Summary
この研究は、成体羊モデルにおいて自己拡張可能なニチノールステントを使用することにより、天然の肺弁位置に移植するための自家肺弁を開発することの実現可能性および安全性を実証する。これは、右室流出路機能障害を有する患者に対する経カテーテル肺弁置換術の開発に向けた一歩である。
Abstract
経カテーテル肺弁置換術は、右心室流出路または人工弁機能障害に罹患している患者のための実行可能な代替アプローチとして確立されており、優れた早期および後期の臨床転帰を有する。しかし、ステント付き心臓弁の悪化、冠状動脈閉塞、心内膜炎、およびその他の合併症などの臨床的課題は、特に小児患者において、生涯にわたる適用のために対処されなければならない。患者のための生涯にわたる解決策の開発を容易にするために、経カテーテル自家肺弁置換術を成体ヒツジモデルで実施した。自家心膜を、換気を伴う全身麻酔下で左前側ミニ胸郭切除 術を経て 羊から採取した。心膜を3D整形心臓弁モデル上に置き、無毒な架橋を2日間および21時間行った。心内心エコー検査(ICE)および血管造影は、天然肺弁(NPV)の位置、形態、機能、および寸法を評価するために実施された。トリミング後、架橋心膜を自己拡張可能なニチノールステントに縫い付け、自己設計の送達システムに圧着した。自家肺弁(APV)を左頸静脈カテーテル法 を介して NPV位置に移植した。ICEおよび血管造影を繰り返して、APVの位置、形態、機能、および寸法を評価した。APVが羊Jに首尾よく移植された。本論文では、代表的な結果を得るために羊Jを選抜した。ニチノールステントを備えた30mmのAPVを、血行力学的に有意な変化なしにNPV位置に正確に移植した。副弁漏れ、新たな肺弁不全、またはステント状の肺弁移動はなかった。この研究は、成体羊モデルにおいて、頸静脈カテーテル法 を介した 自己拡張性ニチノールステントを用いてNPV位置に移植するためのAPVを開発することの実現可能性および安全性を、長期にわたる追跡調査において実証した。
Introduction
Bonhoeffer et al.1は、合併症を最小限に抑え、代替治療アプローチを提供するための著しい進歩を伴う急速な革新として、2000年に経カテーテル肺弁置換術(TPVR)の始まりをマークした。それ以来、右心室流出路(RVOT)または人工生体弁機能障害を治療するためのTPVRの使用は急速に増加している2,3。今日まで、現在市場で入手可能なTPVRデバイスは、RVOT機能障害を有する患者に満足のいく長期的および短期的な結果を提供してきた4,5,6。さらに、脱細胞化心臓弁および幹細胞駆動心臓弁を含む様々なタイプのTPVR弁が開発および評価されており、それらの実現可能性は前臨床大型動物モデル7,8において実証されている。自家心膜を用いた大動脈弁再建術は、デュラン博士によって最初に報告され、大動脈環状の寸法に従って心膜の形成を導くためのテンプレートとして異なるサイズの3つの連続した膨らみが使用され、60ヶ月の追跡調査で生存率は84.53%であった9。尾崎処置は、弁置換処置ではなく弁修復処置とみなされ、大動脈弁小葉をグルタルアルデヒド処理された自家心膜で置き換えることを含む。しかし、デュラン博士の処置と比較すると、固定心膜10を切断するためのテンプレートを用いて罹患弁を測定することにおいて有意に改善され、成人症例だけでなく小児症例11からも満足のいく結果が得られた。現在、ロス手順のみが、長期の抗凝固、成長可能性、および心内膜炎のリスクが低いという点で明らかな利点を有する罹患した大動脈弁を有する患者のための生きている弁代替物を提供することができる12。しかし、このような複雑な外科的処置の後、肺自家移植片および右心室から肺動脈への導管には再介入が必要な場合がある。
