نموذج الخنازير خارج الجسم الحي للاختبار الهيدروديناميكي لإجراءات الصمام الأبهري التجريبية والأجهزة الطبية الجديدة
Summary
نقدم طريقة لتركيب صمام أبهري خنزيري على ناسخ نبضي لاختبار خصائصه الهيدروديناميكية. يمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد التغير في الديناميكا المائية بعد تطبيق إجراء تجريبي أو جهاز طبي جديد قبل استخدامه في نموذج حيواني كبير.
Abstract
خيارات اختبار إجراءات القلب الجديدة والأجهزة الطبية الاستقصائية قبل استخدامها في نموذج حيواني محدودة. في هذه الدراسة ، نقدم طريقة لتركيب صمام أبهري خنزيري في ناسخ نبضي لتقييم خصائصه الهيدروديناميكية. يمكن بعد ذلك تقييم هذه الخصائص قبل وبعد تنفيذ الإجراء قيد التحقيق و / أو تطبيق الجهاز الطبي الاستقصائي. يمثل تأمين جزء التدفق بعض الصعوبة بسبب نقص عضلة القلب المحيطية في مجرى تدفق البطين الأيسر. تعالج هذه الطريقة هذه المشكلة عن طريق تأمين جزء التدفق باستخدام الوريقة الأمامية للصمام التاجي ثم خياطة الجدار الحر للبطين الأيسر حول تركيبات التدفق. يتم تأمين جزء التدفق الخارجي ببساطة عن طريق إدخال التركيب في شق في الجانب العلوي من قوس الأبهر. وجدنا أن العينات لها خصائص هيدروديناميكية مختلفة بشكل كبير قبل وبعد تثبيت الأنسجة. دفعتنا هذه النتيجة إلى استخدام عينات جديدة في اختباراتنا ويجب أخذها في الاعتبار عند استخدام هذه الطريقة. في عملنا ، استخدمنا هذه الطريقة لاختبار مواد رقعة جديدة داخل القلب لاستخدامها في وضع الصمامات عن طريق إجراء إجراء neocuspidization الصمام الأبهري (إجراء Ozaki) على الصمامات الأبهرية الخنازير المركبة. تم اختبار هذه الصمامات قبل وبعد الإجراء لتقييم التغير في الخصائص الهيدروديناميكية مقارنة بالصمام الأصلي. هنا ، نبلغ عن منصة للاختبار الهيدروديناميكي لإجراءات الصمام الأبهري التجريبية التي تتيح المقارنة مع الصمام الأصلي وبين الأجهزة والتقنيات المختلفة المستخدمة في الإجراء قيد البحث.
Introduction
يمثل مرض الصمام الأبهري عبئا كبيرا على الصحة العامة ، وخاصة تضيق الأبهر ، الذي يصيب 9 ملايين شخص في جميع أنحاء العالم1. تتطور حاليا استراتيجيات معالجة هذا المرض وتشمل إصلاح الصمام الأبهري واستبدال الصمام الأبهري. في الأطفال على وجه الخصوص ، هناك حافز كبير لإصلاح الصمام بدلا من استبداله لأن الأطراف الاصطناعية المتاحة حاليا عرضة لتنكس الصمام الهيكلي (SVD) ولا تتحمل النمو ، مما يتطلب إعادة التشغيل لإعادة الاستبدال مع نمو المريض. حتى إجراء روس ، الذي يستبدل الصمام الأبهري المصاب (AV) بالصمام الرئوي الأصلي (PV) ، يتطلب طرفا اصطناعيا أو طعما في الموضع الرئوي يخضع أيضا ل SVD وغالبا ما يكون تحمل النمومحدودا 2. ويجري تطوير نهج جديدة لمرض الصمام الأبهري، وهناك حاجة إلى الاختبار في سياق ذي صلة بيولوجية قبل تطبيقه في نموذج حيواني كبير.
