Summary
Vi beskriver en ny, kostnadseffektiv og effektiv teknikk for perkutan levering av tredimensjonalt trykte koronarimplantater for å skape lukkede svinemodeller av iskemisk hjertesykdom. Implantatene ble fikset på plass ved hjelp av et mor-og-barn forlengelse kateter med høy suksessrate.
Abstract
Minimalt invasive metoder for å lage modeller av fokal koronar innsnevring i store dyr er utfordrende. Rask prototyping ved hjelp av tredimensjonalt (3D) trykte koronarimplantater kan brukes til å perkutane skape en fokal koronar stenose. Pålitelig levering av implantatene kan imidlertid være vanskelig uten bruk av tilleggsutstyr. Vi beskriver bruken av en mor-og-barn koronar guide kateter for stabilisering av implantatet og for effektiv levering av 3D trykt implantat til ønsket sted langs lengden av koronar fartøyet. Fokal koronar innsnevring ble bekreftet under koronar cineangiografi og den funksjonelle betydningen av koronar stenose ble vurdert ved hjelp av gadolinium-forbedret første-pass hjerte perfusjon MR. Vi viste at pålitelig levering av 3D-trykte koronarimplantater i svinemodeller (n = 11) av iskemisk hjertesykdom kan oppnås gjennom repurposing mor-og-barn koronar guide katetre. Vår teknikk forenkler perkutan levering av koronarimplantater for å lage lukkede svinemodeller av fokal koronarstenose og kan utføres raskt, med lav prosessuell sviktrate.
Introduction
Iskemisk hjertesykdom fortsetter å være den viktigste dødsårsaken i USA1. Store dyremodeller har blitt brukt eksperimentelt for å forstå og karakterisere mekanismer som driver koronarsykdom (CAD) og tilhørende komplikasjoner (inkludert hjerteinfarkt, arytmiske hendelser og hjertesvikt), samt for testing av nye terapeutiske midler eller diagnostiske modaliteter. Resultater fra disse studiene har bidratt til å utvide forståelsen, diagnosen og overvåkingen av iskemisk hjertesykdom og for å fremme klinisk praksis2. Flere dyremodeller, inkludert kaniner, hunder og svin, har blitt brukt. Imidlertid forekommer koronarstenoses, spesielt diskrete lesjoner, svært sjelden hos disse dyrene og er vanskelige å indusere reproduserbart3. Tidligere arbeid beskrev etableringen av kunstige koronar stenoses ved hjelp av ligation, okkluder, eller eksterne klemmer. Nylig beskrev vi hvordan du bruker 3D-utskriftsteknologi til å produsere koronarimplantater som kan brukes til å perkutane skape diskret kunstig koronar innsnevring4. Ved hjelp av dataassistert designprogramvare designet vi koronarimplantater som hule rør med varierende indre og ytre diametre samt implantatlengde og fabrikkerte dem ved hjelp av kommersielt tilgjengelige additivmaterialer. Implantatene er glatte, hule, 3D-trykte rør med avrundede kanter. Vi designet et bibliotek av implantatstørrelser med en rekke indre diameter, ytre diameter og lengde. Implantatets ytre diameter er basert på størrelsen på koronarføringskateteret. Den indre diameteren er basert på størrelsen på en deflatert koronar angioplastikk ballong. Vi varierte lengden på implantatet for å skreddersy ønsket alvorlighetsgrad av perfusjon. Sikker perkutan levering av slike enheter kan imidlertid være utfordrende på grunn av mangel på ledninger og katetre produsert spesielt for stor dyrebruk. I motsetning er en omfattende samling av katetre, ledninger og støttende utstyr tilgjengelig for klinisk bruk i menneskelige koronararterier. I dette arbeidet viser vi hvordan man gjenbruker en klinisk grad mor-og-barn koronar guide kateter for levering av 3D trykt koronar implantater.