臨床使用に利用可能な現在の生体補綴弁は、異種異系ブタまたはウシ組織に対する移植片対宿主反応のために経時的に必然的に劣化する13。弁関連の石灰化、劣化、および不全は、特に弁の成長の欠如のために生涯に複数の肺弁置換術を受ける必要がある若い患者において、数年後に繰り返し介入を必要とする可能性があり、これは現在の生体補綴材料に固有の特性である14。さらに、現在利用可能な本質的に再生不可能なTPVRバルブには、血栓塞栓性および出血性合併症などの大きな制限があり、また、リーフレットの後退および普遍的な弁膜機能障害につながる可能性のある有害な組織リモデリングによる耐久性の制限がある15,16。
自己修復、再生、および成長能力の特性を有するTPVR用の自己拡張型ニチノールステントに取り付けられたネイティブ様の自家肺弁(APV)を開発することは、生理学的性能および長期機能を保証するという仮説である。そして、非毒性架橋剤処理された自家心膜は、収穫および製造手順から目覚めることができる。この目的のために、この前臨床試験は、理想的な介入弁代替物およびRVOT機能障害の経カテーテル療法を改善するための低リスクの手続き的方法論を開発することを目的として、成体羊モデルにステント付き自家肺弁を移植するために実施された。この論文では、自家心臓弁の皮質切除術および経頸静脈移植を含む包括的なTPVR手順を説明するために、羊Jが選択された。
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Protocol
この前臨床試験は、ベルリン保健社会問題局(LAGeSo)の法律および倫理委員会によって承認されました。すべての動物(Ovis aries)は、ヨーロッパおよびドイツの実験動物科学会(FELASA、GV-SOLAS)のガイドラインに準拠して人道的なケアを受けました。この手順は、3歳、47kgの雌羊Jにおいて自家肺弁置換術を行うことによって例示される。
1. 術前管理
- すべての実験用羊を、到着日から乳頭切除日までの1週間、わらの入った同じ部屋に収容し、社会的交際を維持します(図1A)。
- 心身切除術と移植の前に12時間、羊から食物を奪うが、水は奪わない。
- 挿管の20分前に、ミダゾラム(0.4mg / kg)、ブトルファノール(0.4mg / kg)、およびグリコピロレート(0.011mg / kgまたは200mcg)の筋肉内注射で羊を事前に投薬する。
2.全身麻酔の誘発
- 18G安全静脈内(IV)カテーテル、注射口、およびTポートを頭蓋静脈に無菌的に配置する(図1B)。
- プロポフォール(20mg/mL、1-2.5mg/kg)とフェンタニル(0.01mg/kg)を静脈内注射して麻酔を誘導する。
- 適切なレベルの鎮静の適応症には、顎の弛緩、嚥下喪失、および乳頭反射が含まれる。鎮静後、適切なサイズの気管内チューブで羊を挿管する(図1C)。羊を剃り、手術室(OR)に移します。
3. 心膜切除術・移植のための術中麻酔管理
- 圧力サイクル式機械式換気装置を使用して、ORに100%酸素を含む断続的な陽圧換気(IPPV)を開始します。
- 羊を麻酔装置プラットフォームに接続し、圧力モード(一回換気量(TV)= 8〜12mL/kg、呼吸周波数(RF)= 12〜14呼吸/分)下で麻酔を通して羊を換気する。テレビとRFを調整して、潮汐終末二酸化炭素(EtCO2)を35〜45mmHgとCO2(PaCO2)の動脈分圧を50mmHg以下に保ちます。
- フェンタニル(5-15mcg/kg/h)およびミダゾラム(0.2-0.5mg/kg/h)の連続速度注入(CRI)と組み合わせて、1L/分の流量(酸素のインスピレーション画分(FiO2)= 75%)で酸素中のイソフルラン(効果、推奨維持濃度1.5%-2.5%)と組み合わせた麻酔を維持する。
- 侵襲性血圧(IBP)の測定のために耳介動脈に18G安全IVカテーテルを置く。
- 羊を血行力学的モニタリング用の多機能麻酔プラットフォームに接続し、耳介動脈の侵襲性血圧(IBP)(心臓のレベルでゼロ)、直腸プローブによる体温、鉛IV心電図、プレチスモグラフィー酸素飽和度(SpO 2)、TV、RF、EtCO2、心拍数(HR)、およびFiO2の直接測定を表示します。
- 胃管を配置して、体周囲切除術の準備のために細網膜から余分なガスおよび流体を排出する。移植の基準としてマーカーガイドワイヤーを胃管に装備します。
