Summary
Vi presenterar en metod för att montera en svinaortaklaff på en pulsduplikator för att testa dess hydrodynamiska egenskaper. Denna metod kan användas för att bestämma förändringen i hydrodynamik efter tillämpning av en experimentell procedur eller ny medicinteknisk produkt före användning i en stordjursmodell.
Abstract
Möjligheterna att testa nya hjärtingrepp och medicintekniska produkter för undersökning innan de används i en djurmodell är begränsade. I denna studie presenterar vi en metod för att montera en svinaortaklaff i en pulsduplikator för att utvärdera dess hydrodynamiska egenskaper. Dessa egenskaper kan sedan utvärderas före och efter att den undersökta proceduren utförs och/eller den medicintekniska undersökande produkten appliceras. Att säkra inflödessegmentet innebär vissa svårigheter på grund av bristen på perifer myokardium i vänster kammares utflödeskanal. Denna metod löser det problemet genom att säkra inflödessegmentet med hjälp av mitralisklaffens främre broschyr och sedan suturera den vänstra kammarens fria vägg runt inflödesfixturen. Utflödessegmentet säkras helt enkelt genom att sätta in fixturen i ett snitt i den övre aspekten av aortabågen. Vi fann att proverna hade signifikant olika hydrodynamiska egenskaper före och efter vävnadsfixering. Detta fynd fick oss att använda färska prover i våra tester och bör beaktas när vi använder denna metod. I vårt arbete använde vi denna metod för att testa nya intrakardiella plåstermaterial för användning i klaffläge genom att utföra en aortaklaffneocuspidiseringsprocedur (Ozaki-proceduren) på de monterade svinaortaklaffarna. Dessa ventiler testades före och efter proceduren för att bedöma förändringen i hydrodynamiska egenskaper i jämförelse med den ursprungliga ventilen. Här redovisar vi en plattform för hydrodynamisk testning av experimentella aortaklaffprocedurer som möjliggör jämförelse med nativklaffen och mellan olika enheter och tekniker som används för den procedur som undersöks.
Introduction
Aortaklaffsjukdom utgör en betydande folkhälsobörda, särskilt aortastenos, som drabbar 9 miljoner människor världen över1. Strategier för att hantera denna sjukdom utvecklas för närvarande och inkluderar reparation av aortaklaffen och byte av aortaklaffen. Särskilt i den pediatriska populationen finns det ett betydande incitament att reparera snarare än att byta ut klaffen eftersom de proteser som finns tillgängliga idag är benägna att drabbas av strukturell klaffdegeneration (SVD) och inte är tillväxttoleranta, vilket kräver omoperation för att bytas ut i takt med att patienten växer. Även Ross-proceduren, som ersätter den sjuka aortaklaffen (AV) med den naturliga lungklaffen (PV), kräver en protes eller transplantat i lungläge som också är föremål för SVD och ofta begränsad tillväxttolerans2. Nya metoder för aortaklaffsjukdom är under utveckling, och det finns ett behov av att testa i ett biologiskt relevant sammanhang innan det appliceras i en stordjursmodell.
Vi har utvecklat en metod för att testa en AV-produkt från svin som kan ge insikter om klaffens funktion före och efter ett prövningsförfarande eller tillämpning av en ny medicinteknisk produkt. Genom att montera gris-AV på en kommersiellt tillgänglig pulsduplikatormaskin kan vi jämföra de hydrodynamiska egenskaper som vanligtvis används i undersökningen och slutligen godkännandet av ventilproteser, inklusive uppstötningsfraktion (RF), effektiv öppningsarea (EOA) och genomsnittlig positiv tryckskillnad (PPD)3,4. Interventionen kan sedan finjusteras i ett biologiskt relevant sammanhang innan den används i en stordjursmodell, vilket begränsar antalet djur som behövs för att producera ett ingrepp eller en protes som kan användas på människor. De hjärtan som används för detta försök kan erhållas från det lokala slakteriet eller avfallsvävnad från andra försök, så det är inte nödvändigt att offra ett djur enbart för detta försök.