GuideLiner-kateteret (figur 1A) ble utviklet for perkutan koronarintervensjon (PCI) for å tillate dype katetersitteplasser og økt støtte for komplekse tilfeller5. I vår undersøkelse ble GuideLiner-kateteret valgt på grunn av kjennskap til bruk og tilgjengelighet, men lignende katetre, der det er tilgjengelig, kan også vurderes. Enheten regnes som et "mor-og-barn"-føringskateter (figur 1B),enheten passer inn i et typisk koronar føringskateter ("mor") og er et koaksialfleksibelt rør ("barn"). Dette kateteret kan settes inn over en ledetråd og effektivt forlenger rekkevidden til et typisk koronar føringskateter ved å strekke seg utover enden av koronarguiden. GuideLiner eller et lignende mor-og-barn-kateter kan brukes som ekstra støtte for utplassering av 3D-trykte koronarimplantater. Fordi implantatene er montert over angioplastikk ballonger som skal settes inn som en enhet over en koronar ledning inn i fartøyet (Figur 1B,1C),kateteret tilbyr ekstra støtte for å levere implantatet til ønsket sted. Ved å plassere mor-og-barn-kateteret bare proksimal til ballongen, forblir implantatet på ønsket sted under ballongdeflasjon og tilbaketrekking. Til tross for å ha noen fasthet til sin struktur, mor-og-barn kateterunike evne til å bli avansert dypt inn i koronararterier over en guidewire og radiopaque markør på kateterspissen var viktige egenskaper for implantasjon.
Vårt monterte leveringsapparat besto av et typisk koronarføringskateter, mor-og-barn-kateteret og et 3D-trykt implantat festet på en deflatert koronar angioplastikkballong (figur 1B). Som en funksjonell leveringsenhet ga mor-og-barn-kateteret ikke bare stabil ekstra støtte for levering av utstyret, men ble også unikt brukt som en klippeenhet for å holde implantatene på plass under deflasjon og fjerning av ballongen. Radiopaque markøren på kateterspissen fungerte som en posisjoneringsføring for det monterte apparatet og sitter proksimal til angioplastikkballongen. Disse egenskapene tillot presis distribusjon av strømningsbegrensende implantater. Prosessen ble designet for å være reproduserbar, effektiv og human for dyreforsøkene.
I vår søknad ble mor-og-barn perkutan leveringsteknikk brukt til å lage svinemodeller med fokal koronarstenose for evaluering av kontrastforbedret stress hjerteperfusjon magnetisk resonansavbildning (MR). Teknikken kan imidlertid brukes i andre undersøkelser, inkludert vaskulære systemer utenfor koronarkarene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Vi gjennomførte eksperimentene i henhold til retningslinjene fra Dyrevelferdsloven, National Institutes of Health og American Heart Association on Research Animal Use. Vår institusjonelle dyreverns- og brukskomité godkjente dyrestudieprotokollen.
1. Preprocedural forberedelse av 3D trykt koronar stenose implantater
- Bruk pinsett, dip-coat de trykte implantatene i en 25% heparin løsning for å hindre trombedannelse og la luft tørke i 24 timer.
2. Preprocedural fremstilling av dyreforsøkspersoner
- Ha mannlig Yorkshire svin (SNS Farms, 30-45 kg) ankommer institusjonen 1 uke før eksperimentdatoen og la dem akklimatisere.
- Hold svinet i fastende tilstand etter midnatt dagen før prosedyren.
3. Prosedyreanestesi
- Sedate svinet med intramuskulær ketamin (10 mg/kg) og intravenøs midazolam (1 mg/kg).
- Ventiler dyrene med oksygen-isofluran (1–2 %) Blanding.
- Utfør endotrakeal intubasjon når dyremotivet er bedøvet.
- Infuse intravenøs (IV) rokuronium (2,5 mg/kg/t) og gi ekstra boluses (1–3 mg/kg IV hver 20–30 min) ved behov for å oppnå diafragmatisk immobilisering.
- Oppretthold et kirurgisk bad av anestesi gjennom hele prosedyren ved å se etter oppvåkning, bevegelser, brede svingninger i vitale tegn og andre tegn på nød eller ubehag gjennom hele eksperimentets varighet. Vi overvåket svinet i omtrent 6 timer under anestesi.
