Protokoll for Relativ Hydrodynamisk Vurdering av Tri-brosjyre Polymer Ventiler

Summary

Det har blitt fornyet interesse i å utvikle polymer ventiler. Her målene er å demonstrere gjennomførbarheten av å endre en kommersiell puls duplikator å imøtekomme tri-brosjyre geometri og å definere en protokoll for å presentere polymer ventil hydrodynamiske data i forhold til innfødte og protese ventil data samlet under nesten identiske forhold.

Abstract

Begrensninger av tilgjengelige kunstige hjerteklaffer, xenografts og homografts har bedt om en fersk oppblomstring av utviklingen i området av tri-brosjyre polymer ventil proteser. Imidlertid er identifisering av en protokoll for første vurdering av polymer ventil hydrodynamisk funksjonalitet viktig i den tidlige fasen av designprosessen. Tradisjonell in vitro puls duplikator systemer er ikke konfigurert til å imøtekomme fleksible tri-brosjyre materialer, i tillegg må vurderingen av polymer ventil funksjonalitet som skal gjøres i en relativ sammenheng til morsmålsopplæring og protese hjerteklaffer under like testforhold slik at variasjon i målingene fra ulike instrumenter kan unngås. Følgelig, gjennomførte vi hydrodynamisk vurdering av i) naturlige (n = 4, midlere diameter, D = 20 mm), ii) bi-heftet mekanisk (n = 2, D = 23 mm), og iii) polymer ventiler (n = 5, D = 22 mm) for eksempel ved bruk av et kommersielt tilgjengelig puls duplikator system (ViVitro LabsInc, Victoria, BC) som ble endret for å imøtekomme tri-brosjyre ventil geometrier. Tri-brosjyre silikon ventiler utviklet ved University of Florida omfattet polymer ventil gruppen. En blanding i et forhold på 35:65 til glyserin vann ble anvendt for å etterligne blod fysiske egenskaper. Momentant strømningshastighet ble målt i grenselandet mellom venstre ventrikkel og aorta enheter mens trykket ble spilt inn på ventrikkel og aorta stillinger. Bi-brosjyren og innfødte ventil data fra litteraturen ble brukt til å validere flyt og trykkavlesninger. Følgende hydrodynamiske beregninger ble rapportert: forward flow trykkfall, aorta rotmiddelkvadrat forward flow rate, aorta lukking, lekkasje og regurgitant volum, transaortic lukking, lekkasje, og totalt energitap. Representative resultatene indikerte at hydrodynamiske beregninger fra de tre ventil gruppene kan være vellykket oppnås ved å innlemme en spesialbygd enhet i en kommersielt tilgjengelig puls duplikator system og subsequently, objektivt i forhold til å gi innsikt i funksjonelle aspekter av polymer ventil design.

Introduction

Hjerte ventil sykdom resulterer ofte fra degenerative ventil forkalkning ^1, revmatisk feber ^{2, 3,4} endokarditt eller medfødte misdannelser. Når ventilen skade oppstår, forårsaker stenose og / eller regurgitasjon ventil prolaps og kan ikke være kirurgisk repareres, er den opprinnelige ventil vanligvis erstattet av en protese ventil. For tiden tilgjengelige alternativene inkluderer mekaniske ventiler (bur-kuleventiler, vippe disk ventiler etc.), Homograft og bioprotetiske ventiler (svin og storfe ventiler). Mekaniske ventiler er ofte anbefalt for yngre pasienter basert på deres holdbarhet, men pasienten er nødvendig for å forbli på antikoagulasjonsbehandling for å hindre trombotiske komplikasjoner ^fem. Homograft og biologisk protese ventiler har vært effektive valg for å unngå blod tynnere terapi, men disse ventilene har forhøyet risiko for fibrose, forkalkning, degenerasjon, og immunogeniske komplikasjoner som fører til ventilsvikt ⁶. Tissue-utviklet ventiler blir etterforsket som en ny teknologi ^7-9, men mye gjenstår å bli avdekket. Alternative holdbare, biokompatible, kunstige hjerteklaffer er nødvendig for å forbedre kvaliteten på livet av hjerteklaff sykdom pasienter. Igjen kan denne ventilkonstruksjon erstatte bioprotesen brukt i transcatheter ventil-teknologi, med transcatheter tilnærminger som viser potensialet for å transformere behandling av utvalgte pasienter med hjerte sykdom ventil ^10..

