Transkateter lungeventiludskiftning fra autologt perikardi med en selvudvidelig nitinolstent i en voksen fåremodel
Summary
Denne undersøgelse demonstrerer gennemførligheden og sikkerheden ved at udvikle en autolog lungeventil til implantation ved den oprindelige lungeventilposition ved hjælp af en selvudvidelig Nitinol-stent i en voksen fåremodel. Dette er et skridt i retning af at udvikle transkateter lungeventil erstatning for patienter med højre ventrikulær udstrømningskanal dysfunktion.
Abstract
Transkateter lungeventiludskiftning er blevet etableret som en levedygtig alternativ tilgang til patienter, der lider af højre ventrikulær udstrømningskanal eller bioprostetisk ventildysfunktion med fremragende tidlige og sene kliniske resultater. Imidlertid skal kliniske udfordringer såsom stentet hjerteklapforringelse, koronar okklusion, endokarditis og andre komplikationer behandles til levetidsanvendelse, især hos pædiatriske patienter. For at lette udviklingen af en livslang løsning til patienter blev transkateter autolog lungeventiludskiftning udført i en voksen fårmodel. Det autologe perikardi blev høstet fra fårene via venstre anterolateral minithorakotomi under generel anæstesi med ventilation. Perikardiet blev placeret på en 3D-formende hjerteventilmodel til giftfri tværbinding i 2 dage og 21 timer. Intrakardiologisk ekkokardiografi (ICE) og angiografi blev udført for at vurdere position, morfologi, funktion og dimensioner af den oprindelige lungeventil (NPV). Efter trimning blev det tværbundne perikardi syet på en selvudvidelig Nitinol-stent og krympet i et selvdesignet leveringssystem. Den autologe lungeventil (APV) blev implanteret i NPV-positionen via venstre jugular venekateterisering. ICE og angiografi blev gentaget for at evaluere APV’ens position, morfologi, funktion og dimensioner. En APV blev med succes implanteret i får J. I dette papir blev får J udvalgt for at opnå repræsentative resultater. En 30 mm APV med en Nitinol stent blev nøjagtigt implanteret i NPV-positionen uden nogen signifikant hæmodynamisk ændring. Der var ingen paravalvulær lækage, ingen ny lungeventilinsufficiens eller stentet lungeventilmigration. Denne undersøgelse demonstrerede gennemførligheden og sikkerheden i en langvarig opfølgning ved at udvikle en APV til implantation på NPV-positionen med en selvudvidelig Nitinol-stent via jugular venekateterisering i en voksen fårmodel.
Introduction
Bonhoeffer et al.1 markerede begyndelsen på transkateter lungeventiludskiftning (TPVR) i 2000 som en hurtig innovation med betydelige fremskridt i retning af at minimere komplikationer og give en alternativ terapeutisk tilgang. Siden da er brugen af TPVR til behandling af den højre ventrikulære udstrømningskanal (RVOT) eller bioprostetisk ventildysfunktion steget hurtigt 2,3. Til dato har de TPVR-enheder, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet, givet tilfredsstillende langsigtede og kortsigtede resultater for patienter med RVOT-dysfunktion 4,5,6. Desuden udvikles og evalueres forskellige typer TPVR-ventiler, herunder decellulære hjerteklapper og stamcelledrevne hjerteklapper, og deres gennemførlighed er blevet demonstreret i prækliniske store dyremodeller 7,8. Aortaklaprekonstruktion ved hjælp af et autologt perikardium blev først rapporteret af Dr. Duran, for hvilket tre på hinanden følgende buler i forskellige størrelser blev brugt som skabeloner til at styre udformningen af perikardiet i henhold til dimensionerne af aorta annulus med overlevelsesraten på 84,53% ved opfølgningen af 60 måneder9. Ozaki-proceduren, der betragtes som en ventilreparationsprocedure snarere end en ventiludskiftningsprocedure, involverer udskiftning af aortaklappere med det glutaraldehydbehandlede autologe perikardium; sammenlignet med Dr. Durans procedure forbedrede den sig imidlertid betydeligt ved måling af den syge ventil med en skabelon til at skære fast perikardium10, og tilfredsstillende resultater blev ikke kun opnået fra de voksne tilfælde, men også pædiatriske tilfælde11. I øjeblikket kan kun Ross-proceduren give en levende ventilerstatning til patienten, der har en syg aortaklappe med åbenlyse fordele med hensyn til at undgå langvarig antikoagulation, vækstpotentiale og lav risiko for endokarditis12. Men re-interventioner kan være nødvendige for lungeautograft og højre ventrikel til lungearterieledning efter en så kompleks kirurgisk procedure.