لقد طورنا طريقة لاختبار AV الخنازير التي يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لوظيفة الصمام قبل وبعد إجراء بحثي أو تطبيق جهاز طبي جديد. من خلال تركيب AV الخنازير على آلة ناسخة نبضية متاحة تجاريا ، يمكننا مقارنة الخصائص الهيدروديناميكية التي يشيع استخدامها في التحقيق والموافقة في النهاية على الأطراف الاصطناعية للصمام ، بما في ذلك جزء القلس (RF) ، ومنطقة الفتحة الفعالة (EOA) ، ومتوسط فرق الضغط الإيجابي (PPD) 3,4. يمكن بعد ذلك ضبط التدخل في سياق ذي صلة بيولوجية قبل استخدامه في نموذج حيواني كبير ، مما يحد من عدد اللازمة لإنتاج إجراء أو طرف اصطناعي يمكن استخدامه في البشر. يمكن الحصول على القلوب المستخدمة في هذه التجربة من المسلخ المحلي أو النفايات من تجارب أخرى ، لذلك ليس من الضروري التضحية بحيوان فقط لأغراض هذه التجربة.
في عملنا ، استخدمنا هذه الطريقة لتطوير مادة رقعة جديدة لإصلاح الصمام واستبداله. اختبرنا الوظيفة الهيدروديناميكية لمجموعة متنوعة من مواد التصحيح عن طريق إجراء عملية neocuspidization للصمام الأبهري (إجراءOzaki 5،6،7) على AVs الخنازير واختبارها في ناسخ النبض قبل الإجراء وبعده. وقد مكننا ذلك من ضبط المواد بناء على أدائها الهيدروديناميكي. وبالتالي ، توفر هذه الطريقة منصة للاختبار الهيدروديناميكي للإجراءات التجريبية والأجهزة الطبية الجديدة للاستخدام على AV قبل التطبيق في نموذج حيواني كبير.
Protocol
Representative Results
Discussion
توفر الطريقة المعروضة هنا منصة للاختبار الهيدروديناميكي للمركبات من أجل فحص تأثير إجراء تجريبي أو جهاز طبي جديد. من خلال تركيب الصمام الأبهري الأصلي على جهاز ناسخ النبض ، يمكننا تحديد تأثير الإجراء التجريبي على جميع المعلمات الهيدروديناميكية المستخدمة في التحقيق والموافقة على الأطراف ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر مختبر الدكتورة جوردانا فونجاك نوفاكوفيتش ، بما في ذلك جولي فان هاسل ومحمد ديان وبانبان تشين ، للسماح لنا باستخدام أنسجة النفايات القلبية من تجاربهم. تم دعم هذا العمل من قبل تحالف عيوب القلب الخلقية في بتلر ، نيوجيرسي ، والمعاهد الوطنية للصحة في بيثيسدا ، ماريلاند (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 |
Riferimenti
- Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A. Valvular heart disease epidemiology. Medical Science. 10 (2), 32 (2022).
- Herrmann, J. L., Brown, J. W. Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).
- Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. Principles of TAVR valve design, modelling, and testing. Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).
- Pibarot, P., et al. Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).
- Ozaki, S., et al. Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).
- Krane, M., Amabile, A., Ziegelmüller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure). Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).
- Ozaki, S., et al. A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).
- Vandecasteele, T., et al. The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation. Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).
- Góes, A. M. O., et al. Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery. Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086 (2021).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Piątek, K., Hołda, J. Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue. Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Hołda, J. Penetration of formaldehyde based fixatives into heart. Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).
- Spampinato, R. A., et al. Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities. International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).
- Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).
- Baumgartner, H., et al. Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography. European Heart Journal – Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).
- Saisho, H., et al. An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).
- Saisho, H., et al. Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).
- Paulsen, M. J., et al. Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator. Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).
- Al-Atassi, T., et al. Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).
- Sun, M., et al. A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement. Biomaterials. 288, 121756 (2022).
- Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations. Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).
- Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure. Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).