I vårt arbete använde vi denna metod för att utveckla ett nytt patchmaterial för reparation och byte av ventiler. Vi testade den hydrodynamiska funktionen hos en mängd olika plåstermaterial genom att utföra en aortaklaffneocuspidiseringsprocedur (Ozaki-procedur 5,6,7) på gris-AVs och testa dem i pulsduplikatorn före och efter proceduren. Detta gjorde det möjligt för oss att finjustera materialet baserat på dess hydrodynamiska prestanda. Således ger denna metod en plattform för hydrodynamisk testning av experimentella procedurer och nya medicintekniska produkter för användning på AV före applicering i en stordjursmodell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
All forskning utfördes i enlighet med institutionella riktlinjer för vård av djur.
1. Överväganden och förberedelser inför försöket
- Använda en lämplig pulsduplikator (PD) för simulering av hjärtminutvolym genom AV. PD måste kunna ta emot biologiska material och kunna rengöras.
- Använd PD-inställningar som är lämpliga för att testa AV: 70 ml förskjutningsvolym och 70 slag per minut (5 L/min hjärtminutvolym), 35 % av hjärtcykeln i systole, 100 mmHg genomsnittlig transvalvulär tryckgradient, 120 maximal tryckgradient och 80 minsta tryckgradient.
- Använd rumstemperatur (RT) normal koksaltlösning (0.9 % NaCl) som flytande medium.
- Lokalisera eller skapa (med hjälp av 3D-utskrift eller liknande metod) lämpliga fixturer för montering av svin AV för testning på PD.
- Använd fixturer som är modellerade på fixturerna som medföljer pulsduplikatorn med följande specifikationer: se till att fixturens innerdiameter liknar diametern på den AV som studeras, att fästlängden är minst 2 cm och att den användbara fästbredden är minst 4 cm (Figur 1).
- Använd O-ringar av gummi som packningar på ändarna av fixturerna.
- Ta ett hjärtprov efter kardiektomi (Figur 2A).
- Använd hjärtprover från svin från slakteriet eller avfallsvävnad från djur som i övrigt är friska och som inte har ingått i några försöksprotokoll som påverkar deras hjärtan.
- Ta prov efter kardiektomi eller utför obduktion av kardiektomi, inklusive transsektion av övre hålvenen, nedre hålvenen, huvudlungartären (PA), alla lungvener och aorta vid den distala aspekten av aortabågen.
OBS: Färska prover, mindre än 6 timmar efter slakt eller förvarade i steril koksaltlösning med en 1% antibiotikalösning (penicillin och streptomycin) i ett 4 °C kylskåp i upp till 7 dagar, bör användas för detta experiment. Vävnader fixerade i formalin eller glutaraldehyd kommer att ge förändrade hydrodynamiska resultat på grund av ökad styvhet.
Figur 1: Anpassade 3D-printade fixturer för montering av svinaortaklaffarna på pulsduplikatorn. Som anges i protokollet bör fästlängden vara minst 2 cm och den användbara fästbredden bör vara minst 4 cm. Klicka här för att se en större version av denna figur.
2. Omskärning av högersidiga strukturer
- Dissekera PA från aortan med Metzenbaum-sax tills ventrikelvävnad är synlig (Figur 2B).
- Dissekera och ligera med silkesband båda kranskärlen vid deras ursprung från aortabihålorna, var noga med att inte förtränga bihålorna.
- Transektera kranskärlen distalt om silkesbanden.
- Snitta höger kammare (RV) mellan aorta och PA vid basen av lungklaffen med Metzenbaum-sax (Figur 2C).
- Börja anteriort, fortsätt snittet perifert längs den interventrikulära skiljeväggen för att ta bort RV-fria väggen (Figur 2D, E).
