Transkatheter pulmonale klepvervanging van autoloog pericardium met een zelfuitbreidbare Nitinol-stent in een volwassen schapenmodel
Summary
Deze studie toont de haalbaarheid en veiligheid aan van het ontwikkelen van een autologe longklep voor implantatie op de inheemse longkleppositie door een zelfuitbreidbare Nitinol-stent te gebruiken in een volwassen schapenmodel. Dit is een stap in de richting van het ontwikkelen van transkatheter pulmonale klepvervanging voor patiënten met disfunctie van de rechterventrikeluitstroom.
Abstract
Transcatheter pulmonale klepvervanging is vastgesteld als een haalbare alternatieve benadering voor patiënten die lijden aan rechterventrikeluitstroomkanaal of bioprothetische klepdisfunctie, met uitstekende vroege en late klinische resultaten. Klinische uitdagingen zoals verslechtering van de hartklep met stent, coronaire occlusie, endocarditis en andere complicaties moeten echter worden aangepakt voor levenslange toepassing, met name bij pediatrische patiënten. Om de ontwikkeling van een levenslange oplossing voor patiënten te vergemakkelijken, werd transkatheter autologe pulmonale klepvervanging uitgevoerd in een volwassen schapenmodel. Het autologe pericardium werd van de schapen geoogst via linker anterolaterale minithoracotomie onder algemene anesthesie met beademing. Het pericardium werd gedurende 2 dagen en 21 uur op een 3D-vormend hartklepmodel geplaatst voor niet-toxische cross-linking. Intracardiale echocardiografie (ICE) en angiografie werden uitgevoerd om de positie, morfologie, functie en afmetingen van de inheemse pulmonale klep (NPV) te beoordelen. Na het trimmen werd het verknoopte pericardium op een zelfuitbreidbare Nitinol-stent genaaid en samengedrukt tot een zelfontworpen toedieningssysteem. De autologe pulmonale klep (APV) werd geïmplanteerd op de NPV-positie via katheterisatie van de linker halsader. ICE en angiografie werden herhaald om de positie, morfologie, functie en afmetingen van de APV te evalueren. Een APV werd met succes geïmplanteerd bij schaap J. In dit artikel werd schaap J geselecteerd om representatieve resultaten te verkrijgen. Een 30 mm APV met een Nitinol-stent werd nauwkeurig geïmplanteerd op de NPV-positie zonder significante hemodynamische verandering. Er was geen paravalvulair lek, geen nieuwe pulmonale klepinsufficiëntie of stentvormige pulmonale klepmigratie. Deze studie toonde de haalbaarheid en veiligheid aan, in een langdurige follow-up, van het ontwikkelen van een APV voor implantatie op de NPV-positie met een zelf-uitbreidbare Nitinol-stent via jugulaire aderkatheterisatie in een volwassen schapenmodel.
Introduction
Bonhoeffer et al.1 markeerden het begin van transkatheter pulmonale klepvervanging (TPVR) in 2000 als een snelle innovatie met aanzienlijke vooruitgang in de richting van het minimaliseren van complicaties en het bieden van een alternatieve therapeutische benadering. Sindsdien is het gebruik van TPVR voor de behandeling van het rechter ventriculaire uitstroomkanaal (RVOT) of bioprothetische klepdisfunctie snel toegenomen 2,3. Tot op heden hebben de TPVR-apparaten die momenteel op de markt beschikbaar zijn, bevredigende resultaten op lange en korte termijn opgeleverd voor patiënten met RVOT-disfunctie 4,5,6. Verder worden verschillende soorten TPVR-kleppen ontwikkeld en geëvalueerd, waaronder gedecellulariseerde hartkleppen en stamcelaangedreven hartkleppen, en hun haalbaarheid is aangetoond in preklinische grote diermodellen 7,8. Aortaklepreconstructie met behulp van een autoloog pericardium werd voor het eerst gemeld door Dr. Duran, waarvoor drie opeenvolgende uitstulpingen van verschillende grootte werden gebruikt als sjablonen om de vorming van het pericardium te begeleiden volgens de afmetingen van de aorta-annulus, met een overlevingspercentage van 84,53% bij de follow-up van 60 maanden9. De Ozaki-procedure, die wordt beschouwd als een klepreparatieprocedure in plaats van een klepvervangingsprocedure, omvat het vervangen van aortaklepblaadjes door het met glutataraldehyde behandelde autologe pericardium; in vergelijking met de procedure van Dr. Duran verbeterde het echter aanzienlijk bij het meten van de zieke klep met een sjabloon om vast pericardium10 te snijden en bevredigende resultaten werden niet alleen bereikt van de volwassen gevallen, maar ook van pediatrische gevallen11. Momenteel kan alleen de Ross-procedure een levende klepvervanger bieden voor de patiënt met een zieke aortaklep met duidelijke voordelen in termen van het vermijden van antistolling op lange termijn, groeipotentieel en een laag risico op endocarditis12. Maar re-interventies kunnen nodig zijn voor het pulmonale autograft en de rechter ventrikel naar de longslagader na zo’n complexe chirurgische ingreep.
