Protocollo per la relativa valutazione idrodinamica del Tri-volantino Polymer Valvole
Summary
C'è stato un rinnovato interesse per lo sviluppo di valvole polimeriche. Qui, gli obiettivi sono a dimostrare la fattibilità della modifica di un duplicatore di impulso commerciale per accogliere geometrie tri-opuscolo e di definire un protocollo per presentare polimeriche dati idrodinamici delle valvole rispetto ai dati della valvola nativa e protesica raccolti in condizioni quasi identiche.
Abstract
Limitazioni di valvole attualmente disponibili protesici, xenotrapianti, e homograft hanno indotto una recente recrudescenza degli sviluppi in materia di tri-opuscolo polimero protesi valvolari. Comunque, l'individuazione di un protocollo per la valutazione iniziale della funzionalità idrodinamica valvola polimero è fondamentale durante le prime fasi del processo di progettazione. Tradizionale nei sistemi di duplicatori di impulso in vitro non sono configurati per ospitare materiali tri-opuscolo flessibili, inoltre, la valutazione della funzionalità della valvola polimero deve essere fatta in un contesto relativo alle valvole cardiache native e protesiche in condizioni di prova identiche in modo che la variabilità nelle misurazioni da diverso strumenti possono essere evitati. Pertanto, abbiamo condotto valutazione idrodinamico di i) nativa (n = 4, diametro medio, D = 20 mm), ii) bi-pieghevole meccanico (n = 2, D = 23 mm) e iii) le valvole polimero (n = 5, D = 22 mm) tramite l'uso di un sistema di duplicazione impulso disponibile in commercio (ViVitro LabsInc, Victoria, BC), che è stato modificato per ospitare valvola tri-opuscolo geometrie. Valvole di silicone Tri-volantino sviluppati presso l'Università della Florida, compreso il gruppo di valvola di polimero. Una miscela in rapporto di glicerina 35:65 all'acqua è stato usato per mimare le proprietà fisiche del sangue. Portata istantanea è stata misurata in corrispondenza dell'interfaccia del ventricolo sinistro e dell'aorta unità mentre la pressione è stata registrata nelle posizioni ventricolari e aortica. Bi-volantino e dati della valvola nativa della letteratura è stato utilizzato per convalidare il flusso e pressione. Sono stati riportati i seguenti parametri idrodinamici: avanti la caduta di pressione del flusso, della radice aortica significa tasso quadrato in avanti di portata, chiusura aortica, di dispersione e di volume di rigurgito, chiusura transaortico, le perdite e le perdite di energia totale. Rappresentante risultati hanno indicato che i parametri idrodinamici dei tre gruppi di valvole potrebbero essere ottenuti con successo, incorporando un assemblaggio su misura in un sistema di duplicazione di impulsi disponibili in commercio e subsequently, oggettivamente rispetto di fornire approfondimenti su aspetti funzionali del polimero di disegno della valvola.
Introduction
Valvulopatia cardiaca spesso deriva da degenerativa calcificazione della valvola 1, la febbre reumatica 2, endocardite 3,4 o difetti congeniti alla nascita. Quando si verifica danno valvola, causando stenosi e / o rigurgito prolasso della valvola e non può essere riparato chirurgicamente, la valvola nativa viene generalmente sostituita da una valvola protesica. Attualmente le opzioni disponibili includono le valvole meccaniche (valvole a gabbia-sfera, valvole a disco inclinabili, ecc.), Homograft e valvole bioprotesiche (suina e bovina valvole). Valvole meccaniche sono spesso raccomandati per i pazienti più giovani in base alla loro durata nel tempo, ma il paziente è richiesto di rimanere in terapia anticoagulante per prevenire le complicanze trombotiche 5. Protesi valvolari homograft e biologiche sono state scelte efficaci per evitare il sangue terapia più sottile, tuttavia, queste valvole hanno elevato rischio di fibrosi, calcificazione, degenerazione, e le complicazioni immunogenico che portano a insufficienza della valvola 6. Valvole tissutale sono oggetto di indagine come una tecnologia emergente 7-9, ma molto resta ancora da scoprire. Sono necessari durevoli, biocompatibili, valvole protesiche alternative per migliorare la qualità della vita dei pazienti affetti da malattie valvolari cardiache. Ancora una volta, questo motivo valvola potrebbe sostituire la bioprotesi utilizzato nella costruzione di valvole transcatetere, con approcci transcatetere mostrano il potenziale per trasformare il trattamento di pazienti selezionati con malattia cardiaca valvolare 10.