- Fortsätt snittet bakåt genom trikuspidalklaffringen längs interatriell septum för att avlägsna all höger förmaksvävnad (Figur 2F).
Figur 2: Kardiektomiprov och resektion av högersidiga strukturer. (A) Prov från kardiektomi. (B) Huvudlungartären dissekeras från aortan tills ventrikulära vävnad är synlig. (C) Snitt av höger kammare (RV) vid basen av lungklaffen. (D) Fortsätta snittet längs den interventrikulära septum anteriort. (E) Ta bort den RV-fria väggen genom att fortsätta snittet runt om längs den interventrikulära skiljeväggen. (F) Provexemplar med högersidiga strukturer borttagna. Klicka här för att se en större version av denna figur.
3. Förberedelse av vänster kammares utflödeskanal (LVOT) för kanylering med PD-fixturen
- Snitta vänster förmak (LA) genom höger lungvens ostium parallellt med aortan med Metzenbaum-sax (Figur 3A).
OBS: Även om det finns begränsad variabilitet, slutar porcins lungvensanatomi i allmänhet med två lungvensostia som går in i LA8. - Fortsätt snittet mot mitralisklaffens (MV) anterolaterala kommissur, och lämna minst 3 mm manschett av förmaksvävnad på aortasidan.
- Trimma överflödig LA-vävnad, bibehåll 3 mm manschetten av förmaksvävnad på aortan och MV-ringen i omkretsen (Figur 3B).
- Förläng snittet på vänster kammare (LV) genom MV:s anterolaterala kommissur, var noga med att bevara den anterolaterala papillärmuskeln (Figur 3C).
- Dela chordae tendineae från den anterolaterala papillära muskeln till den bakre MV-broschyren, bevara fästen till den främre MV-broschyren.
- Fortsätt snittet till hjärtats topp.
- Trimma överflödig LV-vävnad under papillärmusklerna, bevara båda papillärmusklerna (Figur 3D).
Figur 3: Förberedelse av vänster kammares utflödeskanal för kanylering med pulsduplikatorfixturen. (A) Snitt av vänster förmak (LA) genom ostium i höger lungven. (B) Överskott av LA-vävnad trimmad, med bibehållande av minst 3 mm manschett av förmaksvävnad på aorta och bibehållande av mitralisklaffens ringform i omkretsen. (C) Förlängning av snittet på vänster kammare (LV) genom mitralisklaffens anterolaterala kommissur. (D) Avlägsnande av överskott av LV-vävnad under papillärmusklerna. Saxen syns i bildens övre högra hörn. Klicka här för att se en större version av denna figur.
4. Förberedelse av aortan för kanylering med PD-fixturen
- Trimma bort överflödig lymf-, bindvävs- eller lungartärvävnad från aortan (Figur 4A).
- Snitta den övre aspekten av aortabågen från den nedåtgående aortan till den vänstra subclaviala artären med hjälp av Metzenbaum-sax (Figur 4B).
- Fortsätt snittet på den övre aspekten av aortabågen från den vänstra subclaviala artären till den brachiocephaliska bålen (Figur 4C, D).
OBS: Grenar av porcins aortabåge från distalt till proximalt inkluderar den vänstra subclaviala artären och den brachiocephala stammen, som ger upphov till den högra subclavian artären, höger halspulsåder och vänster halspulsåder9.
Figur 4: Förberedelse av aorta för kanylering med pulsduplikatorfixturen. (A) Aortabågen med överflödig vävnad borttagen. Lägg märke till de två bågkärlen i svinets aortabåge, den brachiocephala bålen och den vänstra subclaviala artären. (B) Starta snittet längs den övre aspekten av aortabågen från den nedåtgående aortan till den vänstra subclaviala artären. (C) Fortsätta snittet längs den övre aspekten av aortabågen från den vänstra subclaviala artären till den brachiocephaliska stammen. (D) Genomfört aortabågsincision. Klicka här för att se en större version av denna figur.
