Tri-broşür Polimer Vanalar göreceli hidrodinamik Değerlendirme Protokolü
Summary
Polimer vanalar gelişmekte olan ilgi yenilendi. Burada, hedefleri üç-broşür geometrileri karşılamak için ve yakın-aynı koşullar altında toplanan yerli ve protez kapak verilerine göre polimer kapak hidrodinamik veri sunmak için bir protokol tanımlamak için ticari bir darbe teksir değiştirme fizibilite göstermek için vardır.
Abstract
Mevcut protez, xenografts ve homogreftler sınırlamaları üç-broşür polimer kapak protezi alanında gelişmeler son dirilişi yol açmıştır. Ancak, polimer kapak hidrodinamik işlevsellik ilk değerlendirme için bir protokol belirlenmesi tasarım sürecinin erken aşamalarında çok önemlidir. In vitro darbe teksir sistemlerinde Geleneksel esnek tri-broşür malzemeleri karşılamak için yapılandırılmamış, buna ek olarak, polimer kapak işlevsellik değerlendirmesi aynı test koşullarında yerli ve protez kalp kapakçığı için göreli bir bağlamda yapılması gereken o kadar farklı gelen ölçümlerde değişkenlik araçlar önlenebilir. Buna göre,)) yerel (n = 4, ortalama çapı, D = 20 mm), ii) iki-broşür mekanik (n = 2, K = 23 mm) ve III I hidrodinamik değerlendirmesi yapılmıştır polimer kapaklar (n = 5, D, bir ticari olarak temin edilebilen darbe teksir sisteminin kullanımı ile = 22 mm) (ViVitro LabsA.Ş., Victoria, BC) bu üç-broşür kapak geometrileri karşılamak için güncellenmiştir. Florida Üniversitesi'nde geliştirilen Tri-broşür silikon vanalar polimer valf grubunu oluşturdu. Su 35:65 gliserin oranındaki bir karışımı, kan fiziksel özelliklerini taklit etmek için kullanıldı. Basınç ventriküler ve aort pozisyonlarda olurken, anlık akış hızı, sol ventrikül ve aort birimlerinin arayüz ölçülmüştür. Bi-broşür ve literatür doğal kapak veri akışı ve basınç okumaları doğrulamak için kullanıldı. Aşağıdaki hidrodinamik ölçümler bildirilmiştir: ileri akış basınç düşüşü, aort kökü kare ileri akış hızı, aort kapanış, kaçak ve yetersizlik hacmi, transaortik kapanış, kaçak ve toplam enerji kayıpları anlamına gelir. Temsilcisi sonuçları üç valf grupları hidrodinamik ölçümleri başarılı bir ticari darbe teksir sistemi ve subsequentl bir özel yapılmış montaj dahil ederek elde edilebileceğini belirttiy, objektif polimer kapak tasarımı fonksiyonel yönleri üzerinde anlayış sağlamak göre.
Introduction
Kalp kapak hastalığı genellikle dejeneratif kapak kalsifikasyonu 1, romatizmal ateş 2, endokardit 3,4 veya konjenital doğum kusurları kaynaklanır. Kapak hasarı darlığı ve / veya yetersizliği kapak prolapsusu ve cerrahi tamir edilemez neden oluştuğunda, doğal kapak genellikle protez kapak ile değiştirilir. Şu anda mevcut seçenekleri mekanik vanalar (kafes-vanaları, devirme disk vanalar, vb.), Homogreft ve biyolojik kapakların (domuz ve sığır vanalar) içerir. Mekanik vanalar genellikle dayanıklılık dayalı genç hastalar için tavsiye edilir, ancak hastanın trombotik komplikasyonlar 5 önlemek için antikoagülan tedavisi olmaya devam etmelidir. Homogreft ve biyolojik protez kan inceltici tedavi önlemek için etkin seçimler olmuştur, ancak bu vanalar fibrozis için yüksek risk, kalsifikasyon, dejenerasyon, ve valf arızası 6 yol açan immünojenik komplikasyonlar. Doku mühendisliği vanaları gelişmekte olan bir teknoloji 7-9 olarak araştırıldı, ama çok hala ortaya gerekmektedir edilmektedir. Alternatif dayanıklı, biyo-uyumlu, protez kalp kapak hastalığı hastaların yaşam kalitesini artırmak için ihtiyaç vardır. Yine, bu valf tasarımı kalp hastalığı kapak 10 ile seçilen hastaların tedavisinde dönüştürülmesi için potansiyel gösteren transkateter yaklaşımlarla transkateter valf teknolojisi kullanılan biyoprotez yerini alabilir.