- 尿袋に接続された膀胱の内側に尿道を介してフォーリー尿道カテーテルを置きます。最低5mLの生理食塩水(0.9%NaCl)でフォーリーバルーンを撃退する。
- 移植の30分前に活性化凝固試験(ACT:240-300秒)を行い、移植前および移植後に十分なヘパリン化拮抗作用を確認した。動脈血ガス分析(ABG)を実行して、心膜切除術および移植の30分前および2つの処置の間1時間ごとに内部環境を分析する。
- 以下の抗生物質、すなわちスルバクタム/アンピシリン(20mg / kg)を、心膜切除術および移植前に静脈内点滴 を介して 30分間投与する。クリスタロイド(5mL/kg/h、等張平衡電解質溶液)およびヒドロキシエチルデンプン(HES、30mL/h)を、体周囲切除術および移植を通して連続注入することを確実にする。
4.心膜切除術
- 心身切除術の準備
- 手術台の上に羊を置き、左側を30°の高さで右側の横方向の横臥位に置き、ハーネスとストラップで四肢を固定します。
- ミニ胸郭切除術を行う前に、手術部位(心身切除術:左鎖骨に優れて、胸骨に前方に、横隔膜のレベルに劣り、左鎖骨中鎖骨線に後部)をクロルヘキシジン - アルコールで滅菌する。残りの部分を滅菌ドレープで覆います(図2A)。
- 全身麻酔下で#10手術用ブレードを使用して、第4肋間胸骨間位置で5cmの皮膚切開を行う。
- 左側小胸切除術(m-LLT) を介して 大胸筋 - 小胸部 - 前鋼部 - 肋間筋を、理想的な曝露のために第3および第4肋間腔内で長さ5cmの切開に連続して別々に解剖する(図2B)。
- 左胸部内動脈および静脈の損傷を防ぐために、胸骨から少なくとも2cmオフセットした切開部を作る。胸郭を開く前に肺の怪我を防ぐために、人工呼吸器を10秒間止めてください。
- いくつかの滅菌ガーゼを使用して左肺を圧縮し、リブスプレッダーを配置した後の手術野の露出を改善します(図2C)。手術野の心膜と胸腺を視覚化する(図2D)。
- 心膜と横隔膜の付着点で心膜切除術を開始し、2つの横隔膜神経の間の心膜組織を、無名静脈まで、横隔膜まで採取する。
- ステップ4.1.5で述べたように左肺を圧迫して、横隔膜 - 心膜 - 縦隔胸膜の付着を露出させる。横隔膜 - 心膜 - 縦隔胸膜の取り付け時に左縦隔胸膜を切り開き、外科用はさみを使用して長さ1cmの切開を行う。切開部を、左横隔神経から1cmずれた線に沿って、無名静脈に上方に伸ばします(図2E)。
- 指を使って頂点を左に上げて、心膜の右側の部分について手順を繰り返します。胸骨から胸腺および心膜脂肪を解剖する。
- 大動脈の前にある心膜の2つの切開を満たす。大動脈の前の2つの心膜切開部から心膜と胸腺の交点をしっかりと固定し、4-0の再吸収不可能な縫合糸を使用して6つの外科的結び目を手動で結ぶことによって、交差クランプする。
- 心膜を採取するときは、横隔神経と根底にある血管構造の損傷を避けてください。心腺を含む脂肪組織を心膜切除術中に心膜の表面から解剖する。止血には焼灼ツール(エレクトロトーム、ボビー)を使用してください。
- 採取した心膜をセンチメートルスケールで滅菌プレートの上に置き、余分な脂肪組織を除去し、0.9%NaClで2回洗浄します(図2F)。止血のためのすべての外科的領域を再確認してください。
- 開いた右縦隔胸膜を残りの右心膜縁に3-0ポリジオキサノンで2回縫合する。呼吸バッグを使用して手動で右肺を最大音量に膨らませ、右胸郭を閉じる前に10秒間保持します。開いた左縦隔胸膜を残りの左心膜縁に3-0ポリジオキサノンで2回ランニング方式で縫合する。
- 下記のように左胸部切開部を4層に閉じます。
- 肋間筋および前鋸部を単純な中断または十字状の様式で2-0ポリジオキサノンで縫合し、大胸筋 - 小胸筋を3-0ポリジオキサノンでランニング様式で、下皮を3-0ポリジオキサノンで十字状に、皮膚を3-0ナイロンで単純に中断した方法で縫合する。すべての縫合糸を1cm間隔で置きます。
