Deneysel Aort Kapak Prosedürlerinin ve Yeni Tıbbi Cihazların Hidrodinamik Testi için Ex Vivo Domuz Modeli
Summary
Hidrodinamik özelliklerini test etmek için bir domuz aort kapağını bir nabız çoğaltıcıya monte etmek için bir yöntem sunuyoruz. Bu yöntem, büyük bir hayvan modelinde kullanılmadan önce deneysel bir prosedürün veya yeni bir tıbbi cihazın uygulanmasından sonra hidrodinamikteki değişikliği belirlemek için kullanılabilir.
Abstract
Bir hayvan modelinde kullanılmadan önce yeni kardiyak prosedürleri ve araştırma tıbbi cihazlarını test etme seçenekleri sınırlıdır. Bu çalışmada, hidrodinamik özelliklerini değerlendirmek için bir domuz aort kapağının bir nabız çoğaltıcıya monte edilmesi için bir yöntem sunuyoruz. Bu özellikler daha sonra incelenen prosedür gerçekleştirilmeden önce ve sonra ve/veya araştırma tıbbi cihazı uygulandıktan sonra değerlendirilebilir. Sol ventrikül çıkış yolunda çevresel miyokard eksikliği nedeniyle giriş segmentinin sabitlenmesi biraz zorluk çıkarır. Bu yöntem, mitral kapağın ön broşürünü kullanarak giriş segmentini sabitleyerek ve ardından sol ventrikül serbest duvarını giriş fikstürünün etrafına dikerek bu sorunu giderir. Çıkış segmenti, fikstürün aortik arkın üst yönündeki bir kesiye yerleştirilmesiyle basitçe sabitlenir. Örneklerin doku fiksasyonundan önce ve sonra önemli ölçüde farklı hidrodinamik özelliklere sahip olduğunu bulduk. Bu bulgu, testlerimizde taze numuneler kullanmamıza neden oldu ve bu yöntemi kullanırken dikkate alınmalıdır. Çalışmamızda, monte edilmiş domuz aort kapakları üzerinde bir aort kapak neokuspidizasyon prosedürü (Ozaki prosedürü) gerçekleştirerek kapak pozisyonunda kullanılmak üzere yeni intrakardiyak yama materyallerini test etmek için bu yöntemi kullandık. Bu valfler, doğal valfe kıyasla hidrodinamik özelliklerdeki değişikliği değerlendirmek için prosedürden önce ve sonra test edildi. Burada, deneysel aort kapak prosedürlerinin hidrodinamik testi için, doğal kapakla ve incelenen prosedür için kullanılan farklı cihazlar ve teknikler arasında karşılaştırmaya olanak tanıyan bir platform sunuyoruz.
Introduction
Aort kapak hastalığı, özellikle dünya çapında 9 milyon insanı etkileyen aort darlığı olmak üzere önemli bir halk sağlığı yükünü temsil etmektedir1. Bu hastalığı ele almak için stratejiler şu anda gelişmektedir ve aort kapak onarımı ve aort kapak replasmanını içerir. Özellikle pediatrik popülasyonda, şu anda mevcut olan protezler yapısal kapak dejenerasyonuna (SVD) eğilimli olduğundan ve büyümeye toleranslı olmadığından, hasta büyüdükçe yeniden değiştirilmek üzere yeniden ameliyat gerektirdiğinden, kapağı değiştirmek yerine onarmak için önemli bir teşvik vardır. Hastalıklı aort kapağını (AV) doğal pulmoner kapak (PV) ile değiştiren Ross prosedürü bile, pulmoner pozisyonda SVD’ye ve genellikle sınırlı büyüme toleransına maruz kalan bir protez veya greft gerektirir2. Aort kapak hastalığına yeni yaklaşımlar geliştirilmektedir ve büyük bir hayvan modelinde uygulamadan önce biyolojik olarak ilgili bir bağlamda test yapılması gerekmektedir.
Bir araştırma prosedüründen veya yeni bir tıbbi cihazın uygulanmasından önce ve sonra valfin işlevi hakkında bilgi sağlayabilen bir domuz AV’sini test etmek için bir yöntem geliştirdik. Domuz AV’yi piyasada bulunan bir puls çoğaltıcı makinesine monte ederek, regürjitasyon fraksiyonu (RF), etkili orifis alanı (EOA) ve ortalama pozitif basınç farkı (PPD) dahil olmak üzere valf protezlerinin araştırılmasında ve nihayetinde onaylanmasında yaygın olarak kullanılan hidrodinamik özellikleri karşılaştırabiliyoruz3,4. Müdahale daha sonra büyük bir hayvan modelinde kullanılmadan önce biyolojik olarak ilgili bir bağlamda ince ayar yapılabilir, böylece insanlarda kullanılabilecek bir prosedür veya protez üretmek için gereken hayvan sayısı sınırlandırılabilir. Bu deney için kullanılan kalpler yerel mezbahadan veya diğer deneylerden elde edilen atık dokulardan elde edilebilir, bu nedenle bir hayvanı yalnızca bu deneyin amaçları için kurban etmek gerekli değildir.
Çalışmamızda, valf onarımı ve değişimi için yeni bir yama malzemesi geliştirmek için bu yöntemi kullandık. Domuz AV’leri üzerinde bir aort kapak neoküspidizasyon prosedürü (Ozaki prosedürü 5,6,7) gerçekleştirerek ve bunları işlemden önce ve sonra nabız çoğaltıcıda test ederek çeşitli yama materyallerinin hidrodinamik fonksiyonunu test ettik. Bu, hidrodinamik performansına dayalı olarak malzemeye ince ayar yapmamızı sağladı. Bu nedenle, bu yöntem, büyük bir hayvan modelinde uygulamadan önce AV’de kullanılmak üzere deneysel prosedürlerin ve yeni tıbbi cihazların hidrodinamik testi için bir platform sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada sunulan yöntem, deneysel bir prosedürün veya yeni bir tıbbi cihazın etkisini incelemek için AV’nin hidrodinamik testi için bir platform sağlar. Doğal aort kapağını bir puls çoğaltıcı makinesine monte ederek, deneysel prosedürün yeni kapak protezlerinin araştırılması ve onaylanmasında kullanılan tüm hidrodinamik parametreler üzerindeki etkisini belirleyebiliyoruz (ISO 5840). Bu, büyük bir hayvan modelinde kullanılmadan önce prosedürlere ve protezlere ince ayar yapma fırsatı sağlar….
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Julie Van Hassel, Mohamed Diane ve Panpan Chen de dahil olmak üzere Dr. Gordana Vunjak-Novakovic’in laboratuvarına, deneylerinden elde edilen kardiyak atık dokuları kullanmamıza izin verdikleri için teşekkür ederiz. Bu çalışma, Butler, NJ’deki Konjenital Kalp Kusuru Koalisyonu ve Bethesda, MD’deki Ulusal Sağlık Enstitüleri (5T32HL007854-27) tarafından desteklenmiştir.
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).