4. Vaskulær tilgang
- Bruk Seldinger-teknikken til å sette inn arterielle og venøse hylser i de bilaterale lårarteriene og venene til forsøkspersonene.
- Skyll alle kateterporter kontinuerlig med heparinisert normal saltvann.
5. Preprocedural medisinering administrasjon
- Administrer amiodaron intramuskulært (1,5 mg/kg), lidokain intravenøst (2 mg/kg) og esmolol intravenøst (1 mg/kg) etter behov for profylakse mot arytmi. Gi gjentatte doser av amiodaron, lidokain og esmolol etter behov gjennom hele eksperimentet for å undertrykke ventrikulære rytmer og kontrollere hjertefrekvensrespons.
- Etter at vaskulær tilgang er oppnådd, administrer heparin (5000–10 000 enheter) for å holde en aktivert koagulasjonstid (ACT) >300 s. Kontroller ACT hver time i løpet av eksperimentet og gi ytterligere intravenøs heparin etter behov for å opprettholde ACT-målet.
6. Hemodynamisk overvåking
- Bruk en enkelt lateral elektrokardiografi (EKG) brystledning for opptak av endringer i ST-segmentet, T-bølger og hjertefrekvens i hele eksperimentell periode.
- Bruk en trykktransduser til å registrere kontinuerlig lårarterielt trykk gjennom hele prosedyren.
- Fest et pulsoksymeter til dyrets øre eller leppe for kontinuerlige pulsoksymometopptak.
7. Utarbeidelse av implantatleveringsutstyr
- Før du utfører koronar angiografi, sett inn en deflatert NC Trek over-the-wire koronar ballong gjennom et mor-og-barn kateter av ønsket størrelse slik at ballongspissen strekker seg utover spissen av kateteret.
- Monter 3D-trykte implantatet på den deflaterte angioplastikkballongen slik at implantatet er plassert mellom markørene på ballongen og nær den proksimale markøren (figur 1B).
- Blås opp ballongen med en insufflator til 2-3 atm for å fikse implantatet på ballongen. Kontroller at implantatet er plassert nærmere den proksimale halvdelen av ballongen, slik at det vil være nærmest mor-og-barn-kateteret når det er klart til fjerning (Figur 1B).
8. Koronar angiografi og distribusjon av koronar implantat
- Plasser den fluoroskopiske C-armen i anteroposterior (AP)-projeksjonen.
- Fest en kontrollventil (se Materialtabell) til et venstre eller høyre koronar føringskateter (se Materialtabell).
- Introduser føringskateteret over en J-tippet ledning gjennom høyre lårarteriehylse, og under fluoroskopisk veiledning, før kateteret til aortaroten.
- Selektivt (eller ikke selektivt) engasjere kateteret i venstre hovedkoronararterie (LMCA) og injisere 5 ml iodinated kontrast under fluoroskopi for å visualisere venstre koronar system.
- Plasser føringskateteret mot LMCA for det andre angiogram (figur 2). Hvis koronarengasjement viser seg vanskelig, delvis på grunn av den korte aortabuen i svinet, bør du vurdere å utføre ikke-selektive angiogram så lenge de gir tilstrekkelig visualisering av fartøyene.
- Når den er engasjert i, eller plassert i nærheten av LMCA, under fluoroskopi, forhånd en 0,014 ", 300 cm koronar wire (se Materialtabell)inn i LMCA og videre flytte ledningen til den distale venstre fremre synkende arterie (LAD) eller venstre circumflex koronararterie (LCX) hvis ønskelig (Figur 3).
- Sett inn det tidligere monterte mor- og barnekateteret med den oppblåste koronarangioplastiske ballongen og implantatet over koronartråden og gå videre til ønsket sted langs koronarfartøyet. Injiser 5 ml iodinert kontrast for å visualisere en diskret innsnevring på ønsket sted hvor koronarimplantatet skal distribueres (figur 4).
- Når implantatet er på plass, må mor-og-barn-kateteret flyttes til den proksimale markøren til den oppblåste ballongen.
