تلفيق الصغيرة العيار الدعامة-الطعوم عن طريق العزل الكهربائي وبالون توسيع الدعامات المعدنية العارية
Summary
In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.
Abstract
Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.
Introduction
إجراءات التدخل التاجي تسبب كبيرة إصابة جدار الوعاء الدموي بسبب تعطل اللوحة والأوعية الجدار. وهذا يؤدي إلى عودة التضيق والانسداد الطرفية في ترقيع الوريد، وانقطاع من التجويف التاجية 1-4. لتجنب هذه المضاعفات، واستراتيجية واعدة يكون لتغطية سطح الأوعية الدموية في الموقع الاوعية الدموية، والتي من المحتمل أن تحول دون عودة التضيق، والتخفيف من المخاطر الناجمة عن انقطاع من التجويف السفينة، ومنع انسداد الطرفية. وقارن الدراسات السابقة الدعامات المعدنية العارية لتركيب دعامات-الطعوم مع النتائج الإيجابية لالدعامات ترقيع 5. وقد استخدم الباحثون عدة مواد لتصنيع أغشية لتغطية الدعامات. وهذا يشمل المواد الاصطناعية مثل البولي ايثيلين tetraphthalate (PET)، تترافلوروإيثيلين (PTFE)، البولي يوريثان (PU)، والسيليكون أو الأنسجة سفينة ذاتي لتصنيع الدعامات المغطاة 6-9. مادة الكسب غير المشروع المثالي تستخدم لتغطية الدعامات يجب thromboresistant، غير biodegr-adable، ويجب أن تتكامل مع أنسجة الأم دون الانتشار المفرط والتهاب 10. يجب على المواد الكسب غير المشروع تستخدم لتغطية الدعامة أيضا تعزيز الشفاء من الدعامات الكسب غير المشروع.
وتستخدم على نطاق واسع الدعامات ترقيع لعلاج تضيق الأبهر الزائفة، تمدد الأوعية الدموية في الشريان السباتي، ناسور شرياني وريدي، تحولت الوريد الطعوم، وكبيرة لتمدد الأوعية الدموية الدماغية العملاقة. لكن تطور صغيرة العيار الدعامات ترقيع محدودة بسبب القدرة على الحفاظ على الانظار والمرونة، والذي يساعد في نشر الدعامات ترقيع 11-14. بو هو البوليمر من اللدائن المرنة مع قوة ميكانيكية جيدة التي هي سمة المطلوب لتحقيق الظهور ومرونة جيدة 15،16. بالإضافة إلى وجود أهدافها جيدا، يجب أن الدعامات ترقيع أيضا تعزيز الشفاء السريع وتبطنن. غطت بو أثبتت الدعامات ترقيع توافق مع الحياة بشكل أفضل وتعزيز تبطنن 17. الباحثينحاولت سابقا لendothelialize بو غطت الدعامات الطعوم من قبل البذر لهم الخلايا البطانية 17. وقد تبين العزل الكهربائي من بو لخلق ألياف نانوية مصفوفة لتكون تقنية قيمة للإنتاج الأوعية الدموية الطعوم 18،19. ومن المعروف وجود ألياف النانو التي تحاكي العمارة من المصفوفة خارج الخلية الأم أيضا لتشجيع الخلايا البطانية انتشار 20،21. العزل الكهربائي كما يسمح للسيطرة على سمك المادة 22. وقد تم دراسة العيار الصغير ترقيع الأوعية الدموية مصنوعة من بو على التئام الجروح باستخدام التعديلات مثل مواد الطلاء ومضادات التخثر، ومثبطات تكاثر الخلايا. وقد صممت جميع هذه التعديلات للتوسط قبول المضيف وتعزيز الكسب غير المشروع الشفاء 23.
وقد وضعت مجموعتنا بالون توسيع الدعامات المعدنية العارية التي يمكن نشرها في النماذج الحيوانية 24-26. مزيج من شبكة electrospun البولي يوريثين وكرةأون الدعامة القابلة للتوسيع مكنتنا من توليد بالون العيار الصغير توسيع الدعامات الطعوم. وقدم أكثر من المتاحة حاليا، الطعوم الدعامات من خلال شريان الفخذ خلال إجراء التدخلي، ولكن فقط عدد قليل من الدعامات المغطاة التجارية يمكن إدخال 1 حجم الفرنسي أكبر مما هو مطلوب لبالون برنامج الأمم المتحدة للتضخم 27. في هذه الدراسة قمنا بتطوير العيار الصغير الأوعية الدموية الدعامات الكسب غير المشروع عن طريق التغليف دعامة قابلة للتوسيع البالون بين طبقتين من electrospun بو التي يمكن تسليمها إلى أحد الشرايين التاجية باستخدام معيار 8-9 قسطرة التوجيه الفرنسية في إجراء التداخلية عن طريق الجلد.
Protocol
Representative Results
Discussion
We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank the Division of Engineering, Mayo Clinic for their technical support. This study was financially supported by European Regional Development Fund – FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), and The Grainger Innovation Fund – Grainger Foundation.
Materials
| Glass syringe | Air Tite | 7.140-33 | Syringe for spinneret |
| Graduated cylinder 5 mL | Fisher Scientific | 08-552-4G | 5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long |
| High voltage generator | Bertan Accociates, Inc. | 205A-30P | Used to apply voltage difference across spinneret and collector |
| Laboratory mixer with rpm control | Scilogex | SCI-84010201 | Available from various laboratory equipment suppliers |
| Polyurethane | DSM | BioSpan SPU | Biospan Segmented Polyurethane |
| Rubber sheet | McMaster Carr | 1370N11 | Used to insulate syringe during electrospinning |
| Stainless steel mandrel | N/A | N/A | Manufactured |
| Stainless steel needle | Hamilton | 91018 | Used as spinneret in electrospinning |
| Support material | EnvisionTec | B04-HT-DEMOMAT | Biocompatible water soluble material |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 55-3333 |
Referências
- Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
- Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
- Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
- Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
- Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
- Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
- Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
- Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
- Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
- Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
- Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
- Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
- Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
- Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
- Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
- Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
- Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
- Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
- Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
- Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
- Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
- Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
- Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
- 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).
- Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099 (2015).
- Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100 (2015).
- de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
- Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
- Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).
