Summary

Tecnica chirurgica per l'impianto di ingegneria tessutale vascolari Innesti e successive<em> In Vivo</em> Monitoraggio

Published: April 03, 2015
doi:

Summary

Un protocollo step-by-step per il collocamento inter-posizionale di ingegneria tessutale Vessels (TEV) nella carotide di una pecora con anastomosi end-to-end e di valutazione digitale in tempo reale in vivo fino al sacrificio degli animali.

Abstract

Lo sviluppo di ingegneria tessutale Vessels (TEV) è avanzata dalla capacità di di routine ed efficace TEV impianto (4-5 mm di diametro) in un grande modello animale. Un protocollo passo-passo per il posizionamento tra posizionale della valutazione TEV digitale in tempo reale del TEV e arterie carotidi native è descritto qui. In vivo monitoraggio è reso possibile dal impiantazione di sonde di flusso, cateteri e cristalli ultrasonici (grado di registrare i cambiamenti di diametro dinamici di TEV impiantati e delle arterie carotidi native) al momento della chirurgia. Una volta impiantato, i ricercatori possono calcolare i modelli flusso di sangue arterioso, invasiva della pressione arteriosa e del diametro dell'arteria che producono parametri come la velocità dell'onda di polso, indice di aumento, le pressioni di impulsi e la conformità. L'acquisizione dei dati viene eseguita utilizzando un singolo programma per computer per l'analisi per tutta la durata dell'esperimento. Tali dati inestimabile permette di comprendere meglio TEV rimodellamento della matrice, la sua resemblanCé a controlli nativi / sham e prestazioni TEV generale in vivo.

Introduction

L'obiettivo principale per lo sviluppo di TEV è stato quello di fornire un sostituto per la sostituzione del trapianto autologo quando vasi autologhi non sono disponibili e limitare donatori di vista morbilità. Ad esempio, il numero di interventi di bypass coronarico all'anno ha superato 350.000 negli Stati Uniti, e la fonte ideale di opportuni innesti rimane fianco arteria mammaria interna, discendente anteriore dell'arteria coronaria e safena 1. Dal momento che molte persone che soffrono di malattie vascolari non possono avere le arterie e le vene adatte per la sostituzione del trapianto autologo, lo sviluppo di TEV è così diventato un campo di intensa ricerca da decenni 1-6. Mentre la progettazione e l'ottimizzazione di nuovi TEV hanno subito molti progressi, relazioni sulle tecniche chirurgiche impiegate per impiantare i TEV stessi non è stato un argomento di tale discussione intensa. Piuttosto, i protocolli per quanto riguarda l'impianto di TEV in modelli animali sono in gran parte lasciatifino alla ricerca investigatori.

Il seguente manoscritto illustrato come impiantare TEV utilizzando un approccio anastomosi end-to-end. Questa procedura è stata ottimizzata utilizzando uno specifico modello di sutura anastomotica, stabilizzante tecnica di sutura, ottimizzando tensione longitudinale e l'aggiunta di monitoraggio in vivo strumentazione. Questo metodo è in contrasto con alcune delle molte varianti che sono state usate in precedenza. Inoltre, questa procedura viene descritto come acquisire i parametri come la pressione arteriosa, TEV diametro / conformità e portata attraverso il TEV dopo l'intervento fino espianto. Questa raccolta di dati fornisce un'analisi indispensabile del TEV mentre è in fase di rimodellamento.

Protocol

NOTA: Questo protocollo è stato approvato dalla cura e l'uso degli animali Comitato presso la State University di New York a Buffalo. Preparazione 1. Pre-chirurgica Utilizzare pecore (Dorset croce, femmina, circa 1-3 anni con un peso di 40-60 kg) per il seguente studio. Somministrare ciclosporina A (200 mg / die), aspirina (975 mg / die), e coumadin (20-30 mg / die) per via orale, iniziando 3 giorni prima chirurgia e continua per tutta la durata di tutti gli studi. …

