Transkateter lungventil ersättning från autologt perikardium med en självutvidgbar nitinolstent i en vuxen fårmodell
Summary
Denna studie visar genomförbarheten och säkerheten att utveckla en autolog lungventil för implantation vid den ursprungliga lungventilpositionen genom att använda en självutvidgbar Nitinol-stent i en vuxen fårmodell. Detta är ett steg mot att utveckla transkateter lungventil ersättning för patienter med höger ventrikulär utflödeskanal dysfunktion.
Abstract
Transkateter lungventilbyte har etablerats som ett livskraftigt alternativt tillvägagångssätt för patienter som lider av höger ventrikulär utflödeskanal eller bioprostetisk klaffdysfunktion, med utmärkta tidiga och sena kliniska resultat. Kliniska utmaningar som försämrad hjärtklaff, koronar ocklusion, endokardit och andra komplikationer måste dock hanteras för livstidsapplikation, särskilt hos pediatriska patienter. För att underlätta utvecklingen av en livslång lösning för patienter utfördes transkateter autolog lungventilbyte i en vuxen fårmodell. Det autologa perikardiet skördades från fåren via vänster anterolateral minithoracotomy under generell anestesi med ventilation. Perikardiet placerades på en 3D-formande hjärtklaffmodell för giftfri tvärbindning i 2 dagar och 21 timmar. Intrakardiell ekokardiografi (ICE) och angiografi utfördes för att bedöma positionen, morfologin, funktionen och dimensionerna för den inbyggda lungventilen (NPV). Efter trimning sys det tvärbundna perikardiet på en självutvidgbar Nitinol-stent och krymptes till ett självdesignat leveranssystem. Den autologa lungventilen (APV) implanterades vid NPV -positionen via vänster halsvenkateterisering. ICE och angiografi upprepades för att utvärdera APV: s position, morfologi, funktion och dimensioner. En APV implanterades framgångsrikt i får J. I detta dokument valdes får J för att få representativa resultat. En 30 mm APV med en Nitinol-stent implanterades exakt vid NPV-positionen utan någon signifikant hemodynamisk förändring. Det fanns ingen paravalvulär läcka, ingen ny lungventilinsufficiens eller stentad lungventilmigration. Denna studie visade genomförbarheten och säkerheten, i en långvarig uppföljning, att utveckla en APV för implantation vid NPV-positionen med en självutvidgbar Nitinol-stent via halsvenkateterisering i en vuxen fårmodell.
Introduction
Bonhoeffer et al.1 markerade början på transkateter lungventilbyte (TPVR) år 2000 som en snabb innovation med betydande framsteg mot att minimera komplikationer och tillhandahålla ett alternativt terapeutiskt tillvägagångssätt. Sedan dess har användningen av TPVR för behandling av höger ventrikelutflödeskanalen (RVOT) eller bioprostetisk klaffdysfunktion ökat snabbt 2,3. Hittills har de TPVR-enheter som för närvarande finns tillgängliga på marknaden gett tillfredsställande långsiktiga och kortsiktiga resultat för patienter med RVOT-dysfunktion 4,5,6. Vidare utvecklas och utvärderas olika typer av TPVR-ventiler inklusive decellulariserade hjärtklaffar och stamcellsdrivna hjärtklaffar, och deras genomförbarhet har visats i prekliniska stordjursmodeller 7,8. Aortaklaffrekonstruktion med hjälp av ett autologt perikardium rapporterades först av Dr. Duran, för vilken tre på varandra följande utbuktningar av olika storlekar användes som mallar för att styra utformningen av perikardiet enligt dimensionerna på aorta annulus, med överlevnadsgraden 84,53% vid uppföljningen av 60 månader9. Ozaki-proceduren, som anses vara ett ventilreparationsförfarande snarare än ett ventilbytesförfarande, innebär att man ersätter aortaklaffblad med det glutaraldehydbehandlade autologa perikardiet; Men jämfört med Dr. Durans procedur förbättrades det avsevärt vid mätning av den sjuka ventilen med en mall för att skära fast perikardium10 och tillfredsställande resultat uppnåddes inte bara från de vuxna fallen utan också pediatriska fall11. För närvarande kan endast Ross-proceduren ge en levande ventilsubstitut för patienten som har en sjuk aortaklaff med uppenbara fördelar när det gäller att undvika långvarig antikoagulation, tillväxtpotential och låg risk för endokardit12. Men återinterventioner kan krävas för lungautokrunten och höger kammare till lungartärledningen efter ett så komplext kirurgiskt ingrepp.
De nuvarande bioprostetiska ventilerna som är tillgängliga för klinisk användning försämras oundvikligen med tiden på grund av transplantat-mot-värdreaktioner på xenogena svin- eller nötkreaturvävnader13. Ventilrelaterad förkalkning, nedbrytning och insufficiens kan kräva upprepade ingrepp efter flera år, särskilt hos unga patienter som skulle behöva genomgå flera lungventilbyten under sin livstid på grund av bristen på tillväxt av ventilerna, en egenskap som är inneboende i nuvarande bioprostetiska material14. Dessutom har de för närvarande tillgängliga, i huvudsak icke-regenerativa, TPVR-ventilerna stora begränsningar såsom tromboemboliska och blödningskomplikationer, samt begränsad hållbarhet på grund av negativ vävnadsombyggnad som kan leda till bipacksedelns retraktion och universell klaffdysfunktion15,16.
Det antas att utveckling av en inbyggd autolog lungventil (APV) monterad på en självutvidgbar Nitinol-stent för TPVR med egenskaperna för självreparation, regenerering och tillväxtkapacitet skulle säkerställa fysiologisk prestanda och långsiktig funktionalitet. Och det giftfria tvärbindaren behandlat autologt perikardium kan vakna från skörde- och tillverkningsförfarandena. För detta ändamål genomfördes denna prekliniska studie för att implantera en stentad autolog lungventil i en vuxen fårmodell i syfte att utveckla idealiska interventionella klaffarsubstitut och en lågriskprocedurmetod för att förbättra transkateterbehandlingen av RVOT-dysfunktion. I detta dokument valdes får J för att illustrera den omfattande TPVR -proceduren inklusive perikardektomi och trans jugular venimplantation av en autolog hjärtklaff.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie representerar ett viktigt steg framåt i utvecklingen av en levande lungventil för TPVR. I en vuxen fårmodell kunde metoden visa att ett APV härrörande från fårens eget hjärtsäck kan implanteras med en självutvidgbar Nitinolstent via halsvenskateterisering. Hos får J implanterades den stentade autologa lungventilen framgångsrikt i rätt lungposition med hjälp av ett självdesignat universellt leveranssystem. Efter implantation visade hjärtklaffen hos får J god funktionalitet i upp till…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi uttrycker vår djupa uppskattning till alla som bidragit till detta arbete, både tidigare och nuvarande medlemmar. Detta arbete stöddes av bidrag från det tyska federala ministeriet för ekonomi och energi, EXIST – Transfer of Research (03EFIBE103). Yimeng Hao stöds 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).
