Транскатетерная замена легочного клапана из аутологичного перикарда саморасширяющимся стентом нитинола в модели взрослой овцы
Summary
Это исследование демонстрирует целесообразность и безопасность разработки аутологичного легочного клапана для имплантации в положение нативного легочного клапана с использованием саморасширяющегося стента нитинола в модели взрослой овцы. Это шаг к разработке транскатетерной замены легочного клапана для пациентов с дисфункцией оттока правого желудочка.
Abstract
Транскатетерная замена легочного клапана была установлена в качестве жизнеспособного альтернативного подхода для пациентов, страдающих оттоком правого желудочка или дисфункцией биопротезного клапана, с отличными ранними и поздними клиническими результатами. Тем не менее, клинические проблемы, такие как ухудшение стентированного сердечного клапана, коронарная окклюзия, эндокардит и другие осложнения, должны быть решены для пожизненного применения, особенно у педиатрических пациентов. Чтобы облегчить разработку пожизненного решения для пациентов, транскатетерная аутологичная замена легочного клапана была выполнена в модели взрослых овец. Аутологичный перикард собирали у овец с помощью левой переднебоковой миниторакотомии под общим наркозом с вентиляцией. Перикард помещали на 3D-модель сердечного клапана для нетоксичного сшивания в течение 2 дней и 21 часа. Внутрисердечная эхокардиография (ДВС) и ангиография были выполнены для оценки положения, морфологии, функции и размеров нативного легочного клапана (НПВ). После обрезки сшитый перикард был пришит к саморасширяющемуся стенту нитинола и обжат в самостоятельно разработанную систему доставки. Аутологичный легочный клапан (APV) имплантировали в положение NPV с помощью катетеризации левой яремной вены. ICE и ангиография были повторены для оценки положения, морфологии, функции и размеров APV. APV был успешно имплантирован овцам J. В этой статье овцы J были выбраны для получения репрезентативных результатов. 30 мм APV со стентом Нитинола был точно имплантирован в положение NPV без каких-либо значительных гемодинамических изменений. Не было ни параклапанной утечки, ни новой недостаточности легочного клапана, ни стентированной миграции легочного клапана. Это исследование продемонстрировало целесообразность и безопасность, в долгосрочном наблюдении, разработки APV для имплантации в позиции NPV с саморасширяющимся стентом нитинола с помощью катетеризации яремной вены в модели взрослых овец.
Introduction
Bonhoeffer et al.1 ознаменовали начало транскатетерной замены легочного клапана (TPVR) в 2000 году как быстрая инновация со значительным прогрессом в минимизации осложнений и предоставлении альтернативного терапевтического подхода. С тех пор использование TPVR для лечения дисфункции правого желудочкового оттока (RVOT) или биопротезного клапана быстро увеличилосьна 2,3. На сегодняшний день устройства TPVR, доступные в настоящее время на рынке, обеспечили удовлетворительные долгосрочные и краткосрочные результаты для пациентов с дисфункцией RVOT 4,5,6. Кроме того, разрабатываются и оцениваются различные типы клапанов TPVR, включая децеллюляризованные сердечные клапаны и сердечные клапаны, управляемые стволовыми клетками, и их осуществимость была продемонстрирована в доклинических моделях крупных животных 7,8. Реконструкция аортального клапана с использованием аутологичного перикарда была впервые сообщена доктором Дюраном, для которой три последовательных выпуклости разных размеров были использованы в качестве шаблонов для руководства формированием перикарда в соответствии с размерами аортального кольца, с выживаемостью 84,53% при наблюдении 60 месяцев9. Процедура Одзаки, которая считается процедурой восстановления клапана, а не процедурой замены клапана, включает в себя замену листовок аортального клапана аутологичным перикардом, обработанным глутарольдегидом; однако, по сравнению с процедурой доктора Дюрана, она значительно улучшилась в измерении больного клапана с помощью шаблона для разрезания фиксированного перикарда10, и удовлетворительные результаты были достигнуты не только во взрослых случаях, но и в педиатрических случаях11. В настоящее время только процедура Росса может обеспечить живой заменитель клапана для пациента, у которого есть больной аортальный клапан, с очевидными преимуществами с точки зрения избежания долгосрочной антикоагуляции, потенциала роста и низкого риска эндокардита12. Но повторные вмешательства могут потребоваться для легочного аутотрансплантата и правого желудочка в канал легочной артерии после такой сложной хирургической процедуры.
Современные биопротезные клапаны, доступные для клинического использования, неизбежно деградируют с течением времени из-за реакций трансплантата против хозяина в ксеногенных свиных или бычьих тканях13. Кальцификация, деградация и недостаточность, связанные с клапанами, могут потребовать повторных вмешательств через несколько лет, особенно у молодых пациентов, которым необходимо будет пройти многократную замену легочного клапана в течение их жизни из-за отсутствия роста клапанов, свойства, присущего современным биопротезным материалам14. Кроме того, доступные в настоящее время, по существу нерегенеративные, клапаны TPVR имеют серьезные ограничения, такие как тромбоэмболические и кровоточащие осложнения, а также ограниченную долговечность из-за неблагоприятного ремоделирования тканей, которое может привести к втягиванию листочков и универсальной клапанной дисфункции15,16.
Предполагается, что разработка нативного аутологичного легочного клапана (APV), установленного на саморасширяющемся стенте нитинола для TPVR с характеристиками самовосстановления, регенерации и способности к росту, обеспечит физиологическую производительность и долгосрочную функциональность. А нетоксичный обработанный сшивателем аутологичный перикард может проснуться от процедур сбора урожая и производства. С этой целью было проведено это доклиническое испытание по имплантации стентированного аутологичного легочного клапана во взрослую модель овец с целью разработки идеальных интервенционных клапанных заменителей и процедурной методологии низкого риска для улучшения транскатетерной терапии дисфункции РВОТ. В этой статье овцы J были выбраны для иллюстрации комплексной процедуры TPVR, включая перикардиэктомию и имплантацию транс-яремной вены аутологичного сердечного клапана.
Protocol
Representative Results
Discussion
Это исследование представляет собой важный шаг вперед в разработке живого легочного клапана для TPVR. В модели взрослой овцы метод смог показать, что APV, полученный из собственного перикарда овцы, может быть имплантирован саморасширяющимся стентом нитинола с помощью катетеризации ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы выражаем нашу искреннюю признательность всем, кто внес свой вклад в эту работу, как бывшим, так и нынешним членам. Эта работа была поддержана грантами Федерального министерства экономики и энергетики Германии, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Yimeng Hao поддерживается Китайским стипендиальным советом (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).
