Protocole pour l'évaluation hydrodynamique relative de Vannes polymères tri-leaflet
Summary
Il ya eu un regain d'intérêt dans le développement de valves polymères. Ici, les objectifs sont de démontrer la faisabilité de la modification d'un duplicateur d'impulsion commerciale pour accueillir géométries tri-leaflet et de définir un protocole de présenter des données hydrodynamiques de soupape polymères par rapport aux données de valve native et prothétique recueillies dans des conditions quasi-identiques.
Abstract
Limitations de valves prothétiques actuellement disponibles, les xénogreffes, et homogreffes ont suscité une résurgence récente des développements dans le domaine de la vanne à trois dépliant polymère prothèses. Cependant, l'identification d'un protocole pour l'évaluation initiale de la fonctionnalité hydrodynamique de la vanne polymère est primordiale durant les premières étapes du processus de conception. Traditionnelle dans les systèmes de duplication impulsions in vitro ne sont pas configurés pour utiliser des matériaux tri-feuillets flexibles, en outre, l'évaluation de la fonctionnalité de valve polymère doit être faite dans un contexte par rapport aux valves cardiaques natives et prothétiques dans des conditions d'essai identiques de sorte que la variabilité des mesures de différents instruments peuvent être évités. En conséquence, nous avons effectué une évaluation hydrodynamique i) natif (n = 4, diamètre moyen, D = 20 mm), ii) bi-feuillet mécanique (n = 2, D = 23 mm) et iii) les vannes polymère (n = 5, D = 22 mm) via l'utilisation d'un système de duplication d'impulsion disponible dans le commerce (ViVitro LabsInc, Victoria, C.-B.) qui a été modifié pour tenir compte des géométries de valve à trois folioles. Valves en silicone Tri-dépliant développés à l'Université de Floride composent le groupe de vannes polymère. Un mélange dans un rapport de 35:65 glycérine à de l'eau a été utilisé pour reproduire les propriétés physiques du sang. Débit instantané a été mesurée à l'interface du ventricule gauche et l'aorte alors que les unités de pression a été enregistré au niveau des positions ventriculaires et aortiques. Données de valve native de la littérature Bi-dépliant et a permis de valider l'écoulement et de la pression. Les paramètres hydrodynamiques suivants ont été rapportés: chute de pression d'écoulement vers l'avant, la racine de l'aorte taux carré avant de débit, fermeture aortique, la fuite et le volume de régurgitation, fermeture transaortique, les fuites et les pertes d'énergie totale moyenne. Résultats de la représentante a indiqué que les paramètres hydrodynamiques des trois groupes de vannes pourraient être obtenus avec succès en incorporant un montage sur-mesure dans un système de duplication d'impulsion disponible dans le commerce et subsequently, par rapport objectivement pour donner un aperçu sur les aspects fonctionnels de la conception polymère valve.
Introduction
valvulopathie cardiaque est souvent due à dégénérative calcification de la valve 1, la fièvre rhumatismale 2, endocardite 3,4 ou malformations congénitales. Lorsque des dommages de valve se produit, provoquant une sténose et / ou régurgitation prolapsus de la valve et ne peut être chirurgicalement réparé la valve native est généralement remplacé par une prothèse valvulaire. Actuellement options disponibles incluent les valves mécaniques (vannes cage sphérique, vannes de disque pendulaires, etc.), Homogreffes et bioprothèses (porcine et bovine vannes). Les valves mécaniques sont souvent recommandés pour les patients plus jeunes en fonction de leur durabilité, mais le patient doit rester sous traitement anticoagulant pour prévenir les complications thrombotiques 5. Prothèses valvulaires homogreffes et biologiques ont été des choix efficaces pour éviter sang thérapie plus mince, mais ces valves présentent un risque élevé pour la fibrose, la calcification, la dégénérescence et les complications immunogènes menant à la défaillance de la vanne 6. Valves de l'ingénierie tissulaire sont à l'étude comme une technologie émergente 7-9, mais il reste encore beaucoup à découvrir. , Vannes alternatifs durables, biocompatibles prothèses sont nécessaires pour améliorer la qualité de vie des patients atteints de maladies des valves cardiaques. Encore une fois, cette conception de la valve pourrait remplacer la bioprothèse utilisés dans la technologie de valve percutanée, avec des approches de cathétérisme montrant le potentiel pour transformer le traitement des patients sélectionnés atteints de la maladie de la valvule cardiaque 10.
