Protokoll für Relative Hydrodynamische Beurteilung der Tri-Polymer Merkblatt Ventile
Summary
Es wurde Interesse an der Entwicklung Polymer Ventile erneuert. Hier sind die Ziele, um die Machbarkeit der Modifizierung eine kommerzielle Puls duplicator zu tri-Merkblatt Geometrien aufnehmen und ein Protokoll zu definieren Polymer Ventil hydrodynamischen Daten im Vergleich zu nativen und Klappenprothese Daten unter nahezu identischen Bedingungen gesammelt präsentieren zu demonstrieren.
Abstract
Einschränkungen der derzeit verfügbaren künstliche Herzklappen, Xenotransplantate und Homografts eine aktuelle Wiederaufleben der Entwicklungen im Bereich der Tri-Broschüre Polymer Klappenprothesen aufgefordert. Allerdings ist die Identifizierung eines Protokolls für die erste Bewertung der Polymer Ventil hydrodynamischen Funktionalität während der frühen Phasen des Design-Prozesses im Vordergrund. Traditionell in vitro Puls duplicator Systeme sind nicht so konfiguriert, dass flexible tri-Merkblatt Materialien aufnehmen, darüber hinaus, Bedarfsanalyse von Polymer Ventil Funktionalität in einem relativen Zusammenhang zu nativen und künstlichen Herzklappen unter identischen Testbedingungen hergestellt werden, so dass die Variabilität in Messungen aus verschiedenen Instrumente können vermieden werden. Dementsprechend führten wir hydrodynamischen Beurteilung i) Muttersprache (n = 4, mittlerer Durchmesser, D = 20 mm), ii) bi-Merkblatt mechanische (n = 2, D = 23 mm) und iii) polymer Ventile (n = 5, D = 22 mm) über die Verwendung eines handelsüblichen Puls duplicator System (ViVitro LabsInc, Victoria, BC), die wurde modifiziert, um tri-Merkblatt Ventil Geometrien unterzubringen. Tri-Broschüre Silikon Ventile an der University of Florida entwickelt umfasste die Gruppe Polymer Ventil. Ein Gemisch im Verhältnis von 35:65 Glycerin zu Wasser wurde verwendet, um Blut physikalischen Eigenschaften nachzuahmen. Momentanen Durchfluss an der Grenzfläche der linken Herzkammer und Aorta-Einheiten gemessen wird, während Druck an den Ventrikel und Aorta Positionen aufgenommen wurde. Bi-Broschüre und natürlichen Klappe Daten aus der Literatur wurde verwendet, um Durchfluss und Druck Lesungen validieren. Die folgenden hydrodynamischen Metriken wurden gemeldet: Vorlauf Druckabfall bedeuten Aortenwurzel Feld vorwärts Durchfluss, Aorten-Schließung, Leckage und Regurgitationsvolumen, transaortale endet, Leckage, und insgesamt Energieverluste. Repräsentative Ergebnisse zeigten, dass hydrodynamische Metriken aus den drei Gruppen erfolgreich Ventil könnte durch den Einbau eines custom-built-Baugruppe in einem handelsüblichen Puls duplicator und subsequentl erhalten werdeny, objektiv gegenüber Erkenntnisse über funktionelle Aspekte der Polymer Ventil Design bieten.
Introduction
Herzklappenerkrankungen resultiert oft aus degenerative Verkalkung Ventil 1, 2 rheumatischen Fiebers, Endokarditis 3,4 oder angeborene Missbildungen. Wenn das Ventil Schaden tritt verursacht Stenose und / oder Erbrechen Ventil Prolaps und operativ nicht repariert werden kann, wird die natürliche Klappe normalerweise durch eine Herzklappe ersetzt. Die derzeit verfügbaren Optionen umfassen mechanische Ventile (Käfig-Kugelhähne, Kipp-Ventile, etc.), Homograft und bioprothetischen Ventile (Schwein und Rind Ventile). Mechanische Klappen werden oft bei jüngeren Patienten auf ihre Haltbarkeit beruhen empfohlen, aber der Patient ist erforderlich, um auf gerinnungshemmende Therapie zu verhindern thrombotischen Komplikationen 5 bleiben. Homograft und biologische Klappenprothesen wurden effektive Entscheidungen zu Blutverdünner Therapie zu vermeiden, jedoch haben diese Ventile erhöhten Risiko für Fibrose, Verkalkung, Degeneration, und immunogen Komplikationen führt zu Ausfall des Ventils 6. Tissue-Engineering-Ventile werden als eine neue Technologie 7-9 untersucht, aber es bleibt noch viel aufgedeckt werden. Alternative langlebig, biokompatibel, künstliche Herzklappen sind notwendig, um die Lebensqualität der Herzklappenerkrankungen Patienten zu verbessern. Auch hier könnte dieses Ventil Design ersetzen die Bioprothese in transcatheter Ventil-Technik verwendet, mit transcatheter Ansätze zeigt das Potenzial für die Umwandlung der Behandlung von ausgewählten Patienten mit Herzklappenerkrankungen 10.