De nuværende bioprostetiske ventiler, der er tilgængelige til klinisk brug, nedbrydes uundgåeligt over tid på grund af graft-versus-værtsreaktioner på det xenogene svine- eller kvægvæv13. Ventilrelateret forkalkning, nedbrydning og utilstrækkelighed kan nødvendiggøre gentagne indgreb efter flere år, især hos unge patienter, der skal gennemgå flere lungeventiludskiftninger i deres levetid på grund af manglende vækst af ventilerne, en egenskab, der er forbundet med nuværende bioprostetiske materialer14. Desuden har de aktuelt tilgængelige, i det væsentlige ikke-regenerative, TPVR-ventiler store begrænsninger såsom tromboemboliske og blødende komplikationer samt begrænset holdbarhed på grund af negativ vævsombygning, som kan føre til tilbagetrækning af foldere og universel valvulær dysfunktion15,16.
Det antages, at udvikling af en indfødt autolog lungeventil (APV) monteret på en selvudvidelig Nitinol-stent til TPVR med egenskaberne ved selvreparation, regenerering og vækstkapacitet ville sikre fysiologisk ydeevne og langsigtet funktionalitet. Og det ikke-giftige tværbindingsbehandlede autologe perikardium kan vågne fra høst- og fremstillingsprocedurerne. Til dette formål blev dette prækliniske forsøg udført for at implantere en stentet autolog lungeventil i en voksen fårmodel med det formål at udvikle ideelle interventionelle valvulære erstatninger og en lavrisikoproceduremetode til forbedring af transkateterbehandlingen af RVOT-dysfunktion. I dette papir blev får J udvalgt til at illustrere den omfattende TPVR-procedure, herunder perikardiektomi og trans jugular veneimplantation af en autolog hjerteklap.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse repræsenterer et vigtigt skridt fremad i udviklingen af en levende lungeventil til TPVR. I en voksen fåremodel kunne metoden vise, at en APV afledt af fårenes eget perikardi kan implanteres med en selvudvidelig Nitinol stent via jugular venekateterisering. Hos får J blev den stenterede autologe lungeventil med succes implanteret i den korrekte lungeposition ved hjælp af et selvdesignet universelt leveringssystem. Efter implantation viste hjerteklappen hos får J god funktionalitet i op t…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi udtrykker vores dybtfølte påskønnelse til alle, der har bidraget til dette arbejde, både tidligere og nuværende medlemmer. Dette arbejde blev støttet af tilskud fra det tyske forbundsministerium for økonomi og energi, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Yimeng Hao støttes af China Scholarship Council (CSC: 202008450028).
Materials
| 10 % Magnesium | Inresa Arzneimittel GmbH | PZN: 00091126 | 0.02 mol/ L, 10X10 ml |
| 10 Fr Ultrasound catheter | Siemens Healthcare GmbH | SKU 10043342RH | ACUSON AcuNav™ ultrasound catheter |
| 3D Slicer | Slicer | Slicer 4.13.0-2021-08-13 | Software: 3D Slicer image computing platform |
| Adobe Illustrator | Adobe | Adobe Illustrator 2021 | Software |
| Amiodarone | Sanofi-Aventis Deutschland GmbH | PZN: 4599382 | 3- 5 mg/ kg, 150 mg/ 3 ml |
| Amplatz ultra-stiff guidewire | COOK MEDICAL LLC, USA | Reference Part Number:THSF-35-145-AUS | 0.035 inch, 145 cm |
| Anesthetic device platform | Drägerwerk AG & Co. KGaA | 8621500 | Dräger Atlan A350 |
| ARROW Berman Angiographic Balloon Catheter | Teleflex Medical Europe Ltd | LOT: 16F16M0070 | 5Fr, 80cm (X) |
| Butorphanol | Richter Pharma AG | Vnr531943 | 0.4mg/kg |
| C-Arm | BV Pulsera, Philips Heathcare, Eindhoven, The Netherlands | CAN/CSA-C22.2 NO.601.1-M90 | Medical electral wquipment |
