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.
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.
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.
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…
The authors have nothing to disclose.
Et frø stipend fra University of Florida – College of Medicine er takknemlig erkjent. Graduate studier (Manuel Salinas) ble støttet gjennom en minoritet muligheter i biomedisinske forskningsprogrammer – forskning initiativ for vitenskapelig ekstrautstyr (MBRS-RISE) fellesskap: NIH / NIGMS R25 GM061347. Økonomisk støtte fra Wallace H. Coulter Foundation gjennom Florida International University, er Biomedical Engineering Department også takknemlig erkjent. Til slutt, forfatterne takke følgende studenter for deres hjelp under ulike stadier av den eksperimentelle prosessen: Kamau Pier, Malaki 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 |