Der er blevet fornyet interesse i at udvikle polymer ventiler. Her er målsætningen at demonstrere muligheden for at ændre en kommerciel puls duplikator til at rumme tri-folder geometrier og definere en protokol til at præsentere polymer ventil hydrodynamiske data i forhold til indfødte og proteser ventil data indsamlet i henhold næsten identiske betingelser.
Begrænsninger af tiden tilgængelige kunstige hjerteklapper, xenotransplantater og homografts har bedt en nylig genopblussen af udviklingen inden for tri-folder polymer ventil proteser. Men identifikation af en protokol for indledende vurdering af polymer ventil hydrodynamisk funktionalitet er altafgørende i de tidlige faser af designprocessen. Traditionelle in vitro puls duplicator systemer er ikke konfigureret til at rumme fleksible tri-folder materialer, desuden behovsvurdering af polymer ventil funktionalitet skal foretages i en relativ kontekst til indfødte og kunstige hjerteklapper under identiske testbetingelser, så variation i målingerne fra forskellige instrumenter kan undgås. Derfor har vi gennemført hydrodynamisk vurdering af i) nativ (n = 4, middeldiameter, D = 20 mm), ii) bi-folder mekanisk (n = 2, D = 23 mm) og iii) polymeren ventiler (n = 5, D = 22 mm) ved brug af en kommercielt tilgængelig puls duplikator systemet (ViVitro LabsInc, Victoria, BC), som blev ændret for at imødekomme tri-folder ventil geometrier. Tri-brochure silikone ventiler udviklet på University of Florida omfattede polymer ventil gruppen. En blanding i forholdet 35:65 glycerin til vand blev anvendt til at efterligne blod fysiske egenskaber. Øjeblikkelige strømningshastighed blev målt ved grænsefladen af den venstre ventrikel og aorta enheder, mens trykket blev registreret ved ventrikulære og aorta positioner. Bi-brochure og indfødte ventil data fra litteraturen blev brugt til at validere flow og trykmålinger. Følgende hydrodynamiske målinger blev rapporteret: fremløb trykfald aortaroden spændingsværdi fremad flow, aorta lukning, lækage og regurgitant volumen, transaortic lukning, lækage, og den samlede energitab. Repræsentative resultater viste, at hydrodynamiske målinger fra de tre ventil grupper kan med held opnås ved at inkorporere en specialbygget samling i en kommercielt tilgængelig puls duplikator system, og subsequently, objektivt forhold til at give indsigt i funktionelle aspekter af polymer ventil design.
Hjerteklapsygdom ofte skyldes degenerative ventil forkalkning 1, gigtfeber 2, endocarditis 3,4 eller medfødte misdannelser. Når ventil opstår skader, der forårsager stenose og / eller gylp ventil prolaps og ikke kan kirurgisk repareret, er det native ventil sædvanligvis erstattet af en protese ventil. Aktuelt tilgængelige muligheder omfatter mekaniske ventiler (bur-kugleventiler, vippe disk ventiler osv.), Homotransplantat og bioprotetiske ventiler (svine-og kvæg ventiler). Mekaniske ventiler er ofte anbefales til yngre patienter baseret på deres holdbarhed, men patienten er forpligtet til at forblive på antikoagulationsbehandling at forhindre trombotiske komplikationer 5.. Homotransplantat og biologiske protetiske ventiler har været effektive valg at undgå blod tyndere terapi, men disse ventiler har forhøjet risiko for fibrose, forkalkning, degenerering og immunogene komplikationer, der fører til ventil fiasko 6. Tissue-manipuleret ventiler bliver undersøgt som en ny teknologi 7-9, men der er stadig meget at blive afdækket. Alternative holdbare, biokompatible, protetiske ventiler er nødvendige for at forbedre livskvaliteten for de hjerteklap sygdom. Igen kunne dette ventil design erstatte bioprotesen anvendes i transkateter ventil teknologi, med transkateter tilgange viser potentialet for at omdanne behandling af udvalgte patienter med hjerteklapsygdom 10.
Som anført af de nuværende standarder, bør en succesfuld hjerteklap erstatning have følgende egenskaber: "1) giver mulighed for fremløb med acceptabel lille gennemsnitlig trykforskel drop, 2) forhindrer retrograd flow med acceptabel lille opstød, 3) modstår embolisering, 4) modstår hæmolyse, 5) modstår trombedannelse, 6) er biokompatible, 7) er kompatibel med in vivo diagnostiske teknikker 8) kan leveres og implanteres i måletbefolkning 9) forbliver fastsættes en gang placeret, 10) har en acceptabel støjniveau, 11) har reproducerbar funktion 12) fastholder sin funktionalitet til en rimelig levetid, i overensstemmelse med dens generiske klasse, 13) opretholder sin funktionalitet og sterilitet til en rimelig hylde livet inden implantation. "11.. Nogle af manglerne ved eksisterende ventil proteser potentielt kan overvindes ved en polymer ventil. Biokompatible polymerer er blevet anset topkandidater baseret på biostabilitet, anti-hydrolyse, anti-oxidation, og fordelagtige mekaniske egenskaber såsom høj styrke og viskoelasticitet. kan navnlig elastomere polymerer giver væsentlig deformation ligner native ventil dynamik. Elastomerer kan skræddersys til at efterligne blødt væv egenskaber, og de kan være de eneste kunstige materialer til rådighed, som er bio-tolerante og som kan modstå koblede, in vivo, væske-induceret, bøjnings-og trækspændinger endnu, flytte på en måde der ligner sund,native ventil bevægelse. Desuden kan elastomerer masseproduceres i forskellige størrelser, der er gemt med lethed, forventes at være omkostningseffektive apparater og kan være strukturelt forstærket med fiberforstærkning.