- 呼吸バルーンを使用して手動で左肺を最大音量に膨らませ、肋間筋を閉じる前に10秒間保持します。
- 切開部を滅菌ガーゼで覆い、新しい心臓弁移植のためのヘパリン化後の出血を防ぐために、手動で5分間圧縮する。その後、手術部位を包帯する。
- 鎮静の深さを減らすために皮膚縫合を行うときに静脈内麻酔薬とイソフルランを停止します。
- 自発呼吸が戻った後、胃管と尿道カテーテルを取り外します。その後、パルス酸素濃度計で羊を担架の回収室に移します。
- 嚥下反射、乳頭反射、および正常な自発呼吸が回復したら、気管内チューブを取り外す。移植前に0.5mg / kgメロキシカムを1日1回皮下に投与する。
- 麻酔が完全に逆転すると(すなわち、羊が独立して立つことができるとき)、羊は食物と水へのアクセスを与えられることができる。
5. 3次元自家心臓弁の作製
- 脂肪組織を除去して心膜をトリミングし(図3A、B、C)、3D成形心臓弁型の上に置きます。(特許出願中であるため、このステップでは数値を提供することはできません。
- 心膜と3D成形心臓弁モデルを、非毒性架橋剤(30mL)を含むインキュベーターに2日間および21時間入れます(図3D;特許出願中であるため、非毒性架橋剤の図および詳細情報はこのステップでは提供できません)。
6. APVの準備
- 架橋された心臓弁を0.9%NaClで2回洗浄し、2日後および21時間後に不連続な方法でニチノールステント(直径30mm、高さ29.4mm、菱形細胞48個)に縫合する。5-0ポリプロピレンを使用して、心臓弁とステントの間の取り付け点を合わせるために6〜8ノットを使用して心臓弁を所定の位置に縫合します。(特許出願のため、このステップでは数値を提供することはできません。
- 自家肺弁の3つの自由縁を15番の手術用ブレードで切断して開きます(図4A、B)。ステント付き肺弁を外科用ピンセットで保持し、APVを0.9%NaClに持ち上げて放置し、開閉をテストし、オリフィスのより大きな開口部を達成するために3つのコミスシュアをさらに切断する必要があるかどうかを評価します。
- 0.8%アンホテリシンB(0.4mL)および4.0%ペニシリン/ストレプトマイシン(2mL)を含む47.6mLのPBS中で滅菌するために、インキュベーター内でAPVを30分間インキュベートします。市販のクリンパーを使用して、ステントを張った心臓弁をデリバリーシステム(DS)のヘッドに圧着し(図4C-D)、デリバリーシステムにフィットさせます(図4E)。
7. 左頸静脈 を介した 経カテーテル自家肺弁移植
- ステップ1〜3に示すように、APV移植のために羊を麻酔する。
- 血管アクセス:移植を行う前に、ポビドンヨード消毒剤を使用して、羊を剃り、下顎骨の下境界に優れて、前中央線に前方に、左鎖骨の上縁に劣り、後中央線に後部中央線を含む手術野を滅菌する。残りの剃毛されていない部分と滅菌されていない部分を滅菌ドレープで覆います。
- 左頸静脈を首にマークし、セルディンガー技術を使用してガイドワイヤーを左頸静脈に配置します。10番のブレードで穿刺点を拡大し、ICEプローブおよびデリバリーシステム用の左頸静脈に11Fシースを置きます(図5A、B)。4-0非吸収性縫合糸でシースイントロデューサーの周りに財布紐縫合糸を置きます。
- 心臓内心エコー検査(ICE)17
- 10Fr超音波カテーテルを用いて移植の前および直後にICEを行う(図5C)。NPV、APV、三尖弁の寸法と機能を含むパラメータを、短軸と長軸の2D、色、パルス波、連続ドップラーで評価します。
- 大静脈収縮における弁膜逆流の程度をICEを介した半定量的評価18により評価する(図6)。
- 血管造影19:ポータブルCアームおよび機能スクリーンを用いて血管造影を行い、RVOT、NPV、肺球根、および腓上肺動脈の直径を測定することによって移植をガイドし、ならびに移植後のAPVを評価した(図7A−D)。
- 血行動態20:5.2 F 145°ピグテールカテーテルを使用して、移植前後の右心室および肺動脈の圧力を測定し、記録する。耳介動脈 を介して 全身動脈圧を測定します.
