פרוטוקול להערכה הידרודינמית יחסית של הפולימר שסתום Tri-עלון
Summary
יש התעניינות מחודשת בפיתוח מסתמי פולימרים. כאן, המטרות הן כדי להוכיח את ההיתכנות של שינוי מעתק דופק מסחרי כדי להתאים לגיאומטריות תלת עלון ולהגדיר פרוטוקול להציג נתונים הידרודינמית סתום פולימר בהשוואה לנתונים שסתום ילידים ותותבים שנאספו בתנאים כמעט זהים.
Abstract
מגבלות של שסתומים זמינים כרגע תותבים, xenografts וhomografts יש הנחיה התעוררות האחרונה של התפתחויות באזור בשלושה עלון פולימר שסתום תותב. עם זאת, זיהוי של פרוטוקול להערכה ראשונית של פונקציונליות הידרודינמית סתום פולימר הוא בעל חשיבות עליונה במהלך השלבים המוקדמים של תהליך התכנון. מסורתי במערכות מבחנה דופק מעתק אינו מוגדרים כדי להכיל חומרים תלת עלון גמישים, בנוסף, הערכה של תפקוד המסתם פולימר צריך להיעשות בהקשר ביחס למסתמי לב מקומיים ותותבים בתנאי בדיקה זהים, כך ששונות במדידות משונים ניתן להימנע ממכשירים. בהתאם לכך, אנו נערכים הערכה הידרודינמית של i) דו עלון n, D = 23 מ"מ הילידים (n = 4, כלומר קוטר, D = 20 מ"מ), ii) מכאני (= 2) ו-III) פולימר שסתומים (N = 5, D = 22 מ"מ) באמצעות השימוש במערכת מעתק דופק זמין מסחרי (מעבדות ViVitroInc, ויקטוריה, BC) שהותאמה לגיאומטריות סתום תלת עלון. שסתומי סיליקון Tri-עלון שפותחו באוניברסיטת פלורידה מורכבת שסתום קבוצת הפולימר. תערובת ביחס של גליצרין 35:65 למים הייתה בשימוש כדי לחקות תכונות פיסיקליות דם. קצב זרימה מיידי נמדד בממשק של החדר השמאלי ואב עורקי יחידות תוך לחץ נרשם בעמדות חדריות ואב העורקים. נתונים שסתום ילידים מהספרות דו עלון והיה בשימוש כדי לאמת את הזרימה ואת קריאות לחץ. את המדדים הבאים הידרודינמית דווחו: ירידה בלחץ זרימה קדימה, שורש האאורטה מתכוונת שיעור כיכר קדימה זרימה, סגירת אב העורקים, דליפה ונפח regurgitant, סגירת transaortic, נזילה והפסדי אנרגיה בסך הכל. נציג תוצאות הצביעו על כך שמדדים הידרודינמית מהשלוש הקבוצות שסתום יכולים להיות מושגת בהצלחה על ידי שילוב של הרכבה מותאמת אישית בנויה לתוך מערכת מעתק דופק זמינה מסחרי וsubsequentlY, באופן אובייקטיבי בהשוואה לספק תובנות על היבטים פונקציונליים של עיצוב שסתום פולימר.
Introduction
מחלה שסתום לב לעתים קרובות נובעת מהסתיידות ניוונית סתום 1, 2 קדחת שיגרון, דלקת פנים הלב 3,4 או מומים מולדים מולדים. כאשר שסתום נזק מתרחש, גורם להיצרות ו / או צניחה של המסתם regurgitation ולא ניתן לתיקון בניתוח, שסתום היליד מוחלף בדרך כלל על ידי שסתום תותב. כרגע אפשרויות זמינות כוללות שסתומים מכאניים (שסתומים כלוב כדור, שסתומים דיסק הטיה, וכו '.), Homograft, ושסתומים bioprosthetic (חזירי ושסתומי שור). שסתומים מכאניים לעתים קרובות מומלצים לחולים צעירים המבוססים על העמידות שלהם, אך נדרש למטופל להישאר בטיפול נוגד קרישה למניעת סיבוכים טרומבוטיים 5. שסתומים תותבים Homograft והביולוגיים היו בחירות יעילות, כדי למנוע טיפול מדלל דם, עם זאת, יש שסתומים האלה סיכון גבוה לסיסטיק, הסתיידות, ניוון, וסיבוכי immunogenic המובילים לכישלון שסתום 6. שסתומי רקמות מהונדסים הם נחקרים כטכנולוגיה מתפתחת 7-9, אבל הרבה עדיין לא נחשף. שסתומים אלטרנטיביים עמידים, תותבים ביולוגית, יש צורך לשפר את איכות החיים של חולים במחל שסתום הלב. שוב, עיצוב זה יכול להחליף שסתום bioprosthesis השתמש בטכנולוגיה שסתום Transcatheter ב, עם גישות transcatheter מראות את הפוטנציאל להפיכת הטיפול בחולים עם מחלת נבחרו סתום לב 10.