- Deflate ballongen og trekke den tilbake gjennom mor-og-barn kateteret. Denne prosessen gjør det mulig for mor-og-barn-kateteret å skjære implantatet av ballongen når det trekkes tilbake og fikser posisjonen til implantatet i det angitte segmentet av fartøyet.
- Fjern ballongen, mor-og-barn-kateteret og koronarwiren.
- Utfør endelige angiograms for å dokumentere plasseringen av den nye kunstigstenose i fartøyet. Når det er mulig, bør angiograms utføres i to ortogonale visninger for å skaffe visuell estimering av stenose alvorlighetsgrad. En endelig angiografi (Figur 5) kan også utføres med subselektiv posisjonering av mor-og-barn-kateteret i det proksimale fartøyet, noe som gir utmerket opacification med minimal kontrast.
- Overfør umiddelbart dyret til MR-suiten for å gjennomgå hjertestressperfusjon strekkning mri ved bruk av gadobutrol (0,1 mM/kg) injisert med en hastighet på 2 ml/sek.
MERK: Stressmidlet som ble brukt var en 4 min infusjon av adenosin ved 300 μg/kg/min. Bildeprotokollen inkluderte 1) cine imaging (synsfelt [FOV] = 292 x 360 mm, matrisestørrelse = 102 x 126, repetisjonstid [TR] = 5,22 ms, ekkotid [TE] = 2,48 ms, skivetykkelse = 6 mm, pikselbåndbredde = 450 Hz, vinkelpå = 12°); 2) første-pass perfusjon i ro og på topp adenosin vasodilator stress ved hjelp av en bortskjemt gradient ekko sekvens (FOV = 320 x 320 mm, matrise størrelse = 130 x 130, TR = 2,5 ms, TE = 1,1 ms, skive tykkelse = 10 mm, piksel båndbredde = 650 Hz, flip vinkel = 12°; og 3) sen gadolinium ekstrautstyr imaging ved hjelp av en ECG-gated, segmentert, bortskjemt gradient-ekko fase-sensitive-inversjon-utvinning sekvens (FOV = 225 x 340 mm, matrise størrelse = 131 x 175 mm, TR = 5,2 ms, TE = 1,96 ms, tykkelse skive = 8 mm, inversjonstid (TI) = optimalisert til nullkar myo, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, pium, ixel båndbredde = 465 Hz, flip vinkel = 20°). Et illustrerende førstepassperfusjonsbilde vises i figur 6. - Etter ferdigstillelse av MR-protokollen, euthanize svinet ved en infusjon av natrium pentobarbital (100 mg/kg).
- Utfør en lateral thoracotomy, avgifthjertet, og disseker eks vivo hjertet for å avsløre koronar fartøy. Legg merke til plasseringen av implantatet i forhold til enten de diagonale grenene (LAD-territorium) eller stumpe marginale grener (LCX-territorium), og hent implantatene.
- Bruk av sløv og buet Metzenbaum saks, åpne koronarfartøyet og inspiser fartøyet for grov skade (se figur 7). Fotografer hjertevevet for grov patologi og flekk med triphenyltetrazoliumklorid for å utelukke hjerteinfarkt (se figur 8).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Etter første optimalisering av prosedyren ble intervensjonskomponenten fullført innen 30 min. Implantatene ble levert i alle 11 forsøkspersoner (100 %). Implantatet ble hentet ved obduksjonen i alle 11 forsøkspersoner (100 %). Ved hjelp av diagonale grener (langs LAD) eller stumpe marginale grener (langs LCX) som posisjonsmarkører, fant vi implantatets posisjon ved fluoroskopisk styrt distribusjon og ved obduksjon for å være konsekvent i 10 av de 11 (91%) forsøkspersoner der implantatet kunne hentes. I ett emne var det liten distal migrering av implantatet, som kan være relatert til vasodilatasjon indusert av intrakoronar nitroglyserininjeksjon for koronarspasme. Av de 11 fagene som ble studert, overlevde 9 for hele kateteriseringen og fullførte MR-protokollen, noe som ga oss en 82% prosessuell suksessrate. To forsøkspersoner døde etter at implantatene ble utplassert. Det første motivet utviklet ventrikulær flimmer i MR-suiten godt etter utplassering av implantatet. Den andre døde i MR-skanneren i innstillingen av hypotensjon midtveis gjennom eksperimentet. På tidspunktet for disseksjon, vi ikke se trombe i implantater eller andre tegn på strukturell skade på fartøyene. Den høye overlevelsesraten (2 dødsfall, 9 av 11 overlevde) understreker viktigheten av et effektivt antiarytmisk profylakseregime. Et illustrerende eksempel på stress hjerteperfusjon MR er gitt i figur 6. Detaljert implantatdesign og fullstendige resultater av MR-valideringen vil bli rapportert separat.