Representative Results

Più di 30 pecore sono stati sottoposti alla tecnica chirurgica descritta nella presente relazione per l'impianto di TEV (in corso di stampa) 9. Una tabella che riassume le più recenti operazioni di ovini dopo l'ottimizzazione del protocollo sono riportati nella tabella 2. Tutte le pecore recuperati dopo TEV l'impianto senza pericolo di vita complicazioni. In alcuni animali, la fibrosi è stata osservata in arteria nativa vicino alla punta del catetere arterioso. Non è stato oss…

Discussion

Lo scopo di questo rapporto è quello di fornire una procedura affidabile e riproducibile di TEV impianto di interesse nella carotide ovine. Le arterie carotidi native degli animali utilizzati in questo modello sono stati 0,5-0,75 mm di spessore e 4,5-5 mm di diametro esterno. La tecnica chirurgica qui descritta ha avuto successo per l'impianto di TEV di varie geometrie di misura 0,25-1 mm di spessore, 4-5 mm di diametro esterno e 4 cm di lunghezza con grande successo dimostrando efficace fino a 3 mesi di durata, il…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal Cuore e Polmone Istituto Nazionale (R01 HL086582) e la Stem Cell Science Fund di New York (NYSTEM, Contract #   C024316) per STA e DDS illustrazioni utilizzate in video JoVE sono state completate da John Nyquist; Medical Illustrator dalla State University di New York a Buffalo.

Materials

Equipment Manufacturer Serial/Catalog # Notes
Pressure Transducer Becton Dickinson P23XL-1 1+ (1 for each artery)
 Used with water-filled diaphragm domes
Amplifier and transducer box Gould 5900 Signal Conditioner Cage 1
Two transducers and amplifiers should be included in cage. While this specific unit may be discontinued, other commercially available pressure transducers with a BNC/analog output will communicate with the Sonometrics equipment
T403 Console with TS420 perivascular flowmeter module(x2)  Transonic Systems T403 module and TS420 (x2) 1
Flow probes measuring flow through each of the carotid arteries will connect to each of the TS420 units.  
Digital ultrasonic measurement unit Sonometrics TR-USB 1
Flow Probe Precision S-Series 4mm Transonic Systems Inc. MC4PSS-LS-WC100-CM4B-GA 2
1mm  Sonometrics Crystals Sonometrics Systems 1R-38S-20-NC-SH  2-4 (2 for each artery)
Catheter for implantation BD (Becton Dickinson)  381447  1+ (1 for each artery)
Catheter is cut and secured to microbore tubing, stylette is utilized for insertion 
Tygon Microbore Tubing Norton Performance Plastics (AAQ04127) Formulation S-54-HL NA (cut to length for an extension set)
Luer Stub Adapter BD (Becton Dickinson) 427564 (20 gauge) 1+ (1 for each arterial catheter)
Surflo Injection Plug Terumo SR-IP2 1+ (1 for each arterial catheter)
Meadox PTFE (Teflon) Felt 19306 NA (cut to size)
The PTFE felt used in our studies was discontinued. However, comparable companies such as “Surgical Mesh” offer products which are equivalent. 

