Protokol for Relativ Hydrodynamic Vurdering af Tri-brochure Polymer Valves

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

1.. Forberedelse Designe og fabrikere en forsamling til at rumme en tri-folder ventil geometri. Dette vil som minimum indeholde en ventil holder til sutur-i ventilen foldere og en tube til at huse ventilholderen og omkringliggende tilbehør til at fastgøre samlingen på pulsen duplikator system. I vores tilfælde, udnyttede vi en kommercielt tilgængelig puls duplikator system til rådighed fra ViVitro Labs Inc. (Victoria, BC). Valve holder design samt før og efter montage konfigurationer er afbildet i <str…

Representative Results

Repræsentative flow og tryk bølgeformer er vist i figurerne 3, 4 og 5. De parceller blev i gennemsnit over prøvens størrelse af ventiler testet for hver gruppe, hvilket var, n = 5, 4 og 2 ventiler til polymer, indfødte svin og bi-folder grupperne. De hydrodynamiske målinger og standard fejl af middelværdien for disse stikprøvestørrelser er præsenteret i tabel 1.. <img alt="Figur 1" src="/files/f…

Discussion

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…

Materials

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