| Crimping tool | Edwards Lifesciences, Irvine, CA, USA | 9600CR | Crimper |
| CT | Siemens Healthcare GmbH | − | CT platform |
| Dilator | Edwards Lifesciences, Irvine, CA, USA | 9100DKSA | 14- 22 Fr |
| Ethicon Suture | Ethicon | LOT:MKH259 | 4- 0 smooth monophilic thread, non-resorbable |
| Ethicon Suture | Ethicon | LOT:DEE274 | 3-0, 45 cm |
| Fast cath hemostasis introducer | ST. JUDE MEDICAL Minnetonka MN | LOT Number: 3458297 | 11 Fr |
| Fentanyl | Janssen-Cilag Pharma GmbH | DE/H/1047/001-002 | 0.01mg/kg |
| Fragmin | Pfizer Pharma GmbH, Berlin, Germany | PZN: 5746520 | Dalteparin 5000 IU/ d |
| Functional screen | BV Pulsera, Philips Heathcare, Eindhoven, The Netherlands | System ID: 44350921 | Medical electral wquipment |
| Glycopyrroniumbromid | Accord Healthcare B.V | PZN11649123 | 0.011mg/kg |
| Guide Wire M | TERUMO COPORATION JAPAN | REF*GA35183M | 0.89 mm, 180 cm |
| Hemochron Celite ACT | International Technidyne Corporation, Edison, USA | NJ 08820-2419 | ACT |
| Heparin | Merckle GmbH | PZN: 3190573 | Heparin-Natrium 5.000 I.E./0,2 ml |
| Hydroxyethyl starch (Haes-steril 10 %) | Fresenius Kabi Deutschland GmbH | ATC Code: B05A | 500 ml, 30 ml/h |
| Imeron 400 MCT | Bracco Imaging | PZN00229978 | 2.0–2.5 ml/kg, Contrast agent |
| Isoflurane | CP-Pharma Handelsges. GmbH | ATCvet Code: QN01AB06 | 250 ml, MAC: 1 % |
| Jonosteril Infusionslösung | Fresenius Kabi Deutschland GmbH | PZN: 541612 | 1000 ml |
| Ketamine | Actavis Group PTC EHF | ART.-Nr. 799-762 | 2–5 mg/kg/h |
| Meloxicam | Boehringer Ingelheim Vetmedica GmbH | M21020A-09 | 20 mg/ mL, 50 ml |
| Midazolam | Hameln pharma plus GMBH | MIDAZ50100 | 0.4mg/kg |
| MRI | Philips Healthcare | − | Ingenia Elition X, 3.0T |
| Natriumchloride (NaCl) | B. Braun Melsungen AG | PZN /EAN:04499344 / 4030539077361 | 0.9 %, 500 ml |
| Pigtail catheter | Cordis, Miami Lakes, FL, USA | REF: 533-534A | 5.2 Fr 145 °, 110 cm |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164495 | 20mg/ml, 1–2.5 mg/kg |
| Propofol | B. Braun Melsungen AG | PZN 11164443 | 10mg/ml, 2.5–8.0 mg/kg/h |
| Safety IV Catheter with Injection port | B. Braun Melsungen AG | LOT: 20D03G8346 | 18 G Catheter with Injection port |
| Sulbactam- ampicillin | Pfizer Pharma GmbH, Berlin, Germany | PZN: 4843132 | 3 g, 2.000 mg/ 1.000 mg |
| Sulbactam/ ampicillin | Instituto Biochimico Italiano G Lorenzini S.p.A. – Via Fossignano 2, Aprilia (LT) – Italien | ATC Code: J01CR01 | 20 mg/kg, 2 g/1 g |
| Surgical Blade | Brinkmann Medical ein Unternehmen der Dr. Junghans Medical GmbH | PZN: 354844 | 15 # |
| Surgical Blade | Brinkmann Medical ein Unternehmen der Dr. Junghans Medical GmbH | PZN: 354844 | 11 # |
| Suture | Johnson & Johnson | Hersteller Artikel Nr. EH7284H | 5-0 polypropylene |
Referências
- Bonhoeffer, P., et al. Percutaneous replacement of pulmonary valve in a right-ventricle to pulmonary-artery prosthetic conduit with valve dysfunction. Lancet. 356 (9239), 1403-1405 (2000).
- Georgiev, S., et al. Munich comparative study: Prospective long-term outcome of the transcatheter melody valve versus surgical pulmonary bioprosthesis with up to 12 years of follow-up. Circulation. Cardiovascualar Interventions. 13 (7), 008963 (2020).
- Plessis, J., et al. Edwards SAPIEN transcatheter pulmonary valve implantation: Results from a French registry. JACC. Cardiovascular Interventions. 11 (19), 1909-1916 (2018).
- Bergersen, L., et al. Harmony feasibility trial: Acute and short-term outcomes with a self-expanding transcatheter pulmonary valve. JACC. Cardiovascular Interventions. 10 (17), 1763-1773 (2017).
