Nuevo enfoque percutáneo para el despliegue de implantes de estenosis coronaria impresa en 3D en modelos porcinos de cardiopatía isquémica

Summary

Describimos una técnica novedosa, rentable y eficiente para la entrega percutánea de implantes coronarios impresos tridimensionalmente para crear modelos porcinos de pecho cerrado de cardiopatía isquémica. Los implantes se fijaron en su lugar utilizando un catéter de extensión de madre e hijo con alta tasa de éxito.

Abstract

Los métodos mínimamente invasivos para crear modelos de estrechamiento coronario focal en animales grandes son desafiantes. Se pueden emplear prototipos rápidos utilizando implantes coronarios impresos tridimensionales (3D) para crear percutáneamente una estenosis coronaria focal. Sin embargo, la entrega confiable de los implantes puede ser difícil sin el uso de equipos auxiliares. Describimos el uso de un catéter de guía coronario materno-infantil para la estabilización del implante y para la entrega efectiva del implante impreso en 3D a cualquier lugar deseado a lo largo de la longitud del vaso coronario. El estrechamiento coronario focal se confirmó bajo cineangiografía coronaria y la importancia funcional de la estenosis coronaria se evaluó utilizando una resonancia magnética de perfusión cardíaca de primer paso mejorada con gadolinio. Mostramos que la administración confiable de implantes coronarios impresos en 3D en modelos porcinos (n.o 11) de cardiopatía isquémica se puede lograr mediante la reasignación de catéteres de guía coronario materno-infantil. Nuestra técnica simplifica el parto percutáneo de implantes coronarios para crear modelos porcinos de pecho cerrado de estenosis de arteria coronaria focal y se puede realizar rápidamente, con una baja tasa de fallo procesal.

Introduction

La cardiopatía isquémica sigue siendo la primera causa de muerte en los Estados Unidos¹. Los grandes modelos animales se han utilizado experimentalmente para comprender y caracterizar los mecanismos de conducción de la enfermedad de las arterias coronarias (CAD) y las complicaciones asociadas (incluyendo infarto de miocardio, eventos arritmicos e insuficiencia cardíaca), así como para pruebas de nuevas terapias o modalidades diagnósticas. Los resultados de estos estudios han ayudado a ampliar la comprensión, el diagnóstico y el seguimiento de las cardiopatías isquémicas y a avanzar en la práctica clínica^2. Se han utilizado varios modelos animales, incluyendo conejos, perros y cerdos. Sin embargo, las estenosis coronarias, particularmente lesiones discretas, ocurren muy raramente en estos animales y son difíciles de inducir reproduciblemente³. El trabajo anterior describió la creación de estenosis coronaria artificial mediante ligadura, oclusores o abrazaderas externas. Recientemente, describimos cómo utilizar la tecnología de impresión 3D para fabricar implantes coronarios que se pueden utilizar para crear percutáneamente un estrechamiento coronario artificial discreto⁴. Utilizando software de diseño asistido por computadora, diseñamos implantes de arteria coronaria como tubos huecos con diferentes diámetros internos y externos, así como la longitud del implante y luego los fabricamos utilizando materiales aditivos disponibles comercialmente. Los implantes son tubos lisos, huecos, impresos en 3D con bordes redondeados. Diseñamos una biblioteca de tamaños de implantes con una gama de diámetro interior, diámetro exterior y longitud. El diámetro exterior del implante se basa en el tamaño del catéter de guía coronario. El diámetro interior se basa en el tamaño de un globo de angioplastia coronaria desinflado. Variamos la longitud del implante para adaptar la severidad deseada de perfusión. Sin embargo, la entrega percutánea segura de estos dispositivos puede ser difícil debido a la falta de cables y catéteres fabricados específicamente para uso animal grande. Por el contrario, una extensa colección de catéteres, alambres y equipos de apoyo están disponibles para uso clínico en arterias coronarias humanas. En este trabajo, mostramos cómo reutilizar un catéter de guía coronario de grado clínico para la entrega de los implantes coronarios impresos en 3D.