Wie von aktuellen Standards angegeben, ein erfolgreicher Herzklappe Ersatz sollte folgende Leistungsmerkmale haben: "1) ermöglicht Vorlauf mit annehmbar kleinen mittleren Druckdifferenz Tropfen, 2) verhindert, retrograde Strömung mit akzeptabler kleine Aufstoßen, 3) widersteht Embolisation; 4) widersteht Hämolyse, 5) widersteht Thrombusbildung, 6) ist biokompatibel; 7) ist kompatibel mit in vivo diagnostische Techniken, 8) ist lieferbar und implantierbare im ZielBevölkerung; 9) fixiert bleibt einmal platziert; 10) hat eine akzeptable Lärmpegel; 11) reproduzierbar Funktion; 12) behält seine Funktionalität zu einem vernünftigen Leben im Einklang mit seinen generische Klasse; 13) behält seine Funktionalität und Sterilität zu einem vernünftigen Regal Leben vor der Implantation. "11. Einige der Mängel des bestehenden Klappenprothesen kann möglicherweise durch eine Polymer-Ventil überwunden werden. biokompatible Polymere wurden Top-Kandidaten auf der Grundlage Biostabilität, anti-Hydrolyse, Anti-Oxidation, und vorteilhafte mechanische Eigenschaften wie als hohe Festigkeit und Viskoelastizität. Insbesondere kann Elastomerpolymere bieten Materialumformung ähnelt natürlichen Klappe Dynamik. Elastomere zugeschnitten werden, um Weichgewebe Eigenschaften nachzuahmen, und sie können nur die künstlichen Materialien zur Verfügung, die bio-tolerant sind, und das kann die gekoppelte widerstehen, in vivo, Fluid-induzierte, Biege-und Zugspannungen, aber in einer Weise ähnlich gesund zu bewegen,nativen Klappe Bewegung. Darüber hinaus können Elastomere in Massenproduktion hergestellt werden in einer Vielzahl von Größen, mit Leichtigkeit gespeichert werden soll kostengünstige Geräte sein und strukturell mit Faserverstärkung verstärkt werden.
Das Konzept der Verwendung von Polymer-Materialien, um eine tri-Merkblatt Ventil montieren ist nicht neu und war bereits Gegenstand mehrerer Untersuchungen Forschung in den letzten 50 Jahren 12, die weitgehend wurden aufgrund der begrenzten Haltbarkeit Ventil aufgegeben. Doch mit dem Aufkommen der neuen Fertigungsmethoden 13,14, die Verstärkung von Polymerwerkstoffen 15,16 und potenziell nahtlose Integration von Polymer Klappenersatzprodukten mit transcatheter Ventil-Technik, hat es vor kurzem ein erneutes Interesse und Aktivität bei der Entwicklung von Polymer-Ventile als potenziell Alternative zu derzeit verfügbaren kommerziellen Ventile. In diesem Licht betrachtet, ist ein Protokoll zu ermöglichen Erprobung dieser Ventile hydrodynamischen Funktionalität beurteilen der erste Schrittin der Auswertung, doch im Handel erhältlich Pulssimulators Systeme in der Regel kommen nicht ausgestattet, um tri-Merkblatt Ventilkonstruktionen aufnehmen und enthalten einen ringförmigen Abstand zu kommerziell erhältlichen Herzklappen (zB Kippscheibenprothese, bi-Merkblatt mechanische Herzklappen) einzufügen. Zweitens sind Ventile Polymer eine neue Technologie, deren Hydrodynamik kann nur in einer relativen Kontext beurteilt werden. Obwohl nativen Herzklappe Druck und Durchfluss Daten verfügbar sind, ist es wichtig, für die Versuche an nativen Schweine-Aorta-Ventile, die biologisch ähnlich dem menschlichen Ventile durchzuführen, unter Verwendung der gleichen pulsatile Simulator, mit der die Polymer-Ventile so zu bewerten, um Konto für Messung Unterschiede, die vom System abhängig kann. Somit war das Ziel dieser Studie zu zeigen, wie ein im Handel erhältliches Puls Simulator mit einer Baugruppe zu tri-Merkblatt Ventil Konstrukte aufzunehmen und systematisch zu evaluieren Polymer Ventil hydrodynamischen Metriken in einer relativen cont montiert werdenext im Vergleich zu mechanischen und nativen Herzklappe vom Schwein Pendants. In unserem Fall, neuartige Tri-Broschüre Siliconpolymers Ventile zuvor an der Universität von Florida 13 umfasste die Polymer Ventil Gruppe entwickelt.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie haben wir die Brauchbarkeit Modifizieren eines handelsüblichen pulsatile Doppeleinheit bis dreifach Klappenventil Geometrien aufnehmen, so dass hydrodynamische Prüfung von Polymer und nativen Schweine-Ventile durchgeführt werden gezeigt. Speziell in unserem Fall war das System geändert a ViVitro linken Herzens und systemische Simulator (Abbildung 1a) über die ViViTest Datenerfassungssystem (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Kanada). Allerdings ist das System nicht im Gegensatz zu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ein Samen Zuschuss von der University of Florida – College of Medicine wird dankbar anerkannt. NIH / NIGMS R25 GM061347: Forschungsinitiative für die wissenschaftliche Weiterentwicklung (MBRS-RISE) Kameradschaft – Graduate Studien (Manuel Salinas) wurden durch eine Minderheit Möglichkeiten in der biomedizinischen Forschung Programmen unterstützt. Finanzielle Unterstützung aus dem Wallace H. Coulter Foundation durch Florida International University, ist Biomedical Engineering Department auch gedankt. Schließlich danken die Autoren folgende Studenten für ihre Unterstützung während der verschiedenen Phasen der experimentellen Prozess: Kamau Pier, Malachi Suttle, Kendall Armstrong und 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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