. Phys. 32, 531-551 (2006).
- Chandran, K. B., Yoganathan, A. P., Rittgers, S. E. . Biofluid Mechanics: The Human Circulation. , 277-314 (2007).
- Akins, C. W., Travis, B., Yoganathan, A. P. Energy loss for evaluating heart valve performance. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 136, 820-833 (2008).
- Fung, Y. C. . Biomechanics: Circulation. , (1997).
- Keener, J., Sneyd, J. . Mathematical Physiology, II: Systems Physiology. , (1998).
- Quick, C. M., Berger, D. S., Noordergraaf, A. Apparent arterial compliance. Am. J. Physiol. 274, H1393-H1403 (1998).
- Wang, Q., Jaramillo, F., Kato, Y., Pinchuk, L., Schoephoerster, R. T. Hydrodynamic Evaluation of a Minimally Invasive Heart Valve in an Isolated Aortic Root Using a Modified In Vitro Model. J. Med. Devices. 3, 011002.1-011002.6 (2009).
- Baldwin, J. T., Campbell, A., Luck, C., Ogilvie, W., Sauter, J. Fluid dynamics of the CarboMedics kinetic bileaflet prosthetic heart valve. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 11, 287-292 (1997).
