Роман Перкутаный подход к развертыванию 3D печатных коронарных стеноз имплантатов в свиней Модели ишемической болезни сердца
Summary
Мы описываем новый, экономически эффективный и эффективный метод для перкутанной доставки трехмерно напечатанных коронарных имплантатов для создания свиноводческих моделей с закрытой грудной клеткой ишемической болезни сердца. Имплантаты были зафиксированы на месте с помощью катетера расширения матери и ребенка с высоким уровнем успеха.
Abstract
Минимально инвазивные методы создания моделей фокусного коронарного сужения у крупных животных являются сложными. Быстрое прототипирование с использованием трехмерных (3D) печатных коронарных имплантатов может быть использовано для перкутанно создать координационный коронарный стеноз. Однако надежная доставка имплантатов может быть затруднена без использования вспомогательного оборудования. Мы описываем использование коронарного катетера для стабилизации имплантата и для эффективной доставки 3D-печатного имплантата в любое нужное место по длине коронарного сосуда. Фокусное коронарное сужение было подтверждено при коронарной кинодиагностике, а функциональная значимость коронарного стеноза оценивалась с помощью гадолиния, усиленного первопроходного сердечного перфузии МРТ. Мы показали, что надежная доставка 3D печатных коронарных имплантатов в свиных моделях (n No 11) ишемической болезни сердца может быть достигнута путем перевоспитания катетеров коронарного руководства матери и ребенка. Наша техника упрощает перкутанную доставку коронарных имплантатов для создания свиноводческих моделей с закрытой грудной клетки с генозом коронарных артерий и может быть выполнена оперативно, с низким частотой процедурных отказов.
Introduction
Ишемическая болезнь сердца продолжает быть причиной смерти номер один в Соединенных Штатах1. Крупные модели животных были использованы экспериментально для понимания и характеристики механизмов, приводящих к ишемической болезни сердца (CAD) и сопутствующих осложнений (включая инфаркт миокарда, аритмические события и сердечную недостаточность), а также для тестирования новых терапевтических или диагностических методов. Результаты этих исследований помогли расширить понимание, диагностику и мониторинг ишемической болезни сердца и продвинуть клиническую практику2. Несколько животных моделей, включая кроликов, собак и свиней были использованы. Тем не менее, коронарные стенозы, особенно дискретные поражения, встречаются очень редко у этих животных и трудно вызвать воспроизводимо3. Предыдущая работа описывала создание искусственных коронарных стенозов с использованием перевязок, окклюдеров или внешних зажимов. Недавно мы описали, как использовать технологию 3D-печати для производства коронарных имплантатов, которые могут быть использованы для перкутанно создать дискретное искусственное коронарное сужение4. Используя компьютерное программное обеспечение для проектирования, мы разработали имплантаты коронарных артерий в виде полых трубок с различными внутренними и внешними диаметрами, а также длиной имплантатов, а затем изготовили их с использованием коммерчески доступных аддитивных материалов. Имплантаты гладкие, полые, 3D печатные трубки с закругленными краями. Мы разработали библиотеку размеров имплантатов с диапазоном внутреннего диаметра, внешнего диаметра и длины. Внешний диаметр имплантата основан на размере коронарного направляющего катетера. Внутренний диаметр основан на размере спущенного коронарного ангиопластики. Мы изменили длину имплантата, чтобы адаптировать желаемую тяжесть перфузии. Тем не менее, безопасная перкутанная доставка таких устройств может быть сложной из-за отсутствия проводов и катетеров, изготовленных специально для использования в крупных животных. В отличие от этого, обширная коллекция катетеров, проводов и вспомогательного оборудования доступны для клинического использования в коронарных артериях человека. В этой работе мы показываем, как перепрофилировать клинический класс коронарного катетера для доставки 3D печатных коронарных имплантатов.