- 移植
- TPVR管の確立:透視検査の指導の下、0.035インチの角度付きガイドワイヤーを右肺動脈に配置します。次に、5.2Frのピグテールカテーテルを左頸静脈に入れ、透視下で以前に配置したガイドワイヤーのガイダンスで右肺動脈に進めます。
- 左頸静脈から斜めのガイドワイヤーを取り出します。5 Fr Berman血管造影バルーンカテーテルを左頸静脈に入れ、ガイドワイヤーのガイダンスを使用して右肺動脈に進めます。
- 透視測定により、0.035インチの超硬質ガイドワイヤを、三尖弁の中心点から肺弁の中心点までの距離に等しい直径を有する長さ約8〜10cmの円形に予め成形し、バルーンカテーテルの誘導下で右肺動脈に前進させる(図8A)。ワイヤーが三尖弁弦に干渉しないことを確認します。
- 11番の刃で皮膚を拡張し、市販の拡張器を使用して左頸静脈を16Frから22Frに順次拡張します(図8B)。拡張後に3-0ポリジオキサノン財布 - ストリング縫合糸で切開部を閉じる(図8C)。血管造影を行い、19に記載されるようにDSのステント担持部分の所望の位置を確保する。
- 肺血管造影中の収縮終期および拡張末期の心臓相における肺弁の膠管接合部を着陸ゾーンの遠位境界としてマークし、肺弁の基底面を着陸ゾーンの近位境界としてマークする。
- ステント付き自家弁を再度開いて点検し、圧着による損傷がないかどうかを確認します。APVを圧着し直し、DSのヘッドに収めます(図8D)。装填されたDSを、予め成形されたガイドワイヤーを介して右心室流入路(RVIT)およびRVOTを通ってNPV位置まで前進させる(図8E、F、および図9A)。
- DSのカバーチューブを引っ込め、透視的ガイダンスの下で拡張期の終わりに着陸ゾーンのNPVの上にAPVをゆっくりと直接展開します(図9A-C)。負荷DSが心筋損傷および心室細動を防ぐためにRVITとRVOTの間の接合部を横切っているときは注意してください。APVの最適な位置は、ステントの中央部分がNPV上に置かれるときです。
- 展開後、DSの先端をカバーチューブに慎重に引き込み、羊からDSを取り出します(図9D)。移植されたAPVの寸法および機能の事後検査のために、ICE(図6D−F)、血管造影(図7C−D)、および血行力学的測定を繰り返す。首の左側の切開部をあらかじめ配置された財布 - 紐縫合糸で閉じ、手動で圧縮する。
8.着床周囲薬
- 移植前に、240〜300秒の活性化凝固時間(ACT)を維持するために、5000IUの用量でヘパリンを含む羊を投与する。手順全体を通して ACT テストを使用します。処置の開始後30分ごとにACT試験を繰り返し、移植前および移植後の十分なヘパリン化の両方を確認した。
- APV移植前に、心臓不整脈を予防するために、10%マグネシウムを0.02mol/Lの用量で、アミオダロンを3〜5mg / kgの用量で投与する。
- スルバクタム/アンピシリン(20mg / kg)を静脈内投与し、心膜切除術および移植処置の開始時に感染および心内膜炎を予防する。
9. 術後管理
- 心拍数とリズム、呼吸深度、呼吸リズム、呼吸音(術後肺炎のチェック用)、痛みの兆候、およびその他の異常の観点から羊の全身状態を確認し、5日間毎日術後フォローアップを行います。術後の腫れ、炎症、発赤、出血、分泌について創傷を確認してください。
- ダルテパリン5000IUまたは別の低分子ヘパリンを1日1回皮下投与して5日間抗凝固を継続する。術後鎮痛のために皮下注射により1mg / kgメロキシカムを5日間投与する。
- 血液学、肝機能、腎機能、血清化学などの臨床検査を行い、羊の体調を評価します。
10. フォローアップ
- ICE、心臓磁気共鳴画像法(cMRI)、血管造影を行い、移植後3〜6ヶ月ごとに血行動態を最大21ヶ月間記録します。上記のようにICEおよび血管造影を行う。
- 標準的な心電図ゲート型シネ-MRI法21を用いて、3.0 T MRIスキャナで逆流率(RF)を評価するためにcMRIを実行する。最終的な心臓コンピュータ断層撮影(CT)を実行して、以前の研究22に例示されているように、心周期全体を通じてステント位置および右心臓の変形を評価する。