Come affermato dalle norme vigenti, un successo della valvola cardiaca sostituto dovrebbe avere le seguenti caratteristiche prestazionali: "1) consente il flusso in avanti con accettabilmente piccola goccia media differenza di pressione; 2) impedisce il flusso retrogrado con accettabilmente piccolo rigurgito; 3) resiste embolizzazione; 4) resiste emolisi; 5) resiste alla formazione di trombi; 6) è biocompatibile; 7) è compatibile con le tecniche diagnostiche in vivo; 8) è consegnabile e impiantabile nel targetpopolazione; 9) rimane fissa una volta collocato, 10) ha un livello di rumore accettabile; 11) ha funzione riproducibile; 12) mantiene la sua funzionalità per una vita ragionevole, coerente con la sua classe generica; 13) mantiene la sua funzionalità e la sterilità di una mensola ragionevole vita prima dell'impianto. "11. Alcuni dei difetti delle protesi valvolari esistenti possono potenzialmente essere superato da una valvola di polimero. polimeri biocompatibili sono stati considerati migliori candidati sulla base biostabilità, anti-idrolisi, anti-ossidazione, e le proprietà meccaniche vantaggiose come ad alta resistenza e viscoelasticità., in particolare, i polimeri elastomerici possono prevedere la deformazione del materiale simile dinamica della valvola nativa. elastomeri può essere adattato per simulare le proprietà dei tessuti molli, e possono essere i soli materiali artificiali disponibili che sono bio-tollerante e in grado di sopportare l'accoppiata, in vivo, fluido sollecitazioni indotte, flessione e trazione, tuttavia, si muovono in maniera simile sano,movimento della valvola nativa. Inoltre, elastomeri può essere prodotto in una varietà di formati, archiviati con facilità, si pensa che sia i dispositivi di costo-efficacia e può essere strutturalmente aumentata con rinforzo fibroso.
Il concetto di uso di materiali polimerici per assemblare una valvola tri-foglio non è nuova ed è stata oggetto di numerose ricerche cliniche negli ultimi 50 anni 12, che sono stati abbandonati gran parte dovuto durevolezza valvola limitata. Tuttavia, con l'avvento di nuove metodologie di produzione 13,14, il rinforzo di materiali polimerici 15,16 e l'integrazione senza soluzione di polimero potenzialmente sostituti valvole e con tecnologia valvola transcatetere, vi è stato recentemente un rinnovato interesse e di attività per lo sviluppo di valvole di polimeri come potenzialmente valida alternativa alle valvole commerciali attualmente disponibili. In questa luce, un protocollo per consentire collaudo di tali valvole per valutare la funzionalità idrodinamica è il primo passonel processo di valutazione; ancora i sistemi di simulazione di impulsi disponibili in commercio in genere non sono attrezzato per ospitare tri-opuscolo disegni valvole e contengono una spaziatura anulare di inserire valvole cardiache disponibili in commercio (ad esempio disco inclinabile, bi-leaflet valvole cardiache meccaniche). In secondo luogo, le valvole di polimero sono una tecnologia emergente il cui idrodinamica può essere valutato solo in un contesto relativo. Anche se il cuore nativo pressione valvola e dati di flusso è disponibile, è importante condurre test di valvole aortiche native suina, biologicamente simili a valvole umani, utilizzando lo stesso simulatore pulsatile che viene utilizzato per valutare le valvole polimeriche in modo da tener conto di differenze di misurazione che possono essere dipendente dal sistema. Pertanto, l'obiettivo di questo studio era di dimostrare come un simulatore di impulsi disponibile in commercio può essere dotato di un gruppo di ospitare valvola tri-opuscolo costrutti e di valutare sistematicamente polimeriche valvole idrodinamiche metriche in un cont relativaext in confronto ad suina cuore controparti valvola meccanica e nativi. Nel nostro caso, nuovi tri-opuscolo valvole di polimero di silicone precedentemente sviluppato presso l'Università della Florida, 13 compreso il gruppo valvola di polimero.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio, abbiamo dimostrato l'utilità di modifica di una unità duplicatore pulsatile disponibile in commercio per accogliere valvola tri-opuscolo geometrie in modo che il test idrodinamico del polimero e valvole suine autoctone può essere eseguita. In particolare, nel nostro caso, il sistema è stato modificato un cuore sinistro ViVitro e sistema simulatore sistemica (Figura 1a) controllato tramite il sistema di acquisizione dati ViViTest (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Canada). Tut…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Una sovvenzione seme della University of Florida – College of Medicine è riconosciuto con gratitudine. Studi universitari (Manuel Salinas) sono stati sostenuti attraverso una opportunità di minoranza di programmi di ricerca biomedica – iniziativa di ricerca per la valorizzazione scientifica (MBR-RISE) borsa: NIH / NIGMS R25 GM061347. Il sostegno finanziario della Wallace H. Coulter Fondazione attraverso la Florida International University, Dipartimento di Ingegneria Biomedica è anche riconosciuto con gratitudine. Infine, gli autori ringraziano i seguenti studenti per la loro assistenza durante le varie fasi del processo sperimentale: Kamau Pier, Malachia Suttle, Kendall Armstrong e Abraham Alfonso.
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 |
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