5. Kanylering av LVOT med PD-fixturen
- Testa placeringen av fixturen i LVOT och trimma överflödig LV-vävnad.
- Sätt in fixturen i LVOT under MV:s främre broschyr.
- Linda den LV-fria väggen runt fixturen.
- Trimma överflödig LV-vävnad för att upprätthålla en tät omslutning runt fixturen.
- Ta bort hälften av tjockleken på den LV-fria väggen med början vid den interventrikulära skiljeväggen, och behåll minst 1 cm epikardiet vid den fria kanten för att bibehålla suturlinjens integritet (Figur 5A).
- Klipp bort 1 cm vävnad från det övre hörnet av den LV-fria väggduken (Figur 5A).
- Placera fixturen i LVOT med stödstångens fästhål 1 cm bakom LV-snittet (Figur 5B).
- Var noga med att inte föra in fixturen för långt in i LVOT så att den vidgar AV-ringen.
- Fäst MV:s främre broschyr på fixturen med en eller två 6-tums dragkedjor placerade mellan broschyrens chordae tendineae (Figur 5C).
- Suturera den LV-fria väggen runt fixturen (Figur 5D).
- Börja med att suturera manschetten av LA-vävnad på aortan till MV-ringen med hjälp av en enkel löpande sutur med en avsmalnande nål.
- Fortsätt den löpande sömmen på LV, riv inte LV-vävnaden.
Figur 5: Kanylering av vänster kammares utflödeskanal med pulsduplikatorfixturen. (A) Halva tjockleken på den LV-fria väggen avlägsnas med 1 cm epikardiet bibehållen vid den fria kanten. Den streckade linjen anger det område på 1 cm som ska tas bort från det övre hörnet av den LV-fria väggduken. (B) Fästhål för stödstång placerat 1 cm bakom det LV-fria väggsnittet. (C) Buntband som fäster MV:s främre blad till den proximala fixturen. (D) LV-fri vägg suturerad runt fixturen. Klicka här för att se en större version av denna figur.
6. Kanylering av aorta med PD-fixtur och slutlig förberedelse för PD-testning
- Mät AV:ns diameter med Hegar-dilatatorer för att hjälpa till med tolkningen av resultaten av PD-testning.
- Identifiera aortans neutrala läge genom att lyfta provet från bordet genom att ta tag i aortan (Figur 6A).
- Sätt in PD-fixturen i aortan, var noga med att rikta in stavens fästhål i aortans neutrala läge.
- Kontrollera provets längd genom att sätta in stödstängerna.
- Fäst PD-fixturen på aortan med en eller två 6-tums dragkedjor (Figur 6B).
- Fäst LVOT runt PD-fixturen med en eller två 8-tums dragkedjor.
- Fäst stödstängerna på plats med skruvarna som medföljer PD-setet.
- Placera provet i PD och starta testet (Figur 6C, Video 1 och Video 2).
- Suturera eventuella läckor efter behov.
Figur 6: Kanylering av aorta och testning i pulsduplikatorn. (A) Lyft provet från bordet vid aortan för att identifiera aortans neutrala läge. (B) Distal fixtur fäst i aortan med dragkedjor. C) Provet monterat i pulsduplikatorn för hydrodynamisk provning. Klicka här för att se en större version av denna figur.
7. Utför experimentell procedur
OBS: Utför experimentella procedurer som Ozaki-proceduren som tidigare beskrivits 5,6,7 och upprepa PD-testning.
- Om vävnaden har blivit uttorkad under ingreppet, dra åt buntbanden och förstärk suturlinjen vid behov.
8. Långtidsförvaring av provet (om så önskas)
- Placera provet i formalin 10% i 168 timmar (1 vecka)10,11.