Gibi mevcut standartlara belirttiği, başarılı bir kalp kapağı yerine aşağıdaki performans özelliklere sahip olmalıdır: "1) kabul edilebilir küçük ortalama basınç farkı düşüşü ile akış ileri sağlar; 2) kabul edilebilir küçük yetersizliği olan retrograd akışını engeller, 3) embolizasyon direnir;) 4 direnir hemoliz, 5) trombüs oluşumuna karşı dayanıklıdır; 6) biyouyumlu, 7) in vivo tanı teknikleri ile uyumludur; 8) hedef teslim ve implante edilebilir birnüfus, 10) kabul edilebilir bir gürültü seviyesi vardır;, 9) kez yer sabit kalır 11) tekrarlanabilir fonksiyonu vardır; 12), makul bir ömür boyu işlevselliğini tutar genel sınıf ile uyumlu, 13) makul bir raf için işlevselliği ve kısırlık korur implantasyon öncesinde hayat. "11. Mevcut kapak protezi eksikliklerin bazıları potansiyel bir polimer vana ile üstesinden olabilir. Biyouyumlu polimerler biyo, anti-hidroliz, anti-oksidasyon ve gibi avantajlı mekanik özelliklerine göre üst aday olarak kabul edilmiştir , yüksek mukavemetli ve viskoelastisite. Özellikle, elastomerik polimerler Elastomerler yumuşak doku özelliklerini taklit etmek için uygun olabilir. doğal kapak dinamikleri benzeyen malzeme deformasyon sağlayabilir, ve biyo-hoşgörülü ve birleştirilmiş dayanabilir mevcut tek yapay malzemeler olabilir in vivo olarak, akışkan ile indüklenen, bükülme ve gerilme, ancak sağlıklı, benzer bir şekilde hareketdoğal kapak hareket. Ayrıca, elastomer seri üretim kolaylıkla saklanan boyutlarda, çeşitli, maliyet-etkin cihazlar olması bekleniyor ve yapısal lifli takviye ile artar olabilir olabilir.
Bir tri-broşür kapak monte polimer malzemelerin kullanımı kavramı yeni bir şey değil ve sınırlı kapak dayanıklılığı nedeniyle büyük ölçüde terk edildi, son 50 yılda 12 üzerinde çeşitli araştırma soruşturma konusu olmuştur. Ancak, yeni üretim yöntemleri 13,14 gelişine, polimer malzemelerin 15,16 ve transkateter valf teknolojisi ile polimer kapak yerine potansiyel kesintisiz entegrasyon takviye, son bir potansiyel olarak polimer vanalar gelişmekte olan yenilenmiş bir ilgi ve faaliyet olmuştur mevcut ticari vanaları için alternatif. Bu açıdan, hidrodinamik işlevselliğini değerlendirmek için bu vanalar test etkinleştirmek için bir protokol ilk adımdırdeğerlendirme sürecinde; henüz ticari darbe simülatörü sistemleri genellikle üç-broşür kapak tasarımları karşılamak için donatılmıştır ve ticari kalp kapakçıkları (örneğin devirme disk, iki broşür mekanik kalp kapakçığı) eklemek için dairesel bir boşluk içermez. İkinci olarak, polimer vanalar olan hidrodinamik sadece göreceli bir bağlamda değerlendirilebilir gelişmekte olan bir teknolojidir. Doğal kalp kapak basınç ve akış veri mevcut olmasına rağmen, bunun için hesap şekilde polimer vanalar değerlendirmek için kullanılan aynı pulsatil simülatörü kullanarak, insan vanalar için biyolojik olarak benzer yerli aort domuz vanalar, test yapmak için önemlidir sistem bağlı olabilir ölçüm farklılıkları. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, piyasada bulunan darbe simülatörü tri-broşür kapak yapıları karşılamak için ve sistematik bir göreceli devam polimer kapak hidrodinamik ölçümleri değerlendirmek için bir montaj ile donatılmış nasıl göstermektidahili mekanik ve doğal domuz kalp kapak meslektaşları ile karşılaştırıldığında. Bizim durumumuzda, yeni üç-broşür silikon polimer vanalar önce polimer valf grubu oluşan Florida 13 Üniversitesi'nde geliştirdi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, bir polimer ve doğal domuz valf bu hidrodinamik test gerçekleştirilir, böylece üç yaprakçık valf geometrileri karşılamak için ticari olarak satılan bir pulsatil teksir biriminin modifiye yarar göstermiştir. Özellikle bizim durumumuzda, sistem modifiye bir ViVitro sol kalp ve ViViTest veri toplama sistemi (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Kanada) ile kontrol sistemik simülatörü sistemi (Şekil 1a) oldu. Ancak, sistem tüm insan dolaşımı 22-25 için öne…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Florida Üniversitesi'nden bir tohum hibe – College Tıp minnetle kabul edilmektedir. NIH / NIGMS R25 GM061347: bilimsel geliştirme (MBR-RISE) bursu için araştırma girişimi – Lisansüstü (Manuel Salinas) biyomedikal araştırma programları bir azınlık fırsatları ile desteklenmiştir. Florida Uluslararası Üniversitesi ile Wallace H. Coulter Vakfı maddi destek, Biyomedikal Mühendisliği Bölümü de minnetle kabul edilmektedir. Kamau Pier, Malaki Suttle, Kendall Armstrong ve İbrahim Alfonso: Son olarak, yazarlar deneysel sürecinin çeşitli aşamalarında onların yardım için aşağıdaki öğrencilerimize teşekkür.