Begrebet brugen af polymer materialer til at samle en tri-folder ventilen er ikke nyt og har været genstand for en række forskningsundersøgelser gennem de sidste 50 år 12, der er blevet opgivet i høj grad på grund af begrænset ventil holdbarhed. Men med fremkomsten af nye fremstillings metoder 13,14, styrkelse af polymer materialer 15,16 og potentielt problemfri integration af polymer ventil erstatninger med transkateter ventil teknologi, har der for nylig været en fornyet interesse og aktivitet i udviklingen af polymer ventiler som en potentielt levedygtigt alternativ til i øjeblikket tilgængelige kommercielle ventiler. I det lys, er en protokol, der muliggør afprøvning af disse ventiler til at vurdere hydrodynamiske funktionalitet det første skridti evalueringsprocessen endnu ikke kommercielt tilgængelige pulssimulator systemer generelt ikke udstyret til at rumme tri-folder ventil design og indeholder en ringformet afstand for at indsætte kommercielt tilgængelige hjerteklapper (f.eks vippe disken, bi-brochure mekaniske hjerteklapper). For det andet polymer ventiler er en ny teknologi, hvis hydrodynamik kan kun vurderes i en relativ sammenhæng. Selvom native hjerteklap tryk og flow data er tilgængelige, er det vigtigt at foretage afprøvning af native aorta svin ventiler, som er biologisk ligner humane ventiler med samme pulserende simulator, der anvendes til at vurdere de polymere ventilerne, således at redegøre for måleforskelle der kan være afhængig af systemet. Derfor er målet med denne undersøgelse var at påvise, hvordan en kommercielt tilgængelig pulssimulator kan udstyres med en anordning til at rumme tri-folder ventil konstruktioner og systematisk at evaluere polymer ventil hydrodynamiske målinger i en relativ context i forhold til mekaniske og indfødte svin hjerteklap modstykker. I vores tilfælde, som tidligere roman tri-folder siliconepolymersammensætninger ventiler udviklet på University of Florida 13 omfattede polymer ventil gruppen.
I denne undersøgelse har vi vist nytten af at ændre en kommercielt tilgængelig pulserende duplikator enhed til at rumme tri-folder ventil geometrier, således at hydrodynamiske afprøvning af polymer og native porcine ventiler kan udføres. Specifikt i vores tilfælde var systemet ændret en ViVitro venstre hjerte og systemisk simulator-system (figur 1a) styres via ViViTest dataopsamlingssystem (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Canada). Men systemet er ikke ulig flere in vitro, puls…
The authors have nothing to disclose.
Et frø tilskud fra University of Florida – College of Medicine er taknemmeligt anerkendt. Graduate studier (Manuel Salinas), blev støttet gennem et mindretal muligheder i biomedicinske forskningsprogrammer – forskningsinitiativ til videnskabelig forbedring (MBRS-RISE) stipendium: NIH / NIGMS R25 GM061347. Finansiel støtte fra Wallace H. Coulter Foundation gennem Florida International University er Biomedical Engineering Department også taknemmeligt anerkendt. Endelig forfatterne takke følgende elever for deres bistand i forskellige stadier af den eksperimentelle proces: Kamau Pier, Malachi Suttle, Kendall Armstrong og Abraham Alfonso.
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
Pump | ViVitro Labs | http://vivitrolabs.com/products/superpump/ | |
Flow Meter and Probe | Carolina Medical | Model 501D | http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf |
Pressure Transducer | ViVitro Labs | HCM018 | |
ViVitro Pressure Measuring Assembly | ViVitro Labs | 6186 | |
Valve holder | WB Engineering | Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering | |
Pulse Duplicator | ViVitro Labs | PD2010 | http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf |
Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software | ViVitro Labs | PDA2010 | http://vivitrolabs.com/products/software-daq |
Porcine Hearts and Native Aortic Valves | Mary's Ranch Inc | ||
Bi-leaflet Mechanical Valves | Saint Jude Medical | http://www.sjm.com/ | |
High Vacuum Grease | Dow Corning Corporation | http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf | |
Glycerin | McMaster-Carr | 3190K293 | 99% Natural 5 gal |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | MT21031CV | 100 ml/heart |
Antimycotic/Antibiotic Solution | Fisher Scientific | SV3007901 | 1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System |
NaCl | Sigma-Aldrich | S3014-500G | 9 g/L of deionized water |
Deionized Water | EMD Millipore Chemicals | Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process |