כאמור על ידי סטנדרטים הנוכחיים, שסתום לב תחליף מוצלח צריך את מאפייני ביצועים הבאים: "1) מאפשר זרימה קדימה עם טיפת הבדל בלחץ ממוצעת קטנה מקובל, 2) מונע זרימת מדרדר עם regurgitation הקטן מקובל; 3) מתנגד אמבוליזציה; 4) מתנגד המוליזה; 5) מתנגדת היווצרות פקיק; 6) היא ביולוגית; 7) תואמת בטכניקות אבחון vivo; 8) הוא תוצר ומושתל ביעדאוכלוסייה; 9) נשארת קבוע להציב פעם אחת; 10) יש רמת רעש מקובלת; 11) יש פונקציה לשחזור; 12) שומרת על הפונקציונליות שלו לכל חיים סבירים, עולה בקנה אחד עם המעמד הגנרית שלה; 13) שומר על פונקציונליות ועקרותיה למדף סביר חיים לפני ההשתלה. "11. חלק מהחסרונות של תותבות סתום קיימות פוטנציאלי עלול להיות להתגבר על ידי שסתום פולימר. פולימרים ביולוגית כבר נחשבו מועמדים מובילים מבוססים על biostability, אנטי הידרוליזה, אנטי חמצון, ומאפייני יתרון מכאניים כגון חוזק גבוה וviscoelasticity. בפרט, פולימרים אלסטומרי עשויים לספק עיוות חומר דומה לדינמיקה שסתום ילידים. ניתן להתאים אלסטומרים לחקות תכונות של רקמות רכות, והם עשויים להיות חומרים המלאכותיים בלבד שאינם זמינים ביו סובלני ושיכולים לעמוד בשילוב, in vivo, לחצים הנגרם נוזל, כפיפה ומתיחה, ובכל זאת, לעבור באופן דומה בריאים,תנועת שסתום ילידים. יתר על כן, אלסטומרים יכולים להיות מיוצר בייצור המוני במגוון רחב של גדלים, המאוחסנים בקלות, צפויים להיות מכשירים חסכוניים ויכול להיות מוגבר מבני עם חיזוק סיבי.
הרעיון של שימוש בחומרים פולימריים להרכיב שסתום תלת עלון אינו חדש וכבר את הנושא של כמה חקירות מחקר במשך 12 השנים האחרונות 50, שננטשו במידה רבה בשל עמידות שסתום מוגבלת. עם זאת, עם כניסתו של שיטות ייצור חדשניות 13,14, חיזוק חומרים פולימריים 15,16 ואינטגרציה חלקה של פוטנציאל תחליפי שסתום פולימר עם טכנולוגיית המסתם Transcatheter, חל לאחרונה התעניינות מחודשת ובפעילות בפיתוח מסתמי פולימר כמו פוטנציאל חלופה לשסתומים מסחריים זמינים כרגע. באור זה, פרוטוקול המאפשר בדיקה של שסתומים אלה כדי להעריך פונקציונלי הידרודינמית הוא הצעד הראשוןבתהליך ההערכה, ובכל זאת מערכות סימולטור דופק זמינות מסחרי בדרך כלל אינן מצוידות כדי להכיל את עיצובי שסתום תלת עלון ותכלנה מרווח טבעתי להכניס מסתמי לב זמינים מסחרי (דיסק הטיה, מסתמי לב מכאניים כגון דו עלון). שנית, שסתומי פולימר הם טכנולוגיה מתפתחת שהידרודינמיקה ניתן להעריך רק בהקשר יחסי. למרות לחץ שסתום לב האם וזרימת הנתונים זמין, חשוב לבצע בדיקה של שסתומים חזירי אבי העורקים ילידים, שהם בחינה ביולוגית דומים לשסתומי אדם, תוך שימוש באותה סימולטור pulsatile המשמש כדי להעריך את שסתומי הפולימר כך שדין וחשבון על הבדלי מדידה שעשויה להיות מערכת תלויה. לפיכך, מטרתו של מחקר זה הייתה כדי להדגים כיצד ניתן להתקין סימולטור דופק זמין מסחרי עם הרכבה כדי להכיל את מבני שסתום תלת עלון ולהעריך באופן שיטתי מדדים הידרודינמית סתום פולימר בהמשך יחסישלוחה בהשוואה לעמיתיהם שסתום לב חזירי מכאניים וילידים. במקרה שלנו, שסתומים פולימר סיליקון תלת עלון חדשני שפותח בעבר באוניברסיטה של פלורידה 13 היוותה את קבוצת סתום הפולימר.