Elektrospinning ve Balon Genişletilebilir Bare Metal stentler Kullanma Küçük Caliber Stent-greft Fabrikasyon
Summary
In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.
Abstract
Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.
Introduction
Koroner girişim prosedürleri nedeniyle plak ve damar duvarının bozulması önemli damar duvarında yaralanmaya neden olabilir. Bu koroner lümeni 1-4 restenoz, damar greft periferik emboli ve devamsızlık sonuçlanır. Bu komplikasyonlardan kaçınmak için, gelecek vaat eden bir strateji potansiyel restenoz inhibe damar lümeninin süreksizlik gelen risklerin azaltılması ve çevresel emboli önleyecektir anjiyoplasti sitesinde, vasküler yüzeyini kapsayacak şekilde olacaktır. Önceki çalışmalar stent greft 5 için olumlu sonuçları ile greft stent çıplak metal stent karşılaştırılmıştır. Araştırmacılar stent kapsayacak şekilde zarları üretmek için birçok malzemeyi kullandık. Bu polietilen tetraftalat (PET), politetrafloroetilen (PTFE), poliüretan (PU), ve silikon ya da kaplı stentlerin 6-9 üretimi için otolog damar dokusu gibi sentetik malzemeler bulunmaktadır. stenti örtmek için kullanılan ideal bir greft materyali olmayan biodegr, tromboya olmalıdıradable ve aşırı çoğalması ve inflamasyon 10 olmadan yerli dokusu ile entegre edilmelidir. stenti kapsayacak şekilde kullanılan greft materyali de stent-greft iyileşmesini teşvik etmelidir.
Stent-greftler yaygın aort koarktasyonu, karotid arter sözde anevrizma, arteriyovenöz fistül tedavisinde kullanılan, greft, ven dejenere ve dev serebral anevrizma büyük. Ama küçük kalibreli stent greft geliştirme stent greft 11-14 dağıtım yardımcıları düşük profilli ve esneklik sağlamak için yeteneği ile sınırlıdır. PU düşük bir profil ve iyi esneklik 15,16 ulaşmak için istenen bir özelliktir iyi mekanik dayanıklılık ile bir elastomerik polimerdir. İyi dağıtılabilirlik sahip olmanın yanı sıra, stent greftler de hızlı iyileşme ve endothelialization teşvik etmelidir. PU stent greftler daha iyi biyouyumluluk gösterdi ve endothelialization 17 arttırmıştır kaplı. araştırmacılar varDaha önce PU endotel hücreleri 17 ile ekim stent-greft kaplı endoteliyalize çalıştı. Nanolif matris oluşturmak için PU elektro damar üretimi 18,19 greft için değerli bir teknik olduğu gösterilmiştir. Doğal hücre-dışı matrisi mimarisini taklit nano varlığı da endotelyal hücre proliferasyonunu 20,21 teşvik ettiği bilinir. Elektrospinning aynı zamanda malzemenin 22 kalınlığı üzerinde kontrol sağlar. PU yapılmış küçük kalibreli damar greft gibi yüzey kaplamaları, antikoagülanlardan ve hücre çoğalması bastırıcı olarak modifikasyonları kullanılarak iyileşmesini sağlamak için çalışılmıştır. Tüm bu değişiklikler konak kabul aracılık ve greft iyileşmesini 23 teşvik için tasarlanmıştır.
Grubumuz hayvan modellerinde 24-26 dağıtılabilir bir balon genişletilebilir çıplak metal stent geliştirdi. Bir electrospun poliüretan örgü ve bir top kombinasyonuotuşuna genişleyen stent küçük kalibreli balon genişleyen stent greft oluşturmak için bize sağlamıştır. Mevcut stent greft çoğu girişimsel işlem sırasında femoral arter yoluyla tanıtıldı, ancak sadece bir kaç ticari kapalı stentler bir un-şişirilmiş balon 27 için gerekli olandan daha büyük 1 Fransız boyutu sokulabilir. Bu çalışmada, perkütan girişimsel prosedürde bir standart 8-9 Fransız kılavuz kateter kullanılarak koroner arter teslim edilebilir electrospun PU iki kat arasında bir balon genişletilebilir stent kapsülleme tarafından küçük kalibreli damar stent greft geliştirdik.
Protocol
Representative Results
Discussion
We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank the Division of Engineering, Mayo Clinic for their technical support. This study was financially supported by European Regional Development Fund – FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), and The Grainger Innovation Fund – Grainger Foundation.
Materials
| Glass syringe | Air Tite | 7.140-33 | Syringe for spinneret |
| Graduated cylinder 5 mL | Fisher Scientific | 08-552-4G | 5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long |
| High voltage generator | Bertan Accociates, Inc. | 205A-30P | Used to apply voltage difference across spinneret and collector |
| Laboratory mixer with rpm control | Scilogex | SCI-84010201 | Available from various laboratory equipment suppliers |
| Polyurethane | DSM | BioSpan SPU | Biospan Segmented Polyurethane |
| Rubber sheet | McMaster Carr | 1370N11 | Used to insulate syringe during electrospinning |
| Stainless steel mandrel | N/A | N/A | Manufactured |
| Stainless steel needle | Hamilton | 91018 | Used as spinneret in electrospinning |
| Support material | EnvisionTec | B04-HT-DEMOMAT | Biocompatible water soluble material |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 55-3333 |
References
- Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
- Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
- Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
- Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
- Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
- Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
- Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
- Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
- Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
- Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
- Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
- Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
- Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
- Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
- Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
- Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
- Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
- Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
- Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
- Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
- Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
- Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
- Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
- Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. Ann. Biomed. Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
- Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099 (2015).
- Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100 (2015).
- de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
- Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
- Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).