De huidige bioprothesekleppen die beschikbaar zijn voor klinisch gebruik worden onvermijdelijk in de loop van de tijd afgebroken als gevolg van transplantaat-versus-gastheerreacties op het xenogene varkens- of runderweefsel13. Klepgerelateerde verkalking, afbraak en insufficiëntie kunnen na enkele jaren herhaalde interventies vereisen, vooral bij jonge patiënten die tijdens hun leven meerdere longklepvervangingen zouden moeten ondergaan vanwege het gebrek aan groei van de kleppen, een eigenschap die inherent is aan de huidige bioprothesen14. Bovendien hebben de momenteel beschikbare, in wezen niet-regeneratieve, TPVR-kleppen belangrijke beperkingen zoals trombo-embolische en bloedingscomplicaties, evenals beperkte duurzaamheid als gevolg van nadelige weefselremodellering die kan leiden tot terugtrekking van de bijsluiter en universele valvulaire disfunctie15,16.
Er wordt verondersteld dat het ontwikkelen van een native-like autologe pulmonale klep (APV) gemonteerd op een zelf-uitbreidbare Nitinol-stent voor TPVR met de kenmerken van zelfherstel, regeneratie en groeicapaciteit fysiologische prestaties en functionaliteit op lange termijn zou garanderen. En het niet-toxische crosslinker behandelde autologe pericardium kan ontwaken uit de oogst- en productieprocedures. Hiertoe werd deze preklinische studie uitgevoerd om een gestenteerde autologe longklep te implanteren in een volwassen schapenmodel met als doel ideale interventionele valvulaire substituten en een procedurele methodologie met een laag risico te ontwikkelen om de transkathetertherapie van RVOT-disfunctie te verbeteren. In dit artikel werd schaap J geselecteerd om de uitgebreide TPVR-procedure te illustreren, waaronder pericardiectomie en trans-halsaderimplantatie van een autologe hartklep.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie is een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van een levende longklep voor TPVR. In een volwassen schapenmodel kon de methode aantonen dat een APV afgeleid van het eigen pericardium van het schaap kan worden geïmplanteerd met een zelf-uitbreidbare Nitinol-stent via jugulaire aderkatheterisatie. Bij schapen J werd de gestenteerde autologe longklep met succes in de juiste longpositie geïmplanteerd met behulp van een zelfontworpen universeel toedieningssysteem. Na implantatie vertoonde de har…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We spreken onze oprechte waardering uit voor iedereen die heeft bijgedragen aan dit werk, zowel vroegere als huidige leden. Dit werk werd ondersteund door subsidies van het Duitse federale ministerie van Economische Zaken en Energie, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Yimeng Hao wordt ondersteund door de China Scholarship Council (CSC: 202008450028).
Materials
| 10 % Magnesium | Inresa Arzneimittel GmbH | PZN: 00091126 | 0.02 mol/ L, 10X10 ml |
| 10 Fr Ultrasound catheter | Siemens Healthcare GmbH | SKU 10043342RH | ACUSON AcuNav™ ultrasound catheter |
| 3D Slicer | Slicer | Slicer 4.13.0-2021-08-13 | Software: 3D Slicer image computing platform |
| Adobe Illustrator | Adobe | Adobe Illustrator 2021 | Software |
| Amiodarone | Sanofi-Aventis Deutschland GmbH | PZN: 4599382 | 3- 5 mg/ kg, 150 mg/ 3 ml |
| Amplatz ultra-stiff guidewire | COOK MEDICAL LLC, USA | Reference Part Number:THSF-35-145-AUS | 0.035 inch, 145 cm |
| Anesthetic device platform | Drägerwerk AG & Co. KGaA | 8621500 | Dräger Atlan A350 |
| ARROW Berman Angiographic Balloon Catheter | Teleflex Medical Europe Ltd | LOT: 16F16M0070 | 5Fr, 80cm (X) |