Figur 1: Kateterdesign og montert apparat med montert koronarimplantat. (A) Diagram over komponentene i mor-og-barn-kateteret6. (B) Montert apparat som viser koronarballongen oppblåst med 3D-trykt implantat montert og festet på det ledende hodet av kateteret, som stikker gjennom føringskateteret. (C) Et forstørret bilde av 3D-trykte implantatet er vist montert på angioplastikkballongen. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Koronar angiogram i anteroposterior projeksjon viser selektiv kontrast-forbedring av venstre viktigste koronararterie system. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Koronar angiogram i anteroposterior projeksjon viser 0.014 "300 cm koronar wire i venstre fremre synkende arterie. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Koronar angiogram i anteroposterior projeksjon. Bildet til venstre viser det sammensatte mor-og-barn-kateteret med den oppblåste koronarballongen og implantatet i midten til det distale segmentet av venstre fremre synkende arterie. En høyere forstørrelse av det monterte apparatet i koronarfartøyet er vist i høyre panel. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Anteroposterior angiogram. Bildet til venstre viser en fokal stenose i den distale venstre fremre synkende arterien etter utplassering av implantatet. En høyere forstørrelse av diskret koronar innsnevring indusert av implantatet er vist i høyre panel. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 6: Stress hjerte perfusjon magnetisk resonans bilder av en koronar implantat utplassert i proksimale til midten venstre anterior synkende arterie. Bildene i ro (øvre panel) og topp adenosin vasodilator stress (nedre panel) viser inducible perfusjondefekter i segmentene subtended av venstre fremre synkende arterie. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 7: Obduksjonsbilder. (A) Implantatet på den distale venstre anterior, synkende arterie. (B) Fraværet av grov skade på koronarfartøyet. (C) Implantat uten trombe. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 8: Histopatologi av svinemyokardvev. (A) Grov patologi og (B) triphenyltetrazoliumkloridflekker i ett emne viste ingen tegn på hjerteinfarkt. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I dette arbeidet fokuserte vi på en ny perkutan distribusjonsstrategi for koronarstenose-induserende implantater og viste at et mor-og-barn-kateter kan brukes på nytt for effektiv perkutan levering av 3D-trykte koronarimplantater. Diskretkunstigkoronarstenoser av variabel alvorlighetsgrad kan opprettes raskt i svinemodeller med høy suksessrate og på en minimal invasiv måte ved hjelp av standard menneskelige perkutan koronar intervensjonsteknikker og utstyr. Disse implantatene ble vist å være trygge i den akutte innstillingen og var også effektive for å skape alvorlige angiografiske stenoser, som korrelerte med stressinduserte perfusjonsdefekter under vasodilatorstress hjerte MR. Sammenlignet med åpen bryst teknikker, perkutan levering av stenose-induserende implantater er mindre invasiv og mer human.