Катетер GuideLiner(рисунок 1A) был разработан для перкутанного коронарного вмешательства (PCI), чтобы обеспечить глубокое размещение катетера и повышенную поддержку для сложных случаев5. В нашем исследовании, катетер GuideLiner был выбран из-за знакомства использования и доступности, но аналогичные катетеры, где это возможно, также могут быть рассмотрены. Считается “мать и ребенок” руководство катетер(Рисунок 1B), устройство помещается внутри типичного коронарного гида катетер (“мать”) и является коаксиальной гибкой трубки (“ребенок”). Этот катетер может быть вставлен через направляющий провод и эффективно удлиняет досягаемость типичного коронарного катетера направляющего выступа, выражаясь за пределы конца коронарного руководства. GuideLiner или аналогичный катетер матери и ребенка может быть использован в качестве дополнительной поддержки для развертывания 3D печатных коронарных имплантатов. Поскольку имплантаты устанавливаются над ангиопластикой воздушных шаров, которые будут вставлены в качестве устройства над коронарной проволокой в сосуд(рисунок 1B,1C),катетер предлагает дополнительную поддержку для доставки имплантата в нужное место. Позиционируя катетер матери и ребенка, только проксимальный к воздушному шару, имплантат остается в нужном месте во время дефляции и опрокидки. Несмотря на некоторую твердость в своей структуре, уникальная способность катетера матери и ребенка быть продвинутой глубоко в коронарные артерии над направляющим проводом и маркером радиопака на кончике катетера были существенными характеристиками для имплантации.
Наш собранный аппарат доставки состоял из типичного коронарного направляющего катетера, катетера матери и ребенка и 3D-печатного имплантата, закрепленного на спущенном коронарном ангиопластике(рисунок 1B). В качестве функционального средства доставки катетер матери и ребенка не только обеспечивал стабильную дополнительную поддержку для доставки оборудования, но и был также уникально применен в качестве стрижки для поддержания имплантатов на месте во время дефляции и удаления воздушного шара. Радиопакетный маркер на кончике катетера служил ориентиром для позиционирования для собранного аппарата и расположен в зависимости от ангиопластики. Эти характеристики позволили точно развернуть имплантаты, ограничивающие поток. Этот процесс был разработан, чтобы быть воспроизводимым, эффективным и гуманным для животных.
В нашем применении, мать и ребенок перкутанных доставки техника была использована для создания свиней модели с координационным коронарным стенозом для оценки контрастно-усиленной стрессовой сердечной перфузионной магнитно-резонансной томографии (МРТ). Тем не менее, этот метод может быть использован в других исследованиях, включая сосудистые системы за пределами коронарных сосудов.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этой работе мы сосредоточились на новой стратегии перкутанного развертывания коронарных стеноз-индуцирующих имплантатов и показали, что катетер матери и ребенка может быть перепрофилирован для эффективной перкутанной доставки 3D печатных коронарных имплантатов. Дискретные искусс?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим сотрудников Центра визуализации трансляционных исследований Калифорнийского университета и Кафедры лабораторной медицины животных Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, США за их помощь. Эта работа частично поддерживается кафедрой радиологии и медицины в Медицинской школе Дэвида Геффена в Калифорнийском университете, Американской ассоциацией сердца (18TPA34170049), а также Клиническими научными исследованиями, Советом по развитию Управления здравоохранения ветеранов ( VA-MERIT I01CX01901).
Materials
| 3D-Printed coronary implants | Study Site Manufactured | ||
| Amiodarone IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Amplatz Left-2 (AL-2) guide catheter (8F) | Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA | ||
| Balance Middleweight coronary wire (0.014" 300cm) | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| COPILOT Bleedback Control valve | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Esmolol IV solution (1 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Formlabs Form 2 3D-printer with a minimum XY feature size of 150 µm | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Formlabs Grey Resin (implant material) | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Gadobutrol 0.1 mmol/kg | Gadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ | ||
| GuideLiner catheter (6F) | Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, USA | ||
| Heparin IV solution | Surface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, USA | ||
| Ketamine IM solution (10 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Lidocaine IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Male Yorkshire swine (30-45 kg) | SNS Farms | ||
| Midazolam IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| NC Trek over-the-wire coronary balloon | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Oxygen-isoflurane 1-2% inhaled mixture | Study Site Pharmacy | ||
| Rocuronium IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Sodium Pentobarbital IV solution (100mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Triphenyltetrazolium chloride stain | Institution Pathology Lab |
Referências
- The US Burden of Disease Collaborators. The State of US Health, 1990-2016: Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Among US States. The Journal of the American Medical Association. 319 (14), 1444-1472 (2018).