- Efter vävnadsfixering, tvätta provet med avjoniserat vatten och placera det i etanol 70 % för långtidsförvaring.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representativa data som samlas in från pulsduplikatorn inkluderar uppstötningsfraktion (RF), effektiv öppningsarea (EOA) och genomsnittlig positiv tryckskillnad (PPD). RF och EOA, i synnerhet, används i ISO-standarderna för protesklaffar (ISO 5840) och kommer att vara viktiga att samla in om protesklaffprodukter undersöks. PPD ger information om hur mycket tryck som krävs för att öppna ventilen och refereras ofta till när man diskuterar byte av protesklaff 3,4. HDTi-6000 pulsduplikator (BDC Laboratories, Wheat Ridge, CO) som används i detta experiment kan samla in andra värden om så önskas, inklusive stängningsvolym, läckagevolym, total uppstötningsvolym, total framåtflödesvolym, systolisk varaktighet, maximal positiv tryckskillnad och medelflöde framåt.
Värdena för hydrodynamisk testning (RF, EOA och PPD) av den nativa aortaklaffen (n = 20) i ett korrekt utfört experiment visas i tabell 1. De erhållna värdena ligger inom det normala intervallet för aortaklaffmätningar, inklusive ett medelvärde för RF på 5,74 %12 och ett medelvärde för förutsagt aortaklaffindex på 1,08 cm2/m2 (beräknas genom att förutsäga kroppsytans area baserat på genomsnittlig aortadiameter och dividera medelvärdet för EOA med det värdet)13,14.
När provet fixeras i formalin 10 % eller glutaraldehyd 0,6 % blir vävnaderna som omger klaffen stela och det är svårt att räta ut provet på ett adekvat sätt för testning. Varje kurva eller böjning accentueras, och klaffringen kan förvrängas så att RF är falskt förhöjd på grund av felkoaptering av broschyrerna. Till exempel var RF-värdena för två fasta prover som hade irreducibla böjningar som förvrängde annulus 27,73 % och 67,30 %. Även när provet är tillräckligt rakt för att testa, ger styvheten hos vävnaden som omger ventilen en falskt förhöjd PPD, minskad RF och minskad EOA. Det finns ingen signifikant skillnad mellan fixering i formalin eller glutaraldehyd. Dessa frågor bör beaktas om man använder fixerad vävnad med denna experimentella modell, och tyder på att färska prover är mer representativa för in vivo klafffunktion. Representativa värden före och efter vävnadsfixering i fasta prover som kan monteras på ett obänt sätt presenteras i tabell 2.
RF kan vara falskt förhöjd genom att läcka från provet, särskilt läckage proximalt till ventilen. Visst läckage kan förväntas, och som en allmän regel är allt läckage som uppstår med en kontinuerlig ström (i motsats till droppande) hydrodynamiskt signifikant. Läckage från suturlinjen kan åtgärdas med hjälp av en förstärkande sutur (en annan löpande sutur eller en siffra med åtta stygn). I allmänhet, när du använder denna modell, bör skärnålar inte användas eftersom det kommer att läcka från suturhål. Läckage från fixturinsättningsställena kan åtgärdas genom att dra åt befintliga dragkedjor eller lägga till fler. I ett representativt fall resulterade åtdragning av ett buntband för att ta itu med läckage i en minskning av RF från 13,7 % till 9,5 %. Försiktighet bör iakttas så att du inte drar åt buntbanden för hårt på inflödessidan, eftersom detta kan leda till en falskt minskad EOA och falskt förhöjd PPD. I ett representativt fall resulterade lossning av ett för hårt åtdraget buntband i en ökning av EOA från 0,98cm2 till 1,08cm2 och en minskning av PPD från 20,2 mmHg till 18,0 mmHg. Buntbanden ska vara tillräckligt lösa för att den ventrikulära vävnaden proximalt till klaffen förblir böjlig, och läckage behöver inte nödvändigtvis elimineras helt, bara bromsas till ett droppande tillstånd där det inte kommer att påverka de hydrodynamiska mätningarna.