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Representative Results
ヒツジJでは、APV(直径30mm)がRVOTの「ランディングゾーン」に首尾よく埋め込まれました。
ヒツジJでは、血行動態は、換気を伴う全身麻酔下での左前側ミニ胸切除術、ならびにフォローアップMRIおよびICEにおいて安定していた(表1、 表2、および 表3)。9cm×9cmの自家心膜を採取し、余分な組織を除去することによってトリミングした(図3A−C)。自家心膜を3D成形型上に置き、無毒架橋剤を含むインキュベーター中で2日間および21時間架橋した(図3D)。
架橋心膜の外側にニチノールステントを取り付け、5-0ポリプロピレン縫合糸を使用して、ステントと心臓弁を不連続な方法で縫い合わせた。次いで、ステントを切った心臓弁を切断した(図4A-H)。
APVは、自己設計のデリバリーシステムのヘッドに圧着され、硬いガイドワイヤーのガイダンスの下でNPV位置に前進しました。APVは、血行力学的に有意な変化なしに、所望のNPV位置で首尾よくかつ完全に展開された(図8A-D)。
APV展開直後のICEおよび血管造影評価では、APVの副弁漏れ、新たな肺弁不全、またはステント留置肺弁移動は見られなかった(図6D-F)。
移植されたステントは、最終CTに従って、肺動脈への前方またはRVへの後方への移動なしに、標的位置に固定された。さらに、左前下降動脈(LAD)および左回旋動脈(LCX)の血流は、心周期を通してステントの影響を受けなかった(図10)。
移植されたステント付きAPVは、フォローアップMRIおよびICEにおいて5%〜10%の逆流画分で、右心臓系において良好な機能および血行動態を示した(表3)。
図1:動物製剤(A)前臨床試験用の羊。(B)頭蓋静脈におけるIVカテーテルの配置。(C)オロトラヒール挿管。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:皮質周囲切除術の手順(A)手術野。(B)第3/第4肋間腔内の外科的痕。(C)露出のためのリブリトラクターの配置。(D)心膜および胸腺の曝露。(E)心膜切除術。(F)収穫された心膜。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:心膜トリミングと架橋(A-C)心膜トリミング。(d)インキュベーター内での心膜架橋。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:DSにおけるAPVステント留置および負荷(A)肺動脈から見たステント付きAPV。(B)RVOTから見たステント付きAPV。(C-D)ステント付きAPVはクリンパーで圧着されています。(E)送達システム内の圧着されたステント付きAPV。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:左頸静脈を介したTPVRアクセス確立(A-B)左頸静脈を介したICEプローブおよび送達システムのシース配置。(c)左頸静脈を介したICE評価。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図6:着床前および着床後のICE評価 (A)ネイティブ肺弁サイジング。(B)ネイティブ肺弁機能。(C)ネイティブ肺弁速度、圧力勾配(PG)、および速度時間積分(VTI)。(d)自家肺弁サイジング。(E)自家肺弁機能。(F)自家肺弁速度、圧力勾配(PG)、および速度時間積分(VTI)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図7:着床前および着床後の血管造影(A)移植前の右室および肺動脈造影。(b)移植前の肺動脈造影。(C)移植後の右心室および肺動脈血管造影。(d)移植後の肺動脈血管造影。