Som det fremgår av gjeldende standarder, bør en vellykket hjerteklaff erstatning har følgende ytelse egenskaper: "1) tillater forward flow med akseptabel liten midlere trykkforskjellen slipp, 2) hindrer retrograd flyt med akseptabel liten oppstøt, 3) motstår embolisering, 4) motstår hemolyse, 5) motstår trombedannelse, 6) er biokompatibelt, 7) passer sammen med in vivo diagnostiske teknikker, 8) er leveransen og implanteres i måletbefolkningen, 9) forblir fast en gang plassert, 10) har et akseptabelt støynivå, 11) har reproduserbar funksjon; 12) opprettholder sin funksjonalitet for en rimelig levetid, i samsvar med sin generiske klassen, 13) opprettholder sin funksjonalitet og sterilitet for en rimelig hylle livet før implantasjon. ^"11. Noen av svakhetene i eksisterende ventil proteser kan potensielt bli overvunnet av en polymer ventil. Biokompatible polymerer har vært ansett toppkandidater basert på biostability, anti-hydrolyse, anti-oksidasjon, og fordelaktige mekaniske egenskaper som høy styrke og viskoelastisitet. Særlig kan elastomere polymerer gi materiale deformasjon likner innfødte ventil dynamikk. Elastomerer kan skreddersys for å etterligne bløtvev egenskaper, og de kan være de eneste kunstige materialer er tilgjengelige som er biologisk tolerant, og som kan tåle de koplede, in vivo, fluid-indusert, bøye-og strekk-krefter, men likevel, flytte på en måte som likner sunt,innfødte ventil bevegelse. Videre kan elastomerer bli masseprodusert i en rekke størrelser, lagret med letthet, er forventet å være kostnadseffektive enheter og kan være strukturelt forsterket med fiberforsterkning.

Konseptet med bruk av polymer materialer for å montere en tri-brosjyre ventil er ikke ny og har vært gjenstand for flere forskningsprosjekter undersøkelser i løpet av de siste 50 årene ^12, som ble forlatt i stor grad på grunn av begrenset ventil holdbarhet. Men med framveksten av nye produksjons metoder ^13,14, forsterkning av polymer materialer ^15,16 og potensielt sømløs integrasjon av polymer ventil substitutter med transcatheter ventil teknologi, har det nylig vært en fornyet interesse og aktivitet i utviklingen av polymer ventiler som potensielt levedyktig alternativ til nå tilgjengelige kommersielle ventiler. I lys av dette, er en protokoll for slik testing av disse ventilene å vurdere hydrodynamisk funksjonalitet første skritti evalueringsprosessen, ennå ikke kommersielt tilgjengelige puls simulator systemer generelt ikke er utstyrt for å imøtekomme tri-brosjyre ventil design og inneholder en ringformet mellomrom for å sette kommersielt tilgjengelige hjerteklaffer (f.eks vippe plate, bi-brosjyre mekaniske hjerteklaffer). Dernest polymer ventiler er en ny teknologi som hydrodynamikk kan bare vurderes i en relativ sammenheng. Selv om naturlig hjerteventil trykk og mengde-data er tilgjengelig, er det viktig å gjennomføre testing av innfødte aorta porcine ventiler, som er biologisk lik humane ventiler, ved hjelp av den samme pulsatil simulator som brukes til å evaluere det polymer ventiler, slik som å utgjøre måling forskjeller som kan være avhengig av systemet. Dermed var målet for denne studien er å demonstrere hvordan et kommersielt tilgjengelig puls simulator kan utstyres med en forsamling for å imøtekomme tri-brosjyre ventil konstruerer og å systematisk evaluere polymer ventil hydrodynamiske beregninger i en relativ fortsext i forhold til mekaniske og innfødte svin hjerteklaff kolleger. I vårt tilfelle, nye tri-brosjyre silikon polymer ventiler tidligere utviklet ved University of Florida ^13. omfattet polymer ventil gruppen.

Protocol

En. Forberedelse Design og dikte en forsamling for å imøtekomme en tri-brosjyre ventil geometri. Dette vil i det minste inneholde en ventil holder til sutur-i ventilen brosjyrer og en tube å huse ventil holderen og omkringliggende tilbehør for å feste foten pulsen duplikator system. I vårt tilfelle, benyttet vi en kommersielt tilgjengelig puls duplikator systemet tilgjengelig fra ViVitro Labs Inc. (Victoria, BC). Ventil holderen utforming så vel som før og etter montering konfigurasjoner er avbildet i…

Representative Results

Representative vannmengde og trykk bølgeformer er vist på figurene 3, 4 og 5. Tomtene ble midlet over størrelsen på utvalget av ventiler testet for hver gruppe, som var, n = 5, 4 og 2 ventiler for polymer, native svin og bi-brosjyre grupper, henholdsvis. De gjennomsnittlige hydrodynamiske beregninger og standard feil av gjennomsnittet for disse utvalgene er presentert i tabell 1. <img alt="Figur 1" sr…

Discussion

I denne studien har vi vist nytten av å endre en kommersielt tilgjengelig pulserende duplikator enhet for å imøtekomme tri-brosjyre ventil geometri slik at hydrodynamisk testing av polymer og innfødte svin ventiler kan utføres. Spesielt i vårt tilfelle, var systemet endret en ViVitro venstre hjerte og systemisk simulator system (Figur 1a) styres via ViViTest datainnsamling system (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Canada). Imidlertid er systemet ikke ulikt flere in vitro, pulsatile flyt…

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