- Liao, J., Huang, W., Lium, G. Animal models of coronary heart disease. The Journal of Biomedical Research. 31 (1), 3-10 (2017).
- Lee, K. T., et al. Production of advanced coronary atherosclerosis, myocardial infarction and “sudden death” in swine. Experimental and Molecular Pathology. 15 (2), 170-190 (1971).
- Colbert, C. M., et al. A Swine Model of Selective Coronary Stenosis using Transcatheter Delivery of a 3D Printed Implant: A Feasibility MR Imaging Study. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Sessions. , (2019).
- Kovacic, J., et al. GuideLiner Mother-and-Child Guide Catheter Extension: A Simple Adjunctive Tool in PCI for Balloon Uncrossable Chronic Total Occlusions. Journal of Interventional Cardiology. 26 (4), 343-350 (2013).
- Fabris, E., et al. Guide Extension, Unmissable Tool in the Armamentarium of Modern Interventional Cardiology. A Comprehensive Review. International Journal of Cardiology. 222, 141-147 (2016).
- Gálvez-Montón, C., et al. Comparison of two preclinical myocardial infarct models: coronary coil deployment versus surgical ligation. Journal of Translational Medicine. 12 (1), 137 (2014).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), 51269 (2014).
- Rissanen, T. T., et al. The bottleneck stent model for chronic myocardial ischemia and heart failure in pigs. American Journal of Physiology. 305 (9), 1297-1308 (2013).
- Bamberg, F., et al. Accuracy of dynamic computed tomography adenosine stress myocardial perfusion imaging in estimating myocardial blood flow at various degrees of coronary artery stenosis using a porcine animal model. Investigative Radiology. 47 (1), 71-77 (2012).
- Schwitter, J., et al. MR-IMPACT: comparison of perfusion-cardiac magnetic resonance with single-photon emission computed tomography for the detection of coronary artery disease in a multicentre, multivendor, randomized trial. European Heart Journal. 29, 480-489 (2008).
- Mahrholdt, H., Klem, I., Sechtem, U. Cardiovascular MRI for detection of myocardial viability and ischaemia. Heart. 93 (1), 122-129 (2007).
- Herr, M. D., McInerney, J. J., Copenhaver, G. L., Morris, D. L. Coronary artery embolization in closed-chest canines using flexible radiopaque plugs. Journal of Applied Physiology. 64, 2236-2239 (1988).
- Rochitte, C. E., Kim, R. J., Hillenbrand, H. B., Chen, E. L., Lima, J. A. Microvascular integrity and the time course of myocardial sodium accumulation after acute infarction. Circulation Research. 87, 648-655 (2000).
- Krombach, G. A., Kinzel, S., Mahnken, A. H., Günther, R. W., Buecker, A. Minimally invasive close-chest method for creating reperfused or occlusive myocardial infarction in swine. Investigative Radiology. 40 (1), 14-18 (2005).
- Suzuki, Y., Yeung, A. C., Ikeno, F. The representative porcine model for human cardiovascular disease. Journal of Biomedical Biotechnology. 2011, 195483 (2010).
- Eldar, M., et al. A closed chest pig model of sustained ventricular tachycardia. Pacing Clinical Electrophysiology. 17, 1603-1609 (1994).
- Reffelmann, T., et al. A novel minimal-invasive model of chronic myocardial infarction in swine. Coronary Artery Disease. 15 (1), 7-12 (2004).
- Haines, D. E., Verow, A. F., Sinusas, A. J., Whayne, J. G., DiMarco, J. P. Intracoronary ethanol ablation in swine: characterization of myocardial injury in target and remote vascular beds. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 5, 422-431 (1994).
- Kraitchman, D., Bluemke, D., Chin, B., Heldman, A. W., Heldman, A. W. A minimally invasive method for creating coronary stenosis in a swine model for MRI and SPECT imaging. Investigative Radiology. 35 (7), 445-451 (2000).