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図8:左頸静脈を介したDSの進行。 (A)右肺動脈へのガイドワイヤーの配置。(B)本試験で用いた市販の拡張剤。(c)左頸静脈の拡張器を用いた切開拡張。(D)DSの頭部に装着されたAPVを折り返した。(E-F)DSの進歩。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 9: ステント付き APV 展開。 (A) 展開位置に DS がロードされました。(B)最初にステント付きAPV展開。(C)ステント付きAPVトータル展開。(D) DS の取得。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図10: 心周期全体にわたるステント付き肺動脈と左冠状動脈との関係。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| ABP (ミリメートルHg) | 平均ABP(ミリメートルHg) | 人事 (/分) | SpO2 (%) | |
| 移植前 | 129/104 | 115 | 98 | 98 |
| 移植後 | 113/89 | 98 | 93 | 97 |
表1:体周囲切除術中の血行動態。 心身切除術中のSheep Jの動脈圧、心拍数、およびSpO2 は安定したままであった。
| ABP (ミリメートルHg) | 平均ABP(ミリメートルHg) | RVP (ミリメートルHg) | 平均RVP (ミリメートルHg) | パップ (ミリメートルHg) | 平均PaP(mmHg) | 人事 (/分) | |
| 移植前 | 108/61 | 74 | 11/ -7 | 0 | 13/0 | 3 | 70 |
| 移植後 | 116/69 | 84 | 13/-9 | -3 | 10/-6 | 1 | 67 |
表2:移植中の血行動態。 移植中のヒツジJの動脈圧、肺圧、心拍数およびSpO2 は安定なままであった。
| MRI-逆流性画分(%) | 右心室圧(平均)(mmHg) | 肺動脈圧(平均)(mmHg) | 系統的な空気圧 | |
| 移植前 | - | 11/-7 (0) | 13/0 (3) | 108/61 (74) |
| 移植後 | - | 13/-9 (-3) | 10/-6 (1) | 116/69 (84) |
| フォローアップ 4 ヶ月 | 5 | - | - | - |
| フォローアップ 7ヶ月 | 7 | 27/4 (11) | 23/11 (16) | - |
| フォローアップ10ヶ月 | 5 | - | - | - |
| フォローアップ15ヶ月 | 7 | 26/-2 (12) | 23/15 (18) | - |
| フォローアップ 18 ヶ月 | 10 | 26/12 (14) | 23/18 (20) | - |
| フォローアップ21ヶ月 | 6 | 20/-8 (16) | 19/6 (11) | - |
| 氷(PV) | PV Vmax (m/s) | PV maxPG (mmHg) | PV 平均PG (mmHg) | PR Vmax (m/s) | PR EROA (cm²) | PR逆流量(mL) |
| 移植前 | 0.71 | 2.01 | 1.06 | 0.76 | 0.25 | 1.7 |
| 移植後 | 0.75 | 2.22 | 1.19 | 0.78 | 0.2 | 1 |
| フォローアップ 4 ヶ月 | - | - | - | - | - | - |
| フォローアップ 7ヶ月 | 0.8 | 2.58 | 1.12 | 0.94 | 0.2 | 3 |
| フォローアップ10ヶ月 | - | - | - | - | - | - |
| フォローアップ15ヶ月 | 1.08 | 4.64 | 1.76 | - | 0.3 | 1 |
| フォローアップ 18 ヶ月 | 0.75 | 2.22 | 0.97 | 0.87 | 0.3 | 1 |