- Cabalka, A. K., et al. Transcatheter pulmonary valve replacement using the melody valve for treatment of dysfunctional surgical bioprostheses: A multicenter study. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 155 (4), 1712-1724 (2018).
- Shahanavaz, S., et al. Transcatheter pulmonary valve replacement with the sapien prosthesis. Journal of the American College of Cardiology. 76 (24), 2847-2858 (2020).
- Motta, S. E., et al. Human cell-derived tissue-engineered heart valve with integrated Valsalva sinuses: towards native-like transcatheter pulmonary valve replacements. NPJ Regenerative Medicine. 4, 14 (2019).
- Uiterwijk, M., Vis, A., de Brouwer, I., van Urk, D., Kluin, J. A systematic evaluation on reporting quality of modern studies on pulmonary heart valve implantation in large animals. Interactive Cardiovascular Thoracic Surgery. 31 (4), 437-445 (2020).
- Duran, C. M., Gallo, R., Kumar, N. Aortic valve replacement with autologous pericardium: surgical technique. Journal of Cardiac Surgery. 10 (1), 1-9 (1995).
- Sá, M., et al. Aortic valve neocuspidization with glutaraldehyde-treated autologous pericardium (Ozaki Procedure) – A promising surgical technique. Brazilian Journal of Cardiovascular Surgery. 34 (5), 610-614 (2019).
- Karamlou, T., Pettersson, G., Nigro, J. J. Commentary: A pediatric perspective on the Ozaki procedure. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 161 (5), 1582-1583 (2021).
- Mazine, A., et al. Ross procedure in adults for cardiologists and cardiac surgeons: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (22), 2761-2777 (2018).
- Kwak, J. G., et al. Long-term durability of bioprosthetic valves in pulmonary position: Pericardial versus porcine valves. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (2), 476-484 (2020).
- Ou-Yang, W. B., et al. Multicenter comparison of percutaneous and surgical pulmonary valve replacement in large RVOT. The Annals of Thoracic Surgery. 110 (3), 980-987 (2020).
- Reimer, J., et al. Implantation of a tissue-engineered tubular heart valve in growing lambs. Annals of Biomedical Engineering. 45 (2), 439-451 (2017).
- Schmitt, B., et al. Percutaneous pulmonary valve replacement using completely tissue-engineered off-the-shelf heart valves: six-month in vivo functionality and matrix remodelling in sheep. EuroIntervention. 12 (1), 62-70 (2016).
- Whiteside, W., et al. The utility of intracardiac echocardiography following melody transcatheter pulmonary valve implantation. Pediatric Cardiology. 36 (8), 1754-1760 (2015).
- Lancellotti, P., et al. Recommendations for the echocardiographic assessment of native valvular regurgitation: an executive summary from the European Association of Cardiovascular Imaging. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 14 (7), 611-644 (2013).
- Kuang, D., Lei, Y., Yang, L., Wang, Y. Preclinical study of a self-expanding pulmonary valve for the treatment of pulmonary valve disease. Regenerative Biomaterials. 7 (6), 609-618 (2020).
- Arboleda Salazar, R., et al. Anesthesia for percutaneous pulmonary valve implantation: A case series. Anesthesia and Analgesia. 127 (1), 39-45 (2018).
- Cho, S. K. S., et al. Feasibility of ventricular volumetry by cardiovascular MRI to assess cardiac function in the fetal sheep. The Journal of Physiology. 598 (13), 2557-2573 (2020).
- Sun, X., et al. Four-dimensional computed tomography-guided valve sizing for transcatheter pulmonary valve replacement. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (179), e63367 (2022).
- Knirsch, W., et al. Establishing a pre-clinical growing animal model to test a tissue engineered valved pulmonary conduit. Journal of Thoracic Disease. 12 (3), 1070-1078 (2020).
- Zhang, X., et al. Tissue engineered transcatheter pulmonary valved stent implantation: current state and future prospect. International Journal of Molecular Sciences. 23 (2), 723 (2022).
- Al Hussein, H., et al. Challenges in perioperative animal care for orthotopic implantation of tissue-engineered pulmonary valves in the ovine model. Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 17 (6), 847-862 (2020).
- Emmert, M. Y., et al. Computational modeling guides tissue-engineered heart valve design for long-term in vivo performance in a translational sheep model. Science Translational Medicine. 10 (440), (2018).
- Schmidt, D., et al. Minimally-invasive implantation of living tissue engineered heart valves: . a comprehensive approach from autologous vascular cells to stem cells. Journal of the American College of Cardiology. 56 (6), 510-520 (2010).
