Ein ex vivo Schweinemodell für die hydrodynamische Erprobung experimenteller Aortenklappenverfahren und neuartiger Medizinprodukte
Summary
Wir stellen eine Methode vor, um eine Schweineaortenklappe auf einem Pulsduplikator zu montieren, um ihre hydrodynamischen Eigenschaften zu testen. Mit dieser Methode kann die Änderung der Hydrodynamik nach der Anwendung eines experimentellen Verfahrens oder eines neuartigen Medizinprodukts vor dem Einsatz in einem Großtiermodell bestimmt werden.
Abstract
Die Möglichkeiten, neue kardiologische Verfahren und untersuchende Medizinprodukte vor dem Einsatz im Tiermodell zu testen, sind begrenzt. In dieser Arbeit stellen wir eine Methode vor, mit der eine porcine Aortenklappe in einem Pulsduplikator montiert werden kann, um ihre hydrodynamischen Eigenschaften zu bewerten. Diese Eigenschaften können dann vor und nach der Durchführung des zu untersuchenden Verfahrens und/oder der Anwendung des zu untersuchenden Medizinprodukts bewertet werden. Die Sicherung des Zuflusssegments ist aufgrund des Fehlens eines umlaufenden Myokards im linksventrikulären Ausflusstrakt mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Diese Methode löst dieses Problem, indem das Zuflusssegment mit dem vorderen Segel der Mitralklappe gesichert und dann die linksventrikuläre freie Wand um die Zuflussvorrichtung vernäht wird. Das Abflusssegment wird einfach durch Einführen der Halterung in einen Schnitt im oberen Bereich des Aortenbogens gesichert. Wir fanden heraus, dass die Proben vor und nach der Gewebefixierung signifikant unterschiedliche hydrodynamische Eigenschaften aufwiesen. Diese Erkenntnis veranlasste uns, frische Proben für unsere Tests zu verwenden, und sollte bei der Anwendung dieser Methode berücksichtigt werden. In unserer Arbeit haben wir diese Methode verwendet, um neuartige intrakardiale Pflastermaterialien für den Einsatz in der Herzklappenposition zu testen, indem wir eine Aortenklappen-Neokuspidisierung (Ozaki-Verfahren) an den montierten Schweineaortenklappen durchgeführt haben. Diese Ventile wurden vor und nach dem Verfahren getestet, um die Veränderung der hydrodynamischen Eigenschaften im Vergleich zum nativen Ventil zu bewerten. In dieser Arbeit berichten wir über eine Plattform zur hydrodynamischen Prüfung experimenteller Aortenklappenverfahren, die einen Vergleich mit der nativen Klappe und zwischen verschiedenen Geräten und Techniken ermöglicht, die für das zu untersuchende Verfahren verwendet werden.
Introduction
Aortenklappenerkrankungen stellen eine erhebliche Belastung für die öffentliche Gesundheit dar, insbesondere die Aortenklappenstenose, von der weltweit 9 Millionen Menschen betroffen sind1. Strategien zur Behandlung dieser Krankheit werden derzeit weiterentwickelt und umfassen die Reparatur der Aortenklappe und den Ersatz der Aortenklappe. Insbesondere in der pädiatrischen Population besteht ein erheblicher Anreiz, die Klappe zu reparieren und nicht zu ersetzen, da die derzeit verfügbaren Prothesen anfällig für strukturelle Klappendegeneration (SVD) und nicht wachstumstolerant sind, so dass eine erneute Operation erforderlich ist, um sie mit zunehmendem Wachstum des Patienten erneut zu ersetzen. Auch das Ross-Verfahren, bei dem die erkrankte Aortenklappe (AV) durch die native Pulmonalklappe (PV) ersetzt wird, erfordert eine Prothese oder ein Transplantat in Lungenposition, die ebenfalls einer SVD und oft einer eingeschränkten Wachstumstoleranz unterliegt2. Es werden neue Ansätze für Aortenklappenerkrankungen entwickelt, und es besteht die Notwendigkeit, vor der Anwendung in einem Großtiermodell in einem biologisch relevanten Kontext zu testen.