När den ursprungliga ventilen har testats kan den undersökta proceduren utföras för att bestämma förändringen i hydrodynamisk funktion. I vårt arbete undersökte vi effekten av att använda olika plåstermaterial i klaffläge genom att byta ut broschyrerna via Ozaki procedur 5,6,7. Genom att ersätta broschyrerna med olika undersökningsmaterial kunde vi utvärdera funktionen hos olika material för användning vid reparation och byte av aortaklaffar. De värden som erhölls efter Ozaki-proceduren med hjälp av kontrollplåstermaterialet (autologt perikardium fixerat i glutaraldehyd 0,6 %) gav en förändring från baslinjeklaffen som överensstämmer med klaffbyte med en klaffprotes av lämplig storlek (RF < 10 %, PPD < 20 mmHg, EOA-förändring < 0,3cm2 minskning från baslinjen)4. Representativa värden som erhålls efter att Ozaki har utförts med materialet för kontrollplåstret anges i tabell 3.
Video 1: Fungerande aortaklaff inspelad med den interna kameran på pulsduplikatorn. Klicka här för att ladda ner den här videon.
Video 2: Sidovy av aortaklaffen som testas på pulsduplikatorn. Klicka här för att ladda ner den här videon.
| Prov | Diameter (mm) | RF (%) | EOA (cm2) | PPD (mmHg) |
| P1 | 20 | 4.90 | 1.20 | 7.50 |
| P2 | 18 | 6.50 | 1.08 | 8.00 |
| P3 | 17 | 3.40 | 1.25 | 13.80 |
| P4 | 21 | 8.87 | 1.55 | 13.60 |
| P5 | 19 | 5.93 | 1.46 | 14.73 |
| P6 | 19 | 4.30 | 1.47 | 14.53 |
| P7 | 17 | 3.33 | 1.30 | 16.53 |
| P8 | 18 | 5.47 | 1.23 | 15.50 |
| P10 | 18 | 3.17 | 1.28 | 13.43 |
| P11 | 16 | 4.03 | 1.04 | 16.70 |
| P12 | 17 | 4.17 | 1.33 | 11.33 |
| P13 | 17 | 6.90 | 1.37 | 9.97 |
| P14 | 15 | 5.67 | 1.22 | 11.57 |
| P15 | 14 | 8.33 | 1.23 | 11.80 |
| P16 | 16 | 6.10 | 1.29 | 10.33 |
| P17 | 17 | 5.80 | 1.40 | 8.03 |
| P18 | 16 | 3.77 | 1.29 | 9.73 |
| P19 | 15 | 4.53 | 1.17 | 11.40 |
| P21 | 22 | 11.73 | 1.26 | 8.30 |
| P22 | 17 | 7.83 | 1.17 | 9.27 |
| Betyda | 17.45 | 5.74 | 1.28 | 11.80 |
| Standardavvikelse | 2.01 | 2.18 | 0.13 | 2.92 |
Tabell 1: Representativa värden erhållna genom hydrodynamisk provning i ett korrekt utfört experiment. Proverna P9 och P20 inkluderades inte eftersom de naturliga klaffarna var onormala. Värden erhållna från pulsdupliceringsprogramvara. RF, uppstötningsfraktion; EOA, effektiv öppningsarea. PPD, positiv tryckskillnad.
| Ursprunglig (n = 6) | Fast (n = 6) | p-värde | |
| RF (%) | 5,81 ± 3,10 | 2,36 ± 1,20 | 0.01 |
| EOA (cm2) | 1,21 ± 0,08 | 0,77 ± 0,35 | 0.04 |
| PPD (mmHg) | 9,17 ± 2,42 | 23.50 ± 10.69 | 0.02 |
| Glutaraldehyd fixerad (n = 2) | Formalin fast (n = 4) | p-värde | |
| RF (%) | 2,52 ± 1,86 | 2,28 ± 1,11 | 0.89 |
| EOA (cm2) | 0,81 ± 0,34 | 0,76 ± 0,40 | 0.89 |
| PPD (mmHg) | Kl. 19.33 ± 2.31 | 25.58 ± 13.09 | 0.42 |
Tabell 2: Representativa värden erhållna genom hydrodynamisk testning före och efter vävnadsfixering med formalin 10 % eller glutaraldehyd 0,6 %. Data presenteras som medelvärde ± standardavvikelse. P-värdena beräknades med hjälp av det parade t-testet (naturligt kontra fast) eller oparat t-test (glutaraldehyd jämfört med formalin). Värden erhållna från pulsdupliceringsprogramvara. RF, uppstötningsfraktion; EOA, effektiv öppningsarea. PPD, positiv tryckskillnad.