Det finnes flere andre minimalt invasive teknikker som for tiden er tilgjengelige for å skape strømningsreduksjon i store dyremodeller. 3D-trykte koronarimplantater skiller seg fundamentalt fra ballongokklusjon og coil okklusjon ved at stenoses indusert av 3D-trykte implantater ikke helt okklusiere fartøyet. Dette er en stor forskjell som gjør det mulig å modellere stressindusert iskemi i stedet for infarkt7,8. Rissanen et al.9 beskrive en perkutan teknikk som skaper flyt begrensende, ikke-obstruktiv stenoses i svinemodeller ved hjelp av en koronar stent innpakket i en polytetrafluoretylen rør. Slangen kan formes ved å bruke nåler og varme for å skape luminal innsnevring av ulike grader. Det er klart at implantatene vi brukte varierer i design og grundig beskrivelse med full validering er utenfor omfanget av dagens arbeid, som er å beskrive den nye metodikken som brukes til levering av 3D-trykte koronarimplantater. Ved hjelp av mor-og-barn kateter tillatt for presis distribusjon av implantater dypt i koronararteriene. Det er vanskelig å sammenligne prosessuell suksess mellom våre studier som andre etterforskere utforsket en kronisk modell og holdt svinet i live i en lengre periode9. Bamberg et al. beskrev en metode ved hjelp av ballongkatetre oppblåst innen 3 mm stenter for å lage stenoses på 50% og 75% i venstre rødandr synkende arterie. Denne sistnevnte metoden skiller seg fra vår undersøkelse ved at stenoses opprettet krevde katetre å bli igjen inne i dyrene. Det er ingen måte å lage en kunstig lesjon og fjerne alt utstyr. Selv om den er levedyktig, tillater ikke Bamberg-metoden for undersøkelse av iskemi utover den akutte innstillingen, og gjenværende ledninger vil føre til bildeartefakter10.
Rollen som mor-og-barn katetre i koronar intervensjoner har blitt godt etablert, men deres bruk for å levere implantater i vaskulære senger har ikke tidligere blitt beskrevet5,6. De to mest utfordrende aspektene ved perkutan implantatlevering inkluderer selektiv distribusjon til et presist koronarsegment og forebygging av retrogradmigrasjon. Forsøk på å distribuere enheten over angioplastikk ballonger var ikke effektiv fordi implantatet kunne trekkes proximally i fartøyet etter ballong deflasjon. Av flere grunner viste mor-og-barn-kateteret seg å være et verdifullt verktøy for å fikse implantatene på plass under ballonguttak. Mor-og-barn katetre passer lett i koronar guide katetre og deres størrelse var ideell for vår intervensjon. De var litt større enn den deflaterte koronarballongen, slik at vi kunne skjære implantatet av og for å forhindre retrograd migrasjon av implantatet som ballongen ble trukket tilbake. Støtten fra mor-og-barn-kateteret gjorde at implantatene ble dypt sittende i koronararterien med sterk apposisjon til karlumen. I tillegg bidro radiopaque markøren på spissen av mor-og-barn-kateteret med å plassere kateteret bare proksimale til implantatet, som identifisert av markøren på leveringsballongen. Selv om teknikken var mest effektiv, i ett emne var det liten distal migrasjon etter implantatlevering. Dette kan ha vært på grunn av injeksjon av intrakoronar nitroglyserin for koronar vasospasme og resulterende vasodilatasjon som fører til distal migrasjon av implantatet. GuideLiner-kateteret ble valgt på grunn av kjennskap til bruk, men det finnes en rekke andre lignende enheter som potensielt kan brukes på stedet. Guidezilla Guide Extension Catheter (Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA) er også tilgjengelig i en 6F-størrelse og har en lignende struktur som GuideLiner. Det er også en Guidion rapid exchange guide forlengelse kateter (Interventional Medical Device Solutions, Roden, Nederland) som kommer i størrelser 5-8F og kan også potensielt brukes i stedet for GuideLiner kateteret.
