Utskifting av transkateterpulmonalventil fra autologt perikardium med en selvforanderlig nitinolstent i en voksen sauemodell
Summary
Denne studien viser gjennomførbarheten og sikkerheten ved å utvikle en autolog lungeventil for implantasjon ved den opprinnelige lungeventilposisjonen ved å bruke en selvut utvidbar Nitinol-stent i en voksen sauemodell. Dette er et skritt mot å utvikle transkateter lungeventil erstatning for pasienter med høyre ventrikulær utstrømningskanal dysfunksjon.
Abstract
Utskifting av transkateterpulmonalventil er etablert som en levedyktig alternativ tilnærming for pasienter som lider av høyre ventrikulær utstrømningskanal eller bioprostetisk ventildysfunksjon, med gode tidlige og sene kliniske resultater. Imidlertid må kliniske utfordringer som stented hjerteklaffforringelse, koronar okklusjon, endokarditt og andre komplikasjoner løses for livstidsbruk, spesielt hos pediatriske pasienter. For å lette utviklingen av en livslang løsning for pasienter, ble transkateter autolog lungeventilerstatning utført i en voksen sauemodell. Det autologe perikardiet ble høstet fra sauene via venstre anterolateral minithoracotomy under generell anestesi med ventilasjon. Perikardiet ble plassert på en 3D-formende hjerteklaffmodell for ikke-giftig krysskobling i 2 dager og 21 timer. Intrakariac ekkokardiografi (ICE) og angiografi ble utført for å vurdere posisjonen, morfologien, funksjonen og dimensjonene til den opprinnelige lungeventilen (NPV). Etter trimning ble det krysskoblede perikardiet sydd på en selvut utvidbar Nitinol-stent og krympet inn i et selvdesignet leveringssystem. Den autologe lungeventilen (APV) ble implantert i NPV-posisjon via venstre jugulær venekateterisering. ICE og angiografi ble gjentatt for å evaluere posisjonen, morfologien, funksjonen og dimensjonene til APV. En APV ble implantert i sau J. I dette papiret ble sau J valgt ut for å oppnå representative resultater. En 30 mm APV med nitinolstent ble nøyaktig implantert i NPV-posisjon uten noen signifikant hemodynamisk endring. Det var ingen paravalvulær lekkasje, ingen ny lungeventilinsuffisiens eller stentert lungeventilmigrasjon. Denne studien demonstrerte gjennomførbarheten og sikkerheten, i en langvarig oppfølging, av å utvikle en APV for implantasjon ved NPV-posisjonen med en selvut utvidbar Nitinol-stent via jugular venekateterisering i en voksen sauemodell.
Introduction
Bonhoeffer et al.1 markerte begynnelsen på utskifting av transkateterpulmonalventil (TPVR) i 2000 som en rask innovasjon med betydelig fremgang mot å minimere komplikasjoner og gi en alternativ terapeutisk tilnærming. Siden da har bruken av TPVR for behandling av høyre ventrikulære utløpskanal (RVOT) eller bioprosthetisk ventildysfunksjon økt raskt 2,3. Til dags dato har TPVR-enhetene som for tiden er tilgjengelige på markedet gitt tilfredsstillende langsiktige og kortsiktige resultater for pasienter med RVOT-dysfunksjon 4,5,6. Videre utvikles og evalueres ulike typer TPVR-ventiler, inkludert decellulariserte hjerteklaffer og stamcelledrevne hjerteklaffer, og deres gjennomførbarhet er vist i prekliniske store dyremodeller 7,8. Aortaventilrekonstruksjon ved hjelp av et autologt perikardium ble først rapportert av Dr. Duran, hvor tre påfølgende buler av forskjellige størrelser ble brukt som maler for å veilede formingen av perikardiet i henhold til dimensjonene til aorta-annulus, med overlevelsesraten på 84,53% ved oppfølgingen av 60 måneder9. Ozaki-prosedyren, som regnes som en ventilreparasjonsprosedyre i stedet for en ventilutskiftingsprosedyre, innebærer å erstatte aortaventilbrosjyrer med glutaraldehydbehandlet autologt perikardium; Sammenlignet med Dr. Durans prosedyre forbedret den seg imidlertid betydelig i å måle den syke ventilen med en mal for å kutte fastperikardium 10 og tilfredsstillende resultater ble ikke bare oppnådd fra voksentilfellene, men også pediatriske tilfeller11. For tiden kan bare Ross-prosedyren gi en levende ventil erstatning for pasienten som har en syk aortaventil med åpenbare fordeler når det gjelder å unngå langsiktig antikoagulasjon, vekstpotensial og lav risiko for endokarditt12. Men re-intervensjoner kan være nødvendig for lunge autograft og høyre ventrikel til lungearterierør etter en så kompleks kirurgisk prosedyre.
De nåværende bioprosthetiske ventilene som er tilgjengelige for klinisk bruk, forringes uunngåelig over tid på grunn av graft-versus-vert-reaksjoner på xenogeneisk pinsin eller storfevev13. Ventilrelatert forkalkning, nedbrytning og insuffisiens kan kreve gjentatte intervensjoner etter flere år, spesielt hos unge pasienter som måtte gjennomgå flere lungeventilerstatninger i løpet av livet på grunn av mangel på vekst av ventilene, en eiendom som er knyttet til dagens bioprostetiske materialer14. Videre har de nåværende tilgjengelige, i hovedsak ikke-regenerative, TPVR-ventilene store begrensninger som tromboemboliske og blødningskomplikasjoner, samt begrenset holdbarhet på grunn av uønsket vevsoppussing som kan føre til brosjyre tilbaketrekning og universell valvulær dysfunksjon15,16.
Det er hypoteset at å utvikle en innfødt-lignende autolog lungeventil (APV) montert på en selvutnyttbar Nitinol-stent for TPVR med egenskapene til selvreparasjon, regenerering og vekstkapasitet vil sikre fysiologisk ytelse og langsiktig funksjonalitet. Og den ikke-giftige krysskoblingen behandlet autolog perikardium kan våkne fra høstings- og produksjonsprosedyrene. For dette formål ble denne prekliniske studien utført for å implantere en stented autolog lungeventil i en voksen sauemodell med sikte på å utvikle ideelle intervensjonelle valvulære erstatninger og en lavrisiko prosedyremetodikk for å forbedre transkateterbehandlingen av RVOT-dysfunksjon. I dette dokumentet ble sau J valgt for å illustrere den omfattende TPVR-prosedyren, inkludert perikardiktomi og trans jugulær veneimplantasjon av en autolog hjerteklaff.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne studien representerer et viktig skritt fremover i utviklingen av en levende lungeventil for TPVR. I en voksen sauemodell var metoden i stand til å vise at en APV avledet fra sauens eget perikardium kan implanteres med en selvut utvidbar Nitinol-stent via jugular venekateterisering. I sau J ble den stentede autologe lungeventilen implantert i riktig lungeposisjon ved hjelp av et selvdesignet universelt leveringssystem. Etter implantasjon viste hjerteklaffen til sau J god funksjonalitet i opptil 21 måneder…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi gir vår oppriktige takknemlighet til alle som bidro til dette arbeidet, både tidligere og nåværende medlemmer. Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra det tyske føderale departementet for økonomiske saker og energi, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Yimeng Hao støttes av 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).