| Ursprunglig (n = 6) | Efter Ozaki (n = 6) | p-värde | |
| RF (%) | 4,51 ± 1,43 | 8,57 ± 3,25 | <0.01 |
| EOA (cm2) | 1,26 ± 0,12 | 1,07 ± 0,05 | <0.01 |
| PPD (mmHg) | kl 13,91 ± 2,81 | Kl. 16.77 ± 2.31 | <0.01 |
Tabell 3: Representativa värden erhållna genom hydrodynamisk testning före och efter utförande av Ozaki-proceduren med glutaraldehydfixerat autologt perikardium. Data presenteras som medelvärde ± standardavvikelse. P-värdena beräknades med hjälp av det parade t-testet. Värden erhållna från pulsdupliceringsprogramvara. RF, uppstötningsfraktion; EOA, effektiv öppningsarea. PPD, positiv tryckskillnad.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden som presenteras här ger en plattform för hydrodynamisk testning av AV för att undersöka effekten av en experimentell procedur eller en ny medicinteknisk produkt. Genom att montera den naturliga aortaklaffen på en pulsduplikatormaskin kan vi bestämma effekten av den experimentella proceduren på alla hydrodynamiska parametrar som används vid undersökning och godkännande av nya ventilproteser (ISO 5840). Detta ger en möjlighet att finjustera procedurer och proteser innan de används i en stordjursmodell.
Att säkra inflödessegmentet innebär vissa svårigheter på grund av bristen på perifer myokardium i vänster kammares utflödeskanal. Denna metod löser det problemet genom att säkra inflödessegmentet med hjälp av mitralisklaffens främre broschyr, sedan suturera den vänstra kammarens fria vägg runt inflödesfixturen och applicera ytterligare dragkedjor på kammarmanschetten. Andra liknande metoder har tillgripit suturering av ett rör av polyetentereftalat (Dacron) till LVOT15,16 eller säkring av inflödesfixturen nära AV-ringen17,18. Dessa metoder riskerar att artificiellt höja EOA på bekostnad av RF genom att fixera annulus till en relativt styv inflödesfixtur som är större än dess ursprungliga diameter. På samma sätt är det möjligt att minska diametern genom fixering till ett styvt fäste som är mindre än dess ursprungliga diameter och därigenom artificiellt minska RF på bekostnad av EOA. Följaktligen rapporterar många liknande metoder inte både RF och EOA 15,16,18. En av fördelarna med denna metod är att vi kan utvärdera både ventilernas öppnings- och stängningsparametrar samtidigt.
Även om det är frestande att utföra detta experiment med fasta prover för att få en mer flexibel tidpunkt för experimentet, förändras ventilens hydrodynamiska egenskaper avsevärt efter fixering, och monteringsprocessen blir mycket svårare. Vävnaden som omger klaffen blir mycket styv när den fixeras i formalin 10 % eller glutaraldehyd 0,6 %, och RF minskas artificiellt medan PPD ökas artificiellt och EOA minskas artificiellt. Aortans naturliga kurva blir också mycket svår att räta ut för testning, och som ett resultat av detta kan annulus förvrängas så att klaffen i vissa fall inte längre kan testas. Av denna anledning har vi använt färsk vävnad i våra experiment, antingen testad inom 6 timmar eller kyld vid 4 °C i steril koksaltlösning och 1 % antibiotikalösning (penicillin och streptomycin) i upp till 7 dagar.