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 |
References
- Rajamannan, N. M., et al. Calcific aortic valve disease: not simply a degenerative process: A review and agenda for research from the National Heart and Lung and Blood Institute Aortic Stenosis Working Group. Executive summary: Calcific aortic valve disease-2011 update. Circulation. 124, 1783-1791 (2011).
- Marijon, E., Mirabel, M., Celermajer, D. S., Jouven, X. Rheumatic heart disease. Lancet. 379, 953-964 (2012).
- Karaci, A. R., et al. Surgical treatment of infective valve endocarditis in children with congenital heart disease. J. Card. Surg. 27, 93-98 (2012).
- Knirsch, W., Nadal, D. Infective endocarditis in congenital heart disease. Eur. J. Pediatr. 170, 1111-1127 (2011).
- Korossis, S. A., Fisher, J., Ingham, E. Cardiac valve replacement: a bioengineering approach. Biomed. Mater. Eng. 10, 83-124 (2000).
- Ghanbari, H., et al. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 27, 359-367 (2009).
- Mol, A., Smits, A. I., Bouten, C. V., Baaijens, F. P. Tissue engineering of heart valves: advances and current challenges. Expert Rev. Med. Devices. 6, 259-275 (2009).
- Ramaswamy, S., et al. The role of organ level conditioning on the promotion of engineered heart valve tissue development in using mesenchymal stem cells. Biomaterials. 31, 1114-1125 (2010).
- Sacks, M. S., Schoen, F. J., Mayer, J. E. Bioengineering challenges for heart valve tissue engineering. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 289-313 (2009).
- Zamorano, J. L., et al. EAE/ASE recommendations for the use of echocardiography in new transcatheter interventions for valvular heart disease. J. Am. Soc. Echocardiogr. 24, 937-965 (2011).
- ANSI/AAMI/ISO. Cardiovascular Implants – Cardiac Valve Prostheses. Assoc. Adv. Med. Instrum. 71, (2005).
- Gallocher, S. L. . Durability Assessment of Polymer Trileaflet Heart Valves PhD thesis. , 313 (2007).
- Carroll, R., Boggs, T., Yamaguchi, H., Al-Mously, F., DeGroff, C., Tran-Son-Tay, R. Blood Cell Adhesion on Polymeric Heart Valves. , (2012).
- Pierre, K. K., Salinas, M., Carroll, R., Landaburo, K., Yamaguchi, H., DeGroff, C., Al-Mousily, F., Bleiweis, M., Ramaswamy, S. Hydrodynamic Evaluation of a Novel Tri-Leaflet Silicone Heart Valve Prosthesis. , (2012).
- Cacciola, G., Peters, G. W., Schreurs, P. J. A three-dimensional mechanical analysis of a stentless fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 33, 521-530 (2000).
- De Hart, J., Cacciola, G., Schreurs, P. J., Peters, G. W. A three-dimensional analysis of a fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 31, 629-638 (1998).
- Lim, W. L., Chew, Y. T., Chew, T. C., Low, H. T. Pulsatile flow studies of a porcine bioprosthetic aortic valve in vitro: PIV measurements and shear-induced blood damage. J. Biomech. 34, 1417-1427 (2001).
- Gutierrez, C., Blanchard, D. G. Diastolic heart failure: challenges of diagnosis and treatment. Am. Fam. Physician. 69, 2609-2616 (2004).
- Shi, Y., Yeo, T. J., Zhao, Y., Hwang, N. H. Particle image velocimetry study of pulsatile flow in bi-leaflet mechanical heart valves with image compensation method. J. Biol. Phys. 32, 531-551 (2006).
- Chandran, K. B., Yoganathan, A. P., Rittgers, S. E. . Biofluid Mechanics: The Human Circulation. , 277-314 (2007).
- Akins, C. W., Travis, B., Yoganathan, A. P. Energy loss for evaluating heart valve performance. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 136, 820-833 (2008).
- Fung, Y. C. . Biomechanics: Circulation. , (1997).
- Keener, J., Sneyd, J. . Mathematical Physiology, II: Systems Physiology. , (1998).
- Quick, C. M., Berger, D. S., Noordergraaf, A. Apparent arterial compliance. Am. J. Physiol. 274, H1393-H1403 (1998).
- Wang, Q., Jaramillo, F., Kato, Y., Pinchuk, L., Schoephoerster, R. T. Hydrodynamic Evaluation of a Minimally Invasive Heart Valve in an Isolated Aortic Root Using a Modified In Vitro Model. J. Med. Devices. 3, 011002.1-011002.6 (2009).
- Baldwin, J. T., Campbell, A., Luck, C., Ogilvie, W., Sauter, J. Fluid dynamics of the CarboMedics kinetic bileaflet prosthetic heart valve. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 11, 287-292 (1997).