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, אנו הוכחנו את התועלת של שינוי יחידת מעתק pulsatile זמין מסחרי כדי להתאים לגיאומטריות סתום תלת עלון כך שניתן לבצע בדיקות הידרודינמית של פולימר ושסתומים חזיריים ילידים. באופן ספציפי במקרה שלנו, המערכת השונה היה מערכת סימולטור מערכתית (איור 1 א) נשלטה באמצ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מענק זרע מאוניברסיטת פלורידה – המכללה לרפואה הוא הודה בהכרת תודה. לימודי תואר שני (מנואל סלינס) היו נתמכים באמצעות הזדמנויות מיעוט בתוכניות מחקר ביו – יוזמה להגברת מחקר מדעית (MBRS קומות) מלגה: NIH / NIGMS R25 GM061347. תמיכה כספית מקרן ה קולטר וואלאס דרך אוניברסיטה הבינלאומית של פלורידה, מחלקה להנדסה ביו רפואית היא גם הודה בהכרת תודה. לבסוף, המחברים מודים לתלמידים הבאים לסיוע שלהם בשלבים שונים של התהליך הניסויי: Kamau פייר, מלאכי Suttle, קנדל ארמסטרונג ואברהם אלפונסו.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Pump | ViVitro Labs | http://vivitrolabs.com/products/superpump/ | |
| Flow Meter and Probe | Carolina Medical | Model 501D | http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf |
| Pressure Transducer | ViVitro Labs | HCM018 | |
| ViVitro Pressure Measuring Assembly | ViVitro Labs | 6186 | |
| Valve holder | WB Engineering | Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering | |
| Pulse Duplicator | ViVitro Labs | PD2010 | http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf |
| Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software | ViVitro Labs | PDA2010 | http://vivitrolabs.com/products/software-daq |
| Porcine Hearts and Native Aortic Valves | Mary's Ranch Inc | ||
| Bi-leaflet Mechanical Valves | Saint Jude Medical | http://www.sjm.com/ | |
| High Vacuum Grease | Dow Corning Corporation | http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf | |
| Glycerin | McMaster-Carr | 3190K293 | 99% Natural 5 gal |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Fisher Scientific | MT21031CV | 100 ml/heart |
| Antimycotic/Antibiotic Solution | Fisher Scientific | SV3007901 | 1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S3014-500G | 9 g/L of deionized water |
| Deionized Water | EMD Millipore Chemicals | Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process |
References
- Rajamannan, N. M., et al. Calcific aortic valve disease: not simply a degenerative process: A review and agenda for research from the National Heart and Lung and Blood Institute Aortic Stenosis Working Group. Executive summary: Calcific aortic valve disease-2011 update. Circulation. 124, 1783-1791 (2011).
- Marijon, E., Mirabel, M., Celermajer, D. S., Jouven, X. Rheumatic heart disease. Lancet. 379, 953-964 (2012).
- Karaci, A. R., et al. Surgical treatment of infective valve endocarditis in children with congenital heart disease. J. Card. Surg. 27, 93-98 (2012).