| Butorphanol | Richter Pharma AG | Vnr531943 | 0.4mg/kg |
| C-Arm | BV Pulsera, Philips Heathcare, Eindhoven, The Netherlands | CAN/CSA-C22.2 NO.601.1-M90 | Medical electral wquipment |
| Crimping tool | Edwards Lifesciences, Irvine, CA, USA | 9600CR | Crimper |
| CT | Siemens Healthcare GmbH | − | CT platform |
| Dilator | Edwards Lifesciences, Irvine, CA, USA | 9100DKSA | 14- 22 Fr |
| Ethicon Suture | Ethicon | LOT:MKH259 | 4- 0 smooth monophilic thread, non-resorbable |
| Ethicon Suture | Ethicon | LOT:DEE274 | 3-0, 45 cm |
| Fast cath hemostasis introducer | ST. JUDE MEDICAL Minnetonka MN | LOT Number: 3458297 | 11 Fr |
| Fentanyl | Janssen-Cilag Pharma GmbH | DE/H/1047/001-002 | 0.01mg/kg |
| Fragmin | Pfizer Pharma GmbH, Berlin, Germany | PZN: 5746520 | Dalteparin 5000 IU/ d |
| Functional screen | BV Pulsera, Philips Heathcare, Eindhoven, The Netherlands | System ID: 44350921 | Medical electral wquipment |
| Glycopyrroniumbromid | Accord Healthcare B.V | PZN11649123 | 0.011mg/kg |
| Guide Wire M | TERUMO COPORATION JAPAN | REF*GA35183M | 0.89 mm, 180 cm |
| Hemochron Celite ACT | International Technidyne Corporation, Edison, USA | NJ 08820-2419 | ACT |
| Heparin | Merckle GmbH | PZN: 3190573 | Heparin-Natrium 5.000 I.E./0,2 ml |
| Hydroxyethyl starch (Haes-steril 10 %) | Fresenius Kabi Deutschland GmbH | ATC Code: B05A | 500 ml, 30 ml/h |
| Imeron 400 MCT | Bracco Imaging | PZN00229978 | 2.0–2.5 ml/kg, Contrast agent |
| Isoflurane | CP-Pharma Handelsges. GmbH | ATCvet Code: QN01AB06 | 250 ml, MAC: 1 % |
| Jonosteril Infusionslösung | Fresenius Kabi Deutschland GmbH | PZN: 541612 | 1000 ml |
| Ketamine | Actavis Group PTC EHF | ART.-Nr. 799-762 | 2–5 mg/kg/h |
| Meloxicam | Boehringer Ingelheim Vetmedica GmbH | M21020A-09 | 20 mg/ mL, 50 ml |
| Midazolam | Hameln pharma plus GMBH | MIDAZ50100 | 0.4mg/kg |
| MRI | Philips Healthcare | − | Ingenia Elition X, 3.0T |
| Natriumchloride (NaCl) | B. Braun Melsungen AG | PZN /EAN:04499344 / 4030539077361 | 0.9 %, 500 ml |
| Pigtail catheter | Cordis, Miami Lakes, FL, USA | REF: 533-534A | 5.2 Fr 145 °, 110 cm |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164495 | 20mg/ml, 1–2.5 mg/kg |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164443 | 10mg/ml, 2.5–8.0 mg/kg/h |
| Safety IV Catheter with Injection port | B. Braun Melsungen AG | LOT: 20D03G8346 | 18 G Catheter with Injection port |
| Sulbactam- ampicillin | Pfizer Pharma GmbH, Berlin, Germany | PZN: 4843132 | 3 g, 2.000 mg/ 1.000 mg |
| Sulbactam/ ampicillin | Instituto Biochimico Italiano G Lorenzini S.p.A. – Via Fossignano 2, Aprilia (LT) – Italien | ATC Code: J01CR01 | 20 mg/kg, 2 g/1 g |
| Surgical Blade | Brinkmann Medical ein Unternehmen der Dr. Junghans Medical GmbH | PZN: 354844 | 15 # |
| Surgical Blade | Brinkmann Medical ein Unternehmen der Dr. Junghans Medical GmbH | PZN: 354844 | 11 # |
| Suture | Johnson & Johnson | Hersteller Artikel Nr. EH7284H | 5-0 polypropylene |
References
- Bonhoeffer, P., et al. Percutaneous replacement of pulmonary valve in a right-ventricle to pulmonary-artery prosthetic conduit with valve dysfunction. Lancet. 356 (9239), 1403-1405 (2000).
- Georgiev, S., et al. Munich comparative study: Prospective long-term outcome of the transcatheter melody valve versus surgical pulmonary bioprosthesis with up to 12 years of follow-up. Circulation. Cardiovascualar Interventions. 13 (7), 008963 (2020).
- Plessis, J., et al. Edwards SAPIEN transcatheter pulmonary valve implantation: Results from a French registry. JACC. Cardiovascular Interventions. 11 (19), 1909-1916 (2018).
