Summary

Bare Metal פרומגנטי סטנט ללכיד תא האנדותל ושייר

Published: September 18, 2015
doi:

Summary

המטרות שלנו היו לעצב, לייצר ולבדוק סטנטים פרומגנטי ללכידת תא האנדותל. עשרה סטנטים נבדקו לשברים ועוד 10 סטנטים נבדקו למגנטיות עודפים. לבסוף, 10 סטנטים נבדקו ב- מבחנה ו8 יותר סטנטים הושתלו ב -4 חזירים להראות ללכוד תאים ושמירה.

Abstract

יש צורך endothelialization המהיר של סטנטים לב וכלי דם כדי להפחית פקקת סטנט ולהימנע מטיפול אנטי-טסיות שיכול להפחית את הסיכון לדימום. הכדאיות של שימוש כוחות מגנטיים כדי ללכוד ולשמר תאי האנדותל תולדה (EOC) שכותרתו עם חלקיקי תחמוצת ברזל סופר פאראמגנטיים (SPION) הוכחה בעבר. אבל טכניקה זו מחייבת פיתוח של סטנט מכאני פונקציונלי מחומר מגנטי וביולוגי ואחריו חוץ גופייה וב- vivo בדיקות כדי להוכיח endothelialization המהיר. פיתחנו סטנט חלש פרומגנטי מפלדת אל-חלד 2,205 דופלקס באמצעות תכנון בעזרת מחשב (CAD) והעיצוב שלה היה מעודן יותר באמצעות ניתוח אלמנטים סופי (FEA). העיצוב הסופי של סטנט הציג זן עיקרי מתחת לגבול שבר של החומר במהלך crimping והרחבה מכאניים. מאה סטנטים יוצרו ותת-קבוצה שלהם שימשה לבדיקות מכאניות, מילained מדידות שדה מגנטיות, ב- מבחנה ללכוד תאים, וב- vivo מחקרי השתלה. עשרה סטנטים נבדקו לפריסה כדי לוודא אם שנגרמו להם ולהרחבת מעגל crimping ללא כשל. עוד 10 סטנטים היו ממוגנטים באמצעות מגנט ניאודימיום חזק והשדה המגנטי שמרה נמדד. סטנטים הראו כי המגנטיות נשמרת הייתה מספיק כדי ללכוד EOC כותרת SPION במחקרים במבחנה שלנו. לכידת EOC כותרת SPION ושימור אומתו במודלים של בעלי חיים גדולים על ידי השתלת סטנט 1 ממוגנט ו1 סטנט שליטה שאינה ממוגנט בכל אחד מ4 חזירים. עורקי stented היו explanted לאחר 7 ימים ונותחו בהיסטולוגיה. סטנטים חלשים המגנטיים שפותחו במחקר זה היו מסוגלים למשוך ושמירת תאי האנדותל שכותרת SPION אשר יכול לקדם ריפוי מהיר.

Introduction

Patients implanted with vascular stents manufactured from thrombogenic materials like stainless steel, cobalt chromium, and platinum chromium – both bare metal stents (BMS) and drug eluting stents (DES) – need anti-platelet therapy to prevent thrombus formation. BMS heal rapidly, but are subject to late stage restenosis due to incomplete healing. DES require long term anti-platelet therapy due to delayed healing. Anti-platelet therapy administered to avoid thrombosis as a result of incomplete or delayed healing leads to increased bleeding risk and may not be suitable for certain patients1,2. An ideal stent will heal completely and quickly thus avoiding long-term anti-platelet therapy and late stage restenosis. This complete healing can only be achieved if the stent is rapidly coated with a monolayer of endothelial cells after implantation. Coating the stents with biocompatible materials such as gold or other biopolymers has been shown to improve thrombo-resistance, but none of these techniques achieved ideal blood compatibility as may be possible by coating with endothelial cells3,4.

A stent can be coated with endothelial cells post implantation by attracting circulating progenitor cells. This self-seeding technique can be achieved by utilizing ligands and antibodies. But this technique is limited by the low number of circulating endothelial progenitor cells. A promising strategy is to deliver cells directly to the stent immediately following implantation during a short period of blood flow occlusion3,5. This strategy requires a technique for rapidly capturing cells and retaining them on the stent even after restoring blood flow. We have developed a technique in which a magnetic stent is used to attract and retain magnetically-labeled endothelial cells delivered post implantation. To achieve this, a functional BMS with sufficient magnetic properties to capture and retain magnetically-labeled endothelial cells is required6.