Referências

  1. Goldman, S., et al. Long-term patency of saphenous vein and left internal mammary artery grafts after coronary artery bypass surgery: Results from a Department of Veterans Affairs Cooperative Study. Journal of the American College of Cardiology. 44, 2149-2156 (2004).
  2. Achouh, P., et al. Long-term (5- to 20-year) patency of the radial artery for coronary bypass grafting. The Journal of Thoracic And Cardiovascular Surgery. 140, 73-79 (2010).
  3. Conklin, B. S., Richter, E. R., Kreutziger, K. L., Zhong, D. S., Chen, C. Development and evaluation of a novel decellularized vascular xenograft. Medical Engineering & Physics. 24, 173-183 (2002).
  4. Zhu, C., et al. Development of anti-atherosclerotic tissue-engineered blood vessel by A20-regulated endothelial progenitor cells seeding decellularized vascular matrix. Biomaterials. 29, 2628-2636 (2008).
  5. Quint, C., et al. Decellularized tissue-engineered blood vessel as an arterial conduit. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 9214-9219 (2011).
  6. Kaushal, S., et al. Functional small-diameter neovessels created using endothelial progenitor cells expanded ex vivo. Nat Med. 7, 1035-1040 (2001).
  7. Galatos, A. D. Anesthesia and Analgesia in Sheep and Goats. Veterinary Clinics of North America: Food Animal Practice. 27, 47-59 (2011).
  8. Okutomi, T., Whittington, R. A., Stein, D. J., Morishima, H. O. Comparison of the effects of sevoflurane and isoflurane anesthesia on the maternal-fetal unit in sheep. J Anesth. 23, 392-398 (2009).
  9. Swartz, D. D., Russell, J. A., Andreadis, S. T. Engineering of fibrin-based functional and implantable small-diameter blood vessels. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 288, H1451-H1460 (2005).
  10. Niklason, L. E., et al. Functional arteries grown in vitro. Science. 284, 489-493 (1999).
  11. Dahl, S. L. M., et al. Readily Available Tissue-Engineered Vascular Grafts. Science Translational Medicine. 3, 68ra69 (2011).
  12. Wu, W., Allen, R. A., Wang, Y. Fast-degrading elastomer enables rapid remodeling of a cell-free synthetic graft into a neoartery. Nature Medicine. 18, 1148-1153 (2012).
  13. Saami, K. Y., Bryan, W. T., Joel, L. B., Shay, S., Randolph, L. G. The fate of an endothelium layer after preconditioning. Journal of vascular surgery : Official Publication, the Society for Vascular Surgery [and] International Society for Cardiovascular Surgery, North American Chapter. 51, 174-183 (2010).
  14. Ueberrueck, T., et al. Comparison of the ovine and porcine animal models for biocompatibility testing of vascular prostheses. Journal of Surgical Research. 124, 305-311 (2005).
  15. Labbé, R., Germain, L., Auger, F. A. A completely biological tissue-engineered human blood vessel. The FASEB Journal. 12, 47-56 (1998).
  16. Samaha, F. J., Oliva, A., Buncke, G. M., Buncke, H. J., Siko, P. P. A clinical study of end-to-end versus end-to-side techniques for microvascular anastomosis. Plastic and Reconstructive Surgery. 99, 1109-1111 (1997).
  17. Huang, H., et al. A novel end-to-side anastomosis technique for hepatic rearterialization in rat orthotopic liver transplantation to accommodate size mismatches between vessels. European Surgical Research. 47, 53-62 (2011).
  18. Peng, H., Schlaich, E. M., Row, S., Andreadis, S. T., Swartz, D. D. A Novel Ovine ex vivo Arteriovenous Shunt Model to Test Vascular Implantability. Cells, Tissues, Organs. 195, 108 (2011).
  19. Zilla, P., Bezuidenhout, D., Human, P. Prosthetic vascular grafts: Wrong models, wrong questions and no healing. Biomaterials. 28, 5009-5027 (2007).
  20. Berger, K., Sauvage, L. R., Rao, A. M., Wood, S. J. Healing of Arterial Prostheses in Man: Its Incompleteness. Annals of Surgery. 175, 118-127 (1972).
  21. Byrom, M. J., Bannon, P. G., White, G. H., Ng, M. K. C. Animal models for the assessment of novel vascular conduits. Journal of Vascular Surgery : Official Publication, the Society for Vascular Surgery [and] International Society for Cardiovascular Surgery, North American Chapter. 52, 176-195 (2010).
  22. Swartz, D. D., Andreadis, S. T. Animal models for vascular tissue-engineering. Current Opinion in Biotechnology. 24, 916-925 (2013).
  23. Liang, M. -. S., Andreadis, S. T. Engineering fibrin-binding TGF-β1 for sustained signaling and contractile function of MSC based vascular constructs. Biomaterials. 32, 8684-8693 (2011).
  24. Han, J., Liu, J. Y., Swartz, D. D., Andreadis, S. T. Molecular and functional effects of organismal ageing on smooth muscle cells derived from bone marrow mesenchymal stem cells. Cardiovascular Research. 87, 147-155 (2010).

Play Video

Citar este artigo
Koobatian, M. T., Koenigsknecht, C., Row, S., Andreadis, S., Swartz, D. Surgical Technique for the Implantation of Tissue Engineered Vascular Grafts and Subsequent In Vivo Monitoring. J. Vis. Exp. (98), e52354, doi:10.3791/52354 (2015).

View Video