El catéter GuideLiner(Figura 1A) fue desarrollado para la intervención coronaria percutánea (PCI) para permitir asientos profundos del catéter y mayor apoyo para casos complejos⁵. En nuestra investigación, el catéter GuideLiner fue elegido debido a la familiaridad de uso y disponibilidad, pero también se pueden considerar catéteres similares, cuando estén disponibles. Considerado un catéter guía “madre e hijo”(Figura 1B),el dispositivo cabe dentro de un catéter de guía coronario típico (“madre”) y es un tubo flexible coaxial (“niño”). Este catéter se puede insertar sobre un alambre guía y efectivamente alarga el alcance de un catéter de guía coronario típico extendiéndose más allá del final de la guía coronaria. El GuideLiner o un catéter similar para madre e hijo se puede utilizar como apoyo adicional para el despliegue de los implantes coronarios impresos en 3D. Debido a que los implantes se montan sobre globos de angioplastia para insertarlos como una unidad sobre un cable coronario en el recipiente(Figura 1B,1C),el catéter ofrece soporte adicional para entregar el implante al sitio deseado. Al colocar el catéter materno-infantil sólo proximal al globo, el implante permanece en el lugar deseado durante la deflación y retracción del globo. A pesar de tener cierta firmeza en su estructura, la capacidad única del catéter materno-infantil para avanzar profundamente en las arterias coronarias sobre un alambre guía y el marcador radiopaco en la punta del catéter fueron características esenciales para la implantación.

Nuestro aparato de parto ensamblado consistía en un catéter de guía coronaria típico, el catéter de madre e hijo y un implante impreso en 3D fijado en un globo de angioplastia coronaria desinflado(Figura 1B). Como unidad de parto funcional, el catéter materno-infantil no sólo proporcionó un apoyo adicional estable para la entrega del equipo, sino que también se aplicó de forma única como un dispositivo de cizallamiento para mantener los implantes en su lugar durante la deflación y la extracción del globo. El marcador radiopaco en la punta del catéter sirvió como guía de posicionamiento para el aparato ensamblado y se sienta proximal al globo de la angioplastia. Estas características permitieron un despliegue preciso de los implantes de limitación de flujo. El proceso fue diseñado para ser reproducible, eficiente y humano para los sujetos animales.

En nuestra aplicación, se utilizó la técnica de parto percutáneo madre-hijo para crear modelos porcinos con estenosis coronaria focal para la evaluación de la resonancia magnética de perfusión cardíaca (RM) de estrés mejorado por contraste. Sin embargo, la técnica puede emplearse en otras investigaciones, incluidos los sistemas vasculares fuera de los vasos coronarios.

Protocol

Realizamos los experimentos de acuerdo con las directrices de la Ley de Bienestar Animal, los Institutos Nacionales de Salud y la Asociación Americana del Corazón sobre el Uso de Animales de Investigación. Nuestro Comité Institucional de Cuidado y Uso animal aprobó el protocolo de estudio animal. 1. Preparación preprocesal de implantes de estenosis coronaria impresa en 3D Con pinzas, sumerja los implantes impresos en una solución de heparina del 25% para evitar la formación d…

Representative Results

Después de la optimización inicial del procedimiento, el componente de intervención se completó en un plazo de 30 minutos. Los implantes se entregaron con éxito en los 11 sujetos (100%). El implante fue recuperado en la autopsia en los 11 sujetos (100%). Usando las ramas diagonales (a lo largo del LAD) u obtusas ramas marginales (a lo largo del LCX) como marcadores posicionales, encontramos que la posición del implante en el despliegue guiado por fluoroscópicos y en la autopsia era consistente en 10 de las 11 (91%…

Discussion

En este trabajo, nos centramos en una nueva estrategia de despliegue percutáneo para implantes que inducen la estenosis coronaria y mostramos que un catéter de madre e hijo puede ser reutilizado para la administración percutánea efectiva de implantes coronarios impresos en 3D. Las estenosis coronarias artificiales discretas de gravedad variable se pueden crear rápidamente en modelos porcinos con una alta tasa de éxito y de manera mínimamente invasiva utilizando técnicas y equipos de intervención coronaria percut…

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