- Bergersen, L., et al. Harmony feasibility trial: Acute and short-term outcomes with a self-expanding transcatheter pulmonary valve. JACC. Cardiovascular Interventions. 10 (17), 1763-1773 (2017).
- Cabalka, A. K., et al. Transcatheter pulmonary valve replacement using the melody valve for treatment of dysfunctional surgical bioprostheses: A multicenter study. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 155 (4), 1712-1724 (2018).
- Shahanavaz, S., et al. Transcatheter pulmonary valve replacement with the sapien prosthesis. Journal of the American College of Cardiology. 76 (24), 2847-2858 (2020).
- Motta, S. E., et al. Human cell-derived tissue-engineered heart valve with integrated Valsalva sinuses: towards native-like transcatheter pulmonary valve replacements. NPJ Regenerative Medicine. 4, 14 (2019).
- Uiterwijk, M., Vis, A., de Brouwer, I., van Urk, D., Kluin, J. A systematic evaluation on reporting quality of modern studies on pulmonary heart valve implantation in large animals. Interactive Cardiovascular Thoracic Surgery. 31 (4), 437-445 (2020).
- Duran, C. M., Gallo, R., Kumar, N. Aortic valve replacement with autologous pericardium: surgical technique. Journal of Cardiac Surgery. 10 (1), 1-9 (1995).
- Sá, M., et al. Aortic valve neocuspidization with glutaraldehyde-treated autologous pericardium (Ozaki Procedure) – A promising surgical technique. Brazilian Journal of Cardiovascular Surgery. 34 (5), 610-614 (2019).
- Karamlou, T., Pettersson, G., Nigro, J. J. Commentary: A pediatric perspective on the Ozaki procedure. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 161 (5), 1582-1583 (2021).
- Mazine, A., et al. Ross procedure in adults for cardiologists and cardiac surgeons: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (22), 2761-2777 (2018).
- Kwak, J. G., et al. Long-term durability of bioprosthetic valves in pulmonary position: Pericardial versus porcine valves. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (2), 476-484 (2020).
- Ou-Yang, W. B., et al. Multicenter comparison of percutaneous and surgical pulmonary valve replacement in large RVOT. The Annals of Thoracic Surgery. 110 (3), 980-987 (2020).
- Reimer, J., et al. Implantation of a tissue-engineered tubular heart valve in growing lambs. Annals of Biomedical Engineering. 45 (2), 439-451 (2017).
- Schmitt, B., et al. Percutaneous pulmonary valve replacement using completely tissue-engineered off-the-shelf heart valves: six-month in vivo functionality and matrix remodelling in sheep. EuroIntervention. 12 (1), 62-70 (2016).
- Whiteside, W., et al. The utility of intracardiac echocardiography following melody transcatheter pulmonary valve implantation. Pediatric Cardiology. 36 (8), 1754-1760 (2015).
- Lancellotti, P., et al. Recommendations for the echocardiographic assessment of native valvular regurgitation: an executive summary from the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 14 (7), 611-644 (2013).
- Kuang, D., Lei, Y., Yang, L., Wang, Y. Preclinical study of a self-expanding pulmonary valve for the treatment of pulmonary valve disease. Regenerative Biomaterials. 7 (6), 609-618 (2020).
- Arboleda Salazar, R., et al. Anesthesia for percutaneous pulmonary valve implantation: A case series. Anesthesia and Analgesia. 127 (1), 39-45 (2018).
- Cho, S. K. S., et al. Feasibility of ventricular volumetry by cardiovascular MRI to assess cardiac function in the fetal sheep. The Journal of Physiology. 598 (13), 2557-2573 (2020).
- Sun, X., et al. Four-dimensional computed tomography-guided valve sizing for transcatheter pulmonary valve replacement. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (179), e63367 (2022).
- Knirsch, W., et al. Establishing a pre-clinical growing animal model to test a tissue engineered valved pulmonary conduit. Journal of Thoracic Disease. 12 (3), 1070-1078 (2020).
- Zhang, X., et al. Tissue engineered transcatheter pulmonary valved stent implantation: current state and future prospect. International Journal of Molecular Sciences. 23 (2), 723 (2022).
- Al Hussein, H., et al. Challenges in perioperative animal care for orthotopic implantation of tissue-engineered pulmonary valves in the ovine model. Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 17 (6), 847-862 (2020).
- Emmert, M. Y., et al. Computational modeling guides tissue-engineered heart valve design for long-term in vivo performance in a translational sheep model. Science Translational Medicine. 10 (440), (2018).
- Schmidt, D., et al. Minimally-invasive implantation of living tissue engineered heart valves: . a comprehensive approach from autologous vascular cells to stem cells. Journal of the American College of Cardiology. 56 (6), 510-520 (2010).