När den ursprungliga ventilen har testats kan proceduren som undersöks utföras. I vårt arbete utförde vi en Ozaki-procedur med en mängd olika patchmaterial för att utvärdera de hydrodynamiska egenskaperna hos vart och ett av dessa material när de används vid reparation eller byte av aortaklaffar. Befintliga lappmaterial är benägna att degraderas med tiden, och det finns ett stort behov av ett hållbart lappmaterial som kan användas för dessa tillämpningar19. Som ett exempel på vilken typ av procedur som kan undersökas med denna metod, utvärderade vi den hydrodynamiska effekten av att utföra Ozaki-proceduren med hjälp av kontrollmaterialet, glutaraldehydfixerat autologt perikardium, och fann att den resulterande förändringen i hydrodynamiska egenskaper överensstämde med den förändring som är förknippad med implantation av en väl dimensionerad AV-protes4.
De huvudsakliga begränsningarna med denna metod är, som beskrivits ovan, relaterade till de svårigheter som är förknippade med att säkra inflödessegmentet utan perifert myokardiet. Denna del av proceduren måste utföras noggrant i enlighet med specifikationerna i avsnittet om representativa resultat ovan. Som med alla tekniker för hydrodynamisk testning av aortaklaffen ex vivo kan värdena ändras genom monteringsprocessen, och det mest lärorika resultatet är jämförelsen av hydrodynamiska egenskaper hos en ventil före och efter att en experimentell procedur utförs. Dessutom begränsar oförmågan att på ett tillförlitligt sätt testa prover som har genomgått vävnadsfixering den tidsram inom vilken experimentet måste utföras och den bredd av tillämpning som är möjlig. Skillnaderna i anatomi mellan svin AV och human AV är begränsade, och består framför allt av en muskelhylla under höger kranskärlsspets i gris AV, men måste beaktas vid generaliseringen av dessa resultat till mänsklig anatomi20,21.
Denna metod för att testa AV-viruset på en PD-maskin kan användas vid testning av andra undersökningsprocedurer och proteser som är avsedda att användas på AV. I synnerhet nya aortaklaffproteser och tekniker för aortarotsersättning är lämpliga. Denna metod ger en plattform för att testa och kvantifiera de hydrodynamiska förändringar som induceras av dessa procedurer och proteser. Därmed ger det en möjlighet att jämföra och finjustera material och procedurer i en biologiskt relevant miljö innan de används i en stordjursmodell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inga relevanta ekonomiska intressekonflikter att redovisa.
Acknowledgments
Vi vill tacka Dr. Gordana Vunjak-Novakovics laboratorium, inklusive Julie Van Hassel, Mohamed Diane och Panpan Chen, för att de lät oss använda hjärtavfallsvävnad från deras experiment. Detta arbete stöddes av Congenital Heart Defect Coalition i Butler, NJ, och National Institutes of Health i Bethesda, MD (5T32HL007854-27).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A.
- Herrmann, J. L., Brown, J. W. Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).
- Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. Principles of TAVR valve design, modelling, and testing. Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).
- Pibarot, P., et al. Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).
- Ozaki, S., et al. Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).
- Krane, M., Amabile, A., Ziegelmüller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure). Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).
- Ozaki, S., et al. A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).
- Vandecasteele, T., et al. The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation. Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).
- Góes, A. M. O., et al. Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery. Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086 (2021).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Piątek, K., Hołda, J. Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue. Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Hołda, J. Penetration of formaldehyde based fixatives into heart. Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).
- Spampinato, R. A., et al. Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities. International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).
- Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).
- Baumgartner, H., et al. Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).
- Saisho, H., et al. An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).
- Saisho, H., et al. Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).
- Paulsen, M. J., et al. Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator. Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).
- Al-Atassi, T., et al. Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).
- Sun, M., et al. A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement. Biomaterials. 288, 121756 (2022).
- Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations. Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).
- Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure. Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).