Wir haben eine Methode zum Testen eines porcinen AV entwickelt, die Einblicke in die Funktion der Klappe vor und nach einem Prüfverfahren oder der Anwendung eines neuartigen Medizinprodukts geben kann. Durch die Montage des porcinen AV auf einer handelsüblichen Pulsvervielfältigungsmaschine sind wir in der Lage, die hydrodynamischen Eigenschaften zu vergleichen, die üblicherweise bei der Untersuchung und letztendlich der Zulassung von Klappenprothesen verwendet werden, einschließlich der Regurgitationsfraktion (RF), der effektiven Öffnungsfläche (EOA) und der mittleren positiven Druckdifferenz (PPD)3,4. Die Intervention kann dann vor dem Einsatz in einem Großtiermodell in einem biologisch relevanten Kontext fein abgestimmt werden, wodurch die Anzahl der Tiere, die für die Herstellung eines Verfahrens oder einer Prothese benötigt werden, die beim Menschen eingesetzt werden kann, begrenzt wird. Die Herzen, die für dieses Experiment verwendet werden, können aus dem örtlichen Schlachthof oder aus Abfallgewebe aus anderen Versuchen gewonnen werden, so dass es nicht notwendig ist, ein Tier ausschließlich für die Zwecke dieses Versuchs zu opfern.
In unserer Arbeit haben wir diese Methode genutzt, um ein neuartiges Patch-Material für die Reparatur und den Austausch von Ventilen zu entwickeln. Wir testeten die hydrodynamische Funktion einer Vielzahl von Patch-Materialien, indem wir eine Aortenklappen-Neokuspidisierung (Ozaki-Verfahren 5,6,7) an porcinen AVs durchführten und diese vor und nach dem Eingriff im Pulsduplikationor testeten. Dies ermöglichte es uns, das Material auf der Grundlage seiner hydrodynamischen Leistung zu verfeinern. Somit bietet diese Methode eine Plattform für die hydrodynamische Erprobung von experimentellen Verfahren und neuartigen medizinischen Geräten für den Einsatz auf dem AV vor der Anwendung in einem Großtiermodell.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier vorgestellte Methode bietet eine Plattform für die hydrodynamische Prüfung des AV, um die Wirkung eines experimentellen Verfahrens oder eines neuartigen Medizinprodukts zu untersuchen. Durch die Montage der nativen Aortenklappe auf einer Pulsvervielfältigungsmaschine sind wir in der Lage, den Einfluss des experimentellen Vorgehens auf alle hydrodynamischen Parameter zu bestimmen, die bei der Untersuchung und Zulassung neuartiger Klappenprothesen (ISO 5840) verwendet werden. Dies bietet die Möglichkeit, Verfa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken dem Labor von Dr. Gordana Vunjak-Novakovic, einschließlich Julie Van Hassel, Mohamed Diane und Panpan Chen, für die Erlaubnis, Herzabfälle aus ihren Experimenten zu verwenden. Diese Arbeit wurde von der Congenital Heart Defect Coalition in Butler, NJ, und den National Institutes of Health in Bethesda, MD, unterstützt (5T32HL007854-27).
Materials
| 3D Printer | Ultimaker | Ultimaker S5 | Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing |
| Crile-Wood Needle Driver | Emerald Instruments | 2.0638.15 | Used for suturing ventricle |
| Debakey Forceps | Jarit | 320-110 | Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant) |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs Inc. | DSP-MD.43 | Used for fixed tissue storage |
| Formalin 10% | Epredia | 5701 | Used for tissue fixation |
| Gerald Forceps | Jarit | 285-126 | Used for dissection and sample preparation |
| Glass jars | QAPPDA | B07QCP54Z3 | Used for tissue storage |
| Glutaraldehyde 25% | Electron Microscopy Sciences | 16400 | Used for tissue fixation |
| HEPES 1 M buffer solution | Fisher | BP299-100 | Used to make glutaraldehyde 0.6% |
| Mayo Scissors | Jarit | 099-200 | Used for cutting suture |
| Metzenbaum Scissors | Jarit | 099-262 | Used for dissection and sample preparation |
| O-ring | Sterling Seal & Supply Inc. | AS568-117 | Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures |
| Polylactic acid resin | Ultimaker | 1609 | Used for 3D printing fixtures |
| Polyproplene suture | Covidien | VP-762-X | Used for suturing ventricle, tapered needle |
| Pulse Duplicator | BDC Laboratories | HDTi-6000 | Used for hydrodynamic testing |
| Silk ties | Covidien | S-193 | Used for ligating coronary arteries |
| Tonsil Clamp | Aesculap | BH957R | Used for coronary artery dissection |
| Zip ties (6 inch) | Advanced Cable Ties, Inc. | AL-06-18-9-C | Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide |
| Zip ties (8 inch) | GTSE | GTSE-20025B.1000 | Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide |
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