In this paper, we discuss the methods for designing, manufacturing, and testing a 2205 stainless steel stent. The stents were designed using CAD and FEA. The manufactured stents were magnetized using a neodymium magnet and the retained magnetic field was measured using a magneto-resistance microsensor probe. We then tested the stents for magnetically-labeled cell capture in a culture dish during our in-vitro experiments. Finally, the stents were tested in-vivo by implanting magnetic and non-magnetic stents in 4 pigs and histologically analyzing the stented arteries.

Protocol

כל המחקרים בבעלי החיים אושרו על ידי הטיפול בבעלי חיים המוסדי ווועדה ניצול (IACUC) במרפאת מאיו. 1. עיצוב וניתוח של נירוסטה סטנט 2,205 עיצוב סטנט מתכת חשוף באמצעות CAD <ol style=";text-align:right;direction:r…

Representative Results

עיצוב סטנט איטרטיבי המבוסס על FEA (איור 1) הראה סטנט שיכול crimp ולהרחיב עם מתח עיקרי של 20% שהוא פחות מ 30% המתח האולטימטיבי. Crimping ובדיקת הרחבה (איור 2) לא הראו שום סימנים של שבר. תמונות של סטנט מעוות הראו הסכם טוב עם עיוותי FEA מחושבים וגם תמונות מיקרוסקופי…

Discussion

פיתחנו סטנט מגנטי שיכול לתפקד כסטנט מתכת חשוף ויכול למשוך תאי האנדותל שכותרת SPION. במחקרים קודמים הכוללים סטנטים מגנטיים, חוקרים השתמשו בסטנטים מצופים ניקל מסחריים וסלילים או משתלב עשויים מחומרים מגנטיים בשל חוסר הזמינות של סטנט פרומגנטי 5,10-14. גם קבוצות אחרות ה…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank Tyra Witt, Cheri Mueske, Brant Newman and Dr. Peter J. Psaltis, MBBS, PhD for their valuable contributions. This study was financially supported by European Regional Development Fund – FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), National Institutes of Health (T32HL007111) and The Grainger Innovation Fund – Grainger Foundation.

Materials

2205 Stainless steel Carpenter Technology Corporation N/A Round bar stock material
Abaqus Dassault systems N/A Software
Atropine Prescription drug.
Clopidogrel Commercial name: Plavix. Prescription drug.
CM-DiI Life Technologies V-22888 Molecular Probes, Eugene, OR
Endothelial growth medium-2 Lonza CC-3162
Hand Held Crimping tool Blockwise engineering M1-RMC
Hydrochloric acid (HCl) Sigma Aldrich MFCD00011324 CAUTION: wear proptective equipment and handle under fume hood
Isoflurane anesthesia Piramal Critical Care, Inc. 
Isopropyl alcohol Sigma Aldrich MFCD00011674
NdFeB magnet 2" Dia x 1" thick Amazing magnets D1000P Axially magnetized disc magnet with poles on flat faces
Over-The-Wire trifold balloon N/A N/A Any commercially available OTW trifold balloon can be used
Phosphate buffered saline Life Technologies 10010-023 Commonly known as PBS
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) Sigma Aldrich MFCD00003528
Sodium pentobarbital Zoetis Commercial Name: Sleepaway (26%), FatalPlus, Beuthanasi.  Controlled substance to be ordered only by licensed veternarian
SolidWorks Dassault systems N/A Software
SpinTJ-020 micro sensor MicroMagneitcs Sensible Solutions N/A Long probe STJ-020 microsensor
SPION Mayo Clinic N/A Nanoparticles synthesized internally (Ref: Lee, S. J. et al. Nanoparticles of magnetic ferric oxides encapsulated with poly(D,L latide-co-glycolide) and their applications to magnetic resonance imaging contrast agent. J Magn Magn Mater 272, 2432-2433, doi:DOI 10.1016/j.jmmm.2003.12.416 (2004))
Telazol Zoetis Controlled substance to be ordered only by licensed veternarian
Trypsin EDTA Life Technologies 25200-056 Gibco, Grand Island, NY
Xylazine Bayer Animal Health Commercial name: Rompun. Controlled sunstance to be ordered only by a licensed veternarian