- Knirsch, W., Nadal, D. Infective endocarditis in congenital heart disease. Eur. J. Pediatr. 170, 1111-1127 (2011).
- Korossis, S. A., Fisher, J., Ingham, E. Cardiac valve replacement: a bioengineering approach. Biomed. Mater. Eng. 10, 83-124 (2000).
- Ghanbari, H., et al. Polymeric heart valves: new materials, emerging hopes. Trends Biotechnol. 27, 359-367 (2009).
- Mol, A., Smits, A. I., Bouten, C. V., Baaijens, F. P. Tissue engineering of heart valves: advances and current challenges. Expert Rev. Med. Devices. 6, 259-275 (2009).
- Ramaswamy, S., et al. The role of organ level conditioning on the promotion of engineered heart valve tissue development in using mesenchymal stem cells. Biomaterials. 31, 1114-1125 (2010).
- Sacks, M. S., Schoen, F. J., Mayer, J. E. Bioengineering challenges for heart valve tissue engineering. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 289-313 (2009).
- Zamorano, J. L., et al. EAE/ASE recommendations for the use of echocardiography in new transcatheter interventions for valvular heart disease. J. Am. Soc. Echocardiogr. 24, 937-965 (2011).
- ANSI/AAMI/ISO. Cardiovascular Implants – Cardiac Valve Prostheses. Assoc. Adv. Med. Instrum. 71, (2005).
- Gallocher, S. L. . Durability Assessment of Polymer Trileaflet Heart Valves PhD thesis. , 313 (2007).
- Carroll, R., Boggs, T., Yamaguchi, H., Al-Mously, F., DeGroff, C., Tran-Son-Tay, R. Blood Cell Adhesion on Polymeric Heart Valves. , (2012).
- Pierre, K. K., Salinas, M., Carroll, R., Landaburo, K., Yamaguchi, H., DeGroff, C., Al-Mousily, F., Bleiweis, M., Ramaswamy, S. Hydrodynamic Evaluation of a Novel Tri-Leaflet Silicone Heart Valve Prosthesis. , (2012).
- Cacciola, G., Peters, G. W., Schreurs, P. J. A three-dimensional mechanical analysis of a stentless fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 33, 521-530 (2000).
- De Hart, J., Cacciola, G., Schreurs, P. J., Peters, G. W. A three-dimensional analysis of a fibre-reinforced aortic valve prosthesis. J. Biomech. 31, 629-638 (1998).
- Lim, W. L., Chew, Y. T., Chew, T. C., Low, H. T. Pulsatile flow studies of a porcine bioprosthetic aortic valve in vitro: PIV measurements and shear-induced blood damage. J. Biomech. 34, 1417-1427 (2001).
- Gutierrez, C., Blanchard, D. G. Diastolic heart failure: challenges of diagnosis and treatment. Am. Fam. Physician. 69, 2609-2616 (2004).
- Shi, Y., Yeo, T. J., Zhao, Y., Hwang, N. H. Particle image velocimetry study of pulsatile flow in bi-leaflet mechanical heart valves with image compensation method. J. Biol. Phys. 32, 531-551 (2006).
- Chandran, K. B., Yoganathan, A. P., Rittgers, S. E. . Biofluid Mechanics: The Human Circulation. , 277-314 (2007).
- Akins, C. W., Travis, B., Yoganathan, A. P. Energy loss for evaluating heart valve performance. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 136, 820-833 (2008).
- Fung, Y. C. . Biomechanics: Circulation. , (1997).
- Keener, J., Sneyd, J. . Mathematical Physiology, II: Systems Physiology. , (1998).
- Quick, C. M., Berger, D. S., Noordergraaf, A. Apparent arterial compliance. Am. J. Physiol. 274, H1393-H1403 (1998).
- Wang, Q., Jaramillo, F., Kato, Y., Pinchuk, L., Schoephoerster, R. T. Hydrodynamic Evaluation of a Minimally Invasive Heart Valve in an Isolated Aortic Root Using a Modified In Vitro Model. J. Med. Devices. 3, 011002.1-011002.6 (2009).
- Baldwin, J. T., Campbell, A., Luck, C., Ogilvie, W., Sauter, J. Fluid dynamics of the CarboMedics kinetic bileaflet prosthetic heart valve. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 11, 287-292 (1997).