Vår distribusjonsteknikk kan utføres effektivt og humant i svin med lav prosessuell feilfrekvens. I vår foreløpige studie var prosessuelle feilrate raten 18%. Det var en læringskurve knyttet til teknikken da vi strømlinjeformet våre intervensjoner. Men til tross for læringskurven overlevde alle dyreforsøk den første implantatdistribusjonsintervensjonen. Lesjonene som ble opprettet var fokale og innsnevringen varierte i alvorlighetsgrad, men de var ikke okklusiske. Disse stenosene var angiografisk signifikante og produserte inducible perfusjonsdefekter under stressperfusjon MR. Figur 6 er et eksempel på en fokal perfusjonsfeil sett på MR etter vellykket implantatdistribusjon til LAD. Vi hadde som mål å skape iskemi i stedet for infarkt. Figur 8 viser et eksempel på histopatologisk analyse av myokardvevet, som ikke viser tegn på infarkt. Metoden er avhengig av menneskelig koronar angioplastikk utstyr, og likheten i svinekoronar størrelse til mennesker. Den ytre diameteren på 3D-trykte implantatet var basert på den indre diameteren til det styrende kateteret og den indre diameteren til mor-og-barn-kateteret. Stenosens minimale luminale diameter var basert på størrelsen på den deflaterte koronarballongen. Den endelige strømningsbegrensende alvorlighetsgraden av den diskrete stenoseeren er basert på implantatets indre diameter og lengden på implantatet. Selv om hvile angiografisk flyt ble bevart, maksimal koronar blodstrøm ble redusert, som det fremgår av MR perfusjon skanner. Fremtidig arbeid vil fokusere på å erstatte ballongleveringstråden med trykkledning og måling av brøkstrømsreserve eller øyeblikkelig strømningsreserve. Tilsvarende kan nedstrøms mikrovaskulær skade produseres av lokale injeksjoner av mikrosfærer enten gjennom leveringsballongen eller selve mor-og-barn-kateteret.
Vår lave prosessuelle feilrate i en lukket brystsvinemodell viser løfte om fremtidig implementering. Fordi fullstendig total okklusjon ikke ble utført, ble hjerteinfarkt unngått, og kan ha bidratt til den lavere frekvensen av ondartede arytmier. I vår studie utviklet bare 1 ventrikulær flimmer. Etter en innledende periode med optimalisering, kutter vi ned prosedyretiden til omtrent 30 min per sak.
Oppsummert viser våre resultater en ny teknikk for utplassering av 3D-trykte koronarimplantater og viser gjennomførbarheten av å skape en lukket-brystet svinemodell av diskret fokal koronar stenose. Denne minimalt invasive teknikken kan brukes til testing og utvikling av nye diagnostiske bildeteknikker ved iskemisk hjertesykdom. Vi brukte stress hjerte perfusjon MR, men andre modaliteter kan omfatte kjernefysisk avbildning, ultralyd, og computertomografi. Selv om denne modellen umiddelbart gjelder for iskemisk hjertesykdom, med mindre modifikasjoner, kan teknikken brukes for andre okklusiske vaskulære sykdomstilstander.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Vi takker ansatte ved UCLA Translational Research Imaging Center og Department of Laboratory Animal Medicine ved University of California, Los Angeles, CA, USA for deres hjelp. Dette arbeidet støttes delvis av Institutt for radiologi og medisin ved David Geffen School of Medicine ved UCLA, American Heart Association (18TPA34170049), og av Clinical Science Research, Development Council of the Veterans Health Administration ( VA-MERIT I01CX001901).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D-Printed coronary implants | Study Site Manufactured | ||
| Amiodarone IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Amplatz Left-2 (AL-2) guide catheter (8F) | Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA | ||
| Balance Middleweight coronary wire (0.014” 300cm) | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| COPILOT Bleedback Control valve | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Esmolol IV solution (1 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Formlabs Form 2 3D-printer with a minimum XY feature size of 150 µm | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Formlabs Grey Resin (implant material) | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Gadobutrol 0.1 mmol/kg | Gadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ | ||
| GuideLiner catheter (6F) | Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, USA | ||
| Heparin IV solution | Surface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, USA | ||
| Ketamine IM solution (10 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Lidocaine IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Male Yorkshire swine (30-45 kg) | SNS Farms | ||
| Midazolam IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| NC Trek over-the-wire coronary balloon | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Oxygen-isoflurane 1-2% inhaled mixture | Study Site Pharmacy | ||
| Rocuronium IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Sodium Pentobarbital IV solution (100mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Triphenyltetrazolium chloride stain | Institution Pathology Lab |
References
- The US Burden of Disease Collaborators. The State of US Health, 1990-2016: Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Among US States. The Journal of the American Medical Association. 319 (14), 1444-1472 (2018).