Comme indiqué par les normes actuelles, un succès remplacement de valve cardiaque devrait avoir les caractéristiques de performance suivantes: «1) permet d'avancer débit avec suffisamment faible chute de différence moyenne de pression; 2) empêche l'écoulement rétrograde avec suffisamment faible régurgitation; 3) résiste embolisation; 4) résiste hémolyse; 5) résiste à la formation de thrombus; 6) est biocompatible; 7) est compatible avec des techniques de diagnostic in vivo, 8) est livrable et implantable dans le corps ciblepopulation; 9) reste fixée une fois placé, 10) a un niveau de bruit acceptable; 11) a une fonction reproductible; 12) conserve sa fonctionnalité pour une durée de vie raisonnable, conformément à sa classe générique; 13) maintient sa fonctionnalité et sa stérilité pour une durée raisonnable la vie avant l'implantation. "11. Certaines des lacunes de prothèses valvulaires existants peuvent potentiellement être surmontés par une vanne polymère. polymères biocompatibles ont été considérés comme les meilleurs candidats sur la base biostabilité, anti-hydrolyse, anti-oxydation et des propriétés mécaniques intéressantes telles que haute résistance et visco-élasticité. En particulier, les polymères élastomères peuvent prévoir la déformation du matériau ressemblant à la dynamique de valve native. élastomères peut être adapté pour imiter les propriétés des tissus mous, et ils peuvent être les seuls matériaux artificiels disponibles qui sont bio-tolérants et capables de résister aux couplé, in vivo, les contraintes induites par le fluide, la flexion et à la traction, pour l'instant, se déplacent d'une manière ressemblant à la santé,mouvement de la valve native. En outre, les élastomères peut être produit en masse dans une variété de tailles, stockées en toute simplicité, devraient être des dispositifs rentables et peuvent être structurellement augmenté avec renfort fibreux.
Le concept de l'utilisation de matériaux polymères à monter une vanne à trois dépliant n'est pas nouvelle et a fait l'objet de plusieurs enquêtes de recherche au cours des 50 dernières années 12, qui ont été abandonnés en grande partie en raison de la longévité de la vanne limitée. Cependant, avec l'avènement de nouvelles méthodes de fabrication 13,14, le renforcement des matériaux polymères 15,16 et l'intégration transparente de polymère potentiellement remplacer des soupapes avec la technologie de valve percutanée, il ya eu récemment un regain d'intérêt et d'activité dans le développement de valves polymère comme potentiellement alternative viable aux valves commerciales actuellement disponibles. Dans cette optique, un protocole pour permettre l'essai de ces vannes pour évaluer la fonctionnalité hydrodynamique est la première étapedans le processus d'évaluation; encore les systèmes de simulateurs d'impulsions disponibles dans le commerce ne sont généralement pas équipés pour accueillir des modèles de vannes à trois folioles et contiennent un espace annulaire d'insérer des valves cardiaques disponibles dans le commerce (par exemple, les valves cardiaques mécaniques bi-feuillet disque d'inclinaison). Deuxièmement, les vannes de polymère sont une technologie émergente dont l'hydrodynamique ne peut être évaluée dans un contexte relatif. Même si les données de flux et de pression de la valve cardiaque native est disponible, il est important d'effectuer des tests de valves porcines de l'aorte indigènes, qui sont biologiquement similaire à soupapes humains, en utilisant le même simulateur pulsatile qui est utilisé pour évaluer les vannes polymère de manière à tenir compte des différences de mesure qui peuvent être dépendant du système. Ainsi, l'objectif de cette étude était de démontrer comment un simulateur d'impulsion disponible dans le commerce peut être équipé d'un ensemble pour accueillir des constructions de vannes à trois folioles et d'évaluer systématiquement polymères paramètres hydrodynamiques de soupape dans un cont rapportposte par rapport à leurs homologues de valve cardiaque mécanique et porcines indigènes. Dans notre cas, les vannes de polymère de silicone tri-feuillet nouvelles précédemment développé à l'Université de la Floride 13 composé le groupe de vannes polymère.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans cette étude, nous avons démontré l'utilité de la modification d'une unité de duplication pulsatile disponible dans le commerce pour accueillir des géométries de soupape tri-leaflet sorte que les essais hydrodynamique du polymère et de valves porcines indigènes peut être effectuée. Plus précisément, dans notre cas, le système modifié était un cœur gauche ViVitro et système de simulation systémique (Figure 1a), contrôlée par le système d'acquisition de données ViViT…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Une subvention de démarrage de l'Université de Floride – College of Medicine est grandement appréciée. Études supérieures (Manuel Salinas) ont été soutenus par une des possibilités des minorités dans les programmes de recherche biomédicale – Initiative de recherche pour l'amélioration scientifique (MBRS-RISE) bourses: NIH / NIGMS R25 GM061347. Le soutien financier de la Fondation Wallace H. Coulter à travers Florida International University de, Département de génie biomédical est également appréciée. Enfin, les auteurs remercient les étudiants suivants pour leur aide au cours des différentes étapes du processus expérimental: Kamau Pier, Malachi Suttle, Kendall Armstrong et Abraham Alfonso.
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 |
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