Referências

  1. Garg, S., Serruys, P. W. Coronary stents: current status. J Am Coll Cardiol. 56, 1-42 (2010).
  2. Austin, D., et al. Drug-eluting stents versus bare-metal stents for off-label indications: a propensity score-matched outcome study. Circ Cardiovasc Interv. 1 (1), 45-52 (2008).
  3. Polyak, B., et al. High field gradient targeting of magnetic nanoparticle-loaded endothelial cells to the surfaces of steel stents. P Natl Acad Sci USA. 105 (2), 698-703 (2008).
  4. Tassiopoulos, A. K., Greisler, H. P. Angiogenic mechanisms of endothelialization of cardiovascular implants: a review of recent investigative strategies. J Biomat Sci-Polym E. 11 (11), 1275-1284 (2000).
  5. Pislaru, S. V., et al. Magnetic forces enable rapid endothelialization of synthetic vascular grafts. Circulation. 114, I314-I318 (2006).
  6. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells). Ann Biomed Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  7. Gulati, R., et al. Diverse origin and function of cells with endothelial phenotype obtained from adult human blood. Circ Res. 93 (11), 1023-1025 (2003).
  8. Lee, S. J., et al. Nanoparticles of magnetic ferric oxides encapsulated with poly(D,L latide-co-glycolide) and their applications to magnetic resonance imaging contrast agent. J Magn Magn Mater. 272 (3 Special Issue), 2432-2433 (2004).
  9. Lee, S. J., et al. Magnetic enhancement of iron oxide nanoparticles encapsulated with poly(D,L-latide-co-glycolide). Colloid Surface A. (1-3), 255-251 (1016).
  10. Forbes, Z. G., et al. Locally targeted drug delivery to magnetic stents for therapeutic applications. Computer Architectures for Machine Perception, 2003 IEEE International Workshop on. , 1-6 (2003).
  11. Rathel, T., et al. Magnetic Stents Retain Nanoparticle-Bound Antirestenotic Drugs Transported by Lipid Microbubbles. Pharm Res-Dordr. 29 (5), 1295-1307 (2012).
  12. Gunn, J., Cumberland, D. Stent coatings and local drug delivery – state of the art. Eur Heart J. 20 (23), 1693-1700 (1999).
  13. Lu, A., Jia, G., Gao, G., Wang, X. The effect of magnetic stent on coronary restenosis after percutaneous transluminal coronary angioplasty in dogs. Chin Med J (Engl. 114 (8), 821-823 (2001).
  14. Kempe, H., Kempe, M. The use of magnetite nanoparticles for implant-assisted magnetic drug targeting in thrombolytic therapy. Biomaterials. 31 (36), 9499-9510 (2010).
  15. Chorny, M., et al. Targeting stents with local delivery of paclitaxel-loaded magnetic nanoparticles using uniform fields. P Natl Acad Sci USA. 107 (18), 8346-8351 (2010).
  16. Polyak, B., Friedman, G. Magnetic targeting for site-specific drug delivery: applications and clinical potential. Expert Opin Drug Del. 6 (1), 53-70 (2009).
  17. Liu, J. Y., et al. Magnetic stent hyperthermia for esophageal cancer: an in vitro investigation in the ECA-109 cell line. Oncol Rep. 27 (3), 791-797 (2012).
  18. Gunn, J., Cumberland, D. Does stent design influence restenosis. Eur Heart J. 20 (14), 1009-1013 (1999).
  19. Aviles, M. O., et al. In vitro study of ferromagnetic stents for implant assisted-magnetic drug targeting. J Magn Magn Mater. 311 (1), 306-311 (2007).
  20. Mardinoglu, A., et al. Theoretical modelling of physiologically stretched vessel in magnetisable stent assisted magnetic drug targeting application. J Magn Magn Mater. 323 (3-4), 324-329 (2011).
  21. Liu, Z. Y., et al. Stress corrosion cracking of 2205 duplex stainless steel in H2S-CO2 environment. J Mater Sci. 44 (16), 4228-4234 (2009).
  22. Alverez-Armas, I., Degallaix-Moreuill, S. . Duplex stainless steels. , (2009).
  23. Tefft, B. J., et al. Magnetizable Duplex Steel Stents Enable Endothelial Cell Capture. Ieee T Magn. 49 (1), 463-466 (2013).
  24. Pelton, A. R., et al. Fatigue and durability of Nitinol stents. J Mech Behav Biomed Mater. 1 (2), 153-164 (2008).
  25. Knowles, M., et al. Finite element analysis of a balloon-expandable stent and superior mesenteric arterial wall interaction. J Vasc Surg. 60 (6), 1722-1723 (2014).
  26. Veeram Reddy, S. R., et al. A novel biodegradable stent applicable for use in congenital heart disease: bench testing and feasibility results in a rabbit model. Catheter Cardiovasc Interv. 83 (3), 448-456 (2014).
  27. Shellock, F. G. MR imaging of metallic implants and materials: a compilation of the literature. AJR Am J Roentgenol. 151 (4), 811-814 (1988).
  28. Lopic, N., et al. Quantitative determination of magnetic force on a coronary stent in MRI. J Magn Reson Imaging. 37 (2), 391-397 (2013).
check_url/pt/53100?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Uthamaraj, S., Tefft, B. J., Hlinomaz, O., Sandhu, G. S., Dragomir-Daescu, D. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100, doi:10.3791/53100 (2015).

View Video