- Liao, J., Huang, W., Lium, G. Animal models of coronary heart disease. The Journal of Biomedical Research. 31 (1), 3-10 (2017).
- Lee, K. T., et al. Production of advanced coronary atherosclerosis, myocardial infarction and "sudden death" in swine. Experimental and Molecular Pathology. 15 (2), 170-190 (1971).
- Colbert, C. M., et al. A Swine Model of Selective Coronary Stenosis using Transcatheter Delivery of a 3D Printed Implant: A Feasibility MR Imaging Study. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Sessions. , Montreal, Canada. (2019).
- Kovacic, J., et al. GuideLiner Mother-and-Child Guide Catheter Extension: A Simple Adjunctive Tool in PCI for Balloon Uncrossable Chronic Total Occlusions. Journal of Interventional Cardiology. 26 (4), 343-350 (2013).
- Fabris, E., et al. Guide Extension, Unmissable Tool in the Armamentarium of Modern Interventional Cardiology. A Comprehensive Review. International Journal of Cardiology. 222, 141-147 (2016).
- Gálvez-Montón, C., et al. Comparison of two preclinical myocardial infarct models: coronary coil deployment versus surgical ligation. Journal of Translational Medicine. 12 (1), 137 (2014).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), 51269 (2014).
- Rissanen, T. T., et al. The bottleneck stent model for chronic myocardial ischemia and heart failure in pigs. American Journal of Physiology. 305 (9), 1297-1308 (2013).
- Bamberg, F., et al. Accuracy of dynamic computed tomography adenosine stress myocardial perfusion imaging in estimating myocardial blood flow at various degrees of coronary artery stenosis using a porcine animal model. Investigative Radiology. 47 (1), 71-77 (2012).
- Schwitter, J., et al. MR-IMPACT: comparison of perfusion-cardiac magnetic resonance with single-photon emission computed tomography for the detection of coronary artery disease in a multicentre, multivendor, randomized trial. European Heart Journal. 29, 480-489 (2008).
- Mahrholdt, H., Klem, I., Sechtem, U. Cardiovascular MRI for detection of myocardial viability and ischaemia. Heart. 93 (1), 122-129 (2007).
- Herr, M. D., McInerney, J. J., Copenhaver, G. L., Morris, D. L. Coronary artery embolization in closed-chest canines using flexible radiopaque plugs. Journal of Applied Physiology. 64, 2236-2239 (1988).
- Rochitte, C. E., Kim, R. J., Hillenbrand, H. B., Chen, E. L., Lima, J. A. Microvascular integrity and the time course of myocardial sodium accumulation after acute infarction. Circulation Research. 87, 648-655 (2000).
- Krombach, G. A., Kinzel, S., Mahnken, A. H., Günther, R. W., Buecker, A. Minimally invasive close-chest method for creating reperfused or occlusive myocardial infarction in swine. Investigative Radiology. 40 (1), 14-18 (2005).
- Suzuki, Y., Yeung, A. C., Ikeno, F. The representative porcine model for human cardiovascular disease. Journal of Biomedical Biotechnology. 2011, 195483 (2010).
- Eldar, M., et al. A closed chest pig model of sustained ventricular tachycardia. Pacing Clinical Electrophysiology. 17, 1603-1609 (1994).
- Reffelmann, T., et al. A novel minimal-invasive model of chronic myocardial infarction in swine. Coronary Artery Disease. 15 (1), 7-12 (2004).
- Haines, D. E., Verow, A. F., Sinusas, A. J., Whayne, J. G., DiMarco, J. P. Intracoronary ethanol ablation in swine: characterization of myocardial injury in target and remote vascular beds. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 5, 422-431 (1994).
- Kraitchman, D., Bluemke, D., Chin, B., Heldman, A. W., Heldman, A. W. A minimally invasive method for creating coronary stenosis in a swine model for MRI and SPECT imaging. Investigative Radiology. 35 (7), 445-451 (2000).
