En ex vivo svinemodell for hydrodynamisk testing av eksperimentelle aortaklaffprosedyrer og nytt medisinsk utstyr

Summary

Vi presenterer en metode for montering av en svine-aortaklaffen på en pulsduplikator for å teste dens hydrodynamiske egenskaper. Denne metoden kan brukes til å bestemme endringen i hydrodynamikk etter anvendelse av en eksperimentell prosedyre eller ny medisinsk enhet før bruk i en stor dyremodell.

Abstract

Mulighetene for å teste nye hjerteprosedyrer og undersøkende medisinsk utstyr før bruk i en dyremodell er begrenset. I denne studien presenterer vi en metode for montering av en svine-aortaklaffen i en pulsduplikator for å evaluere dens hydrodynamiske egenskaper. Disse egenskapene kan deretter evalueres før og etter at prosedyren som undersøkes utføres og/eller det undersøkende medisinske utstyret påføres. Sikring av innstrømningssegmentet gir noen vanskeligheter på grunn av mangel på omkretsmyokard i venstre ventrikkels utløpskanal. Denne metoden løser dette problemet ved å sikre innstrømningssegmentet ved hjelp av mitralklaffens fremre brosjyre og deretter suturere den venstre ventrikulære frie veggen rundt innstrømningsarmaturen. Utstrømningssegmentet sikres ganske enkelt ved å sette armaturen inn i et snitt i det overlegne aspektet av aortabuen. Vi fant at prøvene hadde signifikant forskjellige hydrodynamiske egenskaper før og etter vevsfiksering. Dette funnet induserte oss til å bruke ferske prøver i testingen vår og bør vurderes når vi bruker denne metoden. I vårt arbeid brukte vi denne metoden til å teste nye intrakardiale patchmaterialer for bruk i valvulær stilling ved å utføre en aortaklaff-neocuspidiseringsprosedyre (Ozaki prosedyre) på de monterte svine-aortaventilene. Disse ventilene ble testet før og etter prosedyren for å vurdere endringen i hydrodynamiske egenskaper i forhold til den opprinnelige ventilen. Her rapporterer vi en plattform for hydrodynamisk testing av eksperimentelle aortaklaffprosedyrer som muliggjør sammenligning med den opprinnelige ventilen og mellom forskjellige enheter og teknikker som brukes til prosedyren som undersøkes.

Introduction

Aortaklaffsykdom representerer en betydelig folkehelsebyrde, spesielt aortastenose, som rammer 9 millioner mennesker over hele verden¹. Strategier for å løse denne sykdommen er i ferd med å utvikle seg og inkluderer aortaklaffreparasjon og aortaklaffutskifting. Spesielt i den pediatriske populasjonen er det et betydelig incitament til å reparere i stedet for å erstatte ventilen, siden tilgjengelige proteser er utsatt for strukturell ventildegenerasjon (SVD) og ikke er veksttolerante, noe som krever reoperasjon for re-erstatning etter hvert som pasienten vokser. Selv Ross-prosedyren, som erstatter den syke aortaklaffen (AV) med den opprinnelige lungeklaffen (PV), krever en protese eller graft i lungestilling som også er underlagt SVD og ofte begrenset veksttoleranse². Nye tilnærminger til aortaklaffsykdom er under utvikling, og det er behov for testing i en biologisk relevant sammenheng før anvendelse i en stor dyremodell.

Vi har utviklet en metode for å teste en svin AV som kan gi innsikt i ventilens funksjon før og etter en undersøkelsesprosedyre eller bruk av et nytt medisinsk utstyr. Ved å montere svin AV på en kommersielt tilgjengelig pulsduplikatormaskin, er vi i stand til å sammenligne de hydrodynamiske egenskapene som ofte brukes i undersøkelsen og til slutt godkjenning av ventilproteser, inkludert regurgitasjonsfraksjon (RF), effektivt åpningsareal (EOA) og gjennomsnittlig positiv trykkforskjell (PPD)^3,4. Intervensjonen kan deretter finjusteres i en biologisk relevant kontekst før bruk i en stor dyremodell, og dermed begrense antall dyr som trengs for å produsere en prosedyre eller protese som kan brukes til mennesker. Hjertene som brukes til dette eksperimentet kan hentes fra det lokale slakteriet eller avfallsvevet fra andre eksperimenter, så det er ikke nødvendig å ofre et dyr utelukkende for dette eksperimentets formål.

I vårt arbeid brukte vi denne metoden til å utvikle et nytt lappemateriale for ventilreparasjon og utskifting. Vi testet den hydrodynamiske funksjonen til en rekke patchmaterialer ved å utføre en neocuspidiseringsprosedyre for aortaklaffen (Ozaki prosedyre ^5,6,7) på SVINE-AV-er og teste dem i pulsduplikatoren før og etter prosedyren. Dette gjorde det mulig for oss å finjustere materialet basert på dets hydrodynamiske ytelse. Dermed gir denne metoden en plattform for hydrodynamisk testing av eksperimentelle prosedyrer og nytt medisinsk utstyr for bruk på AV-en før påføring i en stor dyremodell.

Protocol

All forskning ble utført i samsvar med institusjonelle retningslinjer for stell av dyr. 1. Vurderinger og forberedelser til eksperimentet Bruk en egnet pulsduplikator (PD) for simulering av hjerteutgang gjennom AV. PD må kunne romme biologisk materiale og kunne rengjøres.Bruk PD-innstillinger som er egnet for testing av AV: 70 ml forskyvningsvolum og 70 slag per minutt (5 l / min hjerteutgang), 35% av hjertesyklusen i systole, 100 mmHg gjennomsnittlig tran…

Representative Results

De representative dataene som samles inn fra pulsduplikatoren inkluderer regurgitasjonsfraksjon (RF), effektivt åpningsområde (EOA) og gjennomsnittlig positiv trykkforskjell (PPD). Spesielt RF og EOA brukes i ISO-standardene for proteseventiler (ISO 5840) og vil være viktig å samle inn hvis proteseventilprodukter er under utredning. PPD gir informasjon om hvor mye trykk som kreves for å åpne ventilen og refereres ofte når man diskuterer utskifting av proteseventil 3,4<sup class="…

Discussion

Metoden som presenteres her gir en plattform for hydrodynamisk testing av AV-en for å undersøke effekten av en eksperimentell prosedyre eller et nytt medisinsk utstyr. Ved å montere den opprinnelige aortaklaffen på en pulsduplikatormaskin, er vi i stand til å bestemme effekten av den eksperimentelle prosedyren på alle hydrodynamiske parametere som brukes i undersøkelsen og godkjenningen av nye ventilproteser (ISO 5840). Dette gir en mulighet til å finjustere prosedyrer og proteser før bruk i en stor dyremodell.<…

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