| フォローアップ21ヶ月 | 0.61 | 1.46 | 0.61 | 0.53 | 0.1 | 1 |
| PV:肺弁 | PG: 圧力勾配 | EROA:効果的な逆流オリフィス領域 | PR: プルモアニー逆流 |
| アイス (テレビ) | テレビ Vmax (メートル/秒) | テレビ最大PG (ミリメートルHg) | テレビ平均PG (ミリメートルHg) | TR Vmax (m/s) |
| 移植前 | - | - | - | - |
| 移植後 | 0.56 | 1.27 | 0.48 | 0.83 |
| フォローアップ 4 ヶ月 | - | - | - | - |
| フォローアップ 7ヶ月 | 0.99 | 3.92 | 1.68 | 0.84 |
| フォローアップ10ヶ月 | - | - | - | - |
| フォローアップ15ヶ月 | 0.95 | 3.6 | 1.47 | 1.04 |
| フォローアップ 18 ヶ月 | 0.95 | 3.6 | 1.47 | 1.03 |
| フォローアップ21ヶ月 | 0.94 | 3.56 | 1.31 | 0.95 |
| テレビ:三尖弁 |
表3:MRIおよびICEのフォローアップデータ。 MRIによる21ヶ月間の追跡調査が行われ、ヒツジJからの自家肺弁の逆流画分は5%〜10%であることが判明し、良好な弁機能を示した。ヒツジJの心臓内心エコー検査では、自家肺弁は正常な三尖弁機能を有する逆流容積が1mL〜3mLしか有していないことが示された。
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Discussion
この研究は、TPVRのための生きた肺弁を開発する上で重要な一歩を踏み出した。成体ヒツジモデルにおいて、この方法は、ヒツジ自身の心膜に由来するAPVを、頸静脈カテーテル法 を介して 自己拡張可能なニチノールステントで移植することができることを示すことができた。ヒツジJでは、ステントを切った自家肺弁を、自己設計のユニバーサルデリバリーシステムを使用して正しい肺位置に正常に移植しました。移植後、ヒツジJの心臓弁は最大21ヶ月間良好な機能を示し、未熟なヒツジの自家肺弁を用いた将来の前臨床試験のための安全で効率的な前臨床証拠としてだけでなく、臨床現場への翻訳にも役立った。
成体ヒツジモデルにおける頸静脈カテーテル法を介したTPVR-AVP
ヒトとの解剖学的および血行力学的類似性のために、成体羊は、生体補綴心臓弁の機能性および性能を評価する多数の調査において、最も人気があり、広く使用されている大型動物モデルの1つである23,24。カテーテル挿入および移植の場合、経頸静脈アプローチは経大腿静脈よりも優先され、これは送達システムのより大きなプロファイルを必要とし、移植中および移植後のより困難な管理と関連している。APVは、IVC-RAと比較してSVC-RA間の距離が短く、角度が大きいSVC右心房 - 三尖弁 - 右心室を介して肺位置に送達することができ、これにより、ロードされた送達システムをRVに進めることが容易になる可能性がある。
心膜切除術
ヒツジJから自家9cm×9cm心膜を横隔神経に損傷を与えることなく採取し、胸部内動脈及び静脈を放置した。羊は、ミニ胸切除術後の横隔膜痙攣、呼吸不全、または出血合併症に罹患していなかった。羊の肋骨間のスペースが狭いため、ミニ胸郭切除術、特に心膜切除術中に心膜の所望の曝露を達成することは困難であった。したがって、組織郭清中は、大動脈および肺根、冠状動脈、および横隔神経25への傷害を避けるために注意が必要である。全身麻酔は、早期の復活および安定した血行動態のために筋弛緩剤なしでイソフルラン、フェンタニル、およびミダゾラムで維持された。しかし、患者が以前の手術中に心膜切除術および/または心膜切除術を受けた場合、心膜を獲得するために開胸術を行うことには限界がある。第一に、それは上行大動脈、肺幹、冠状動脈ならびに心筋の前に心膜を動員するときに以前の手術中に置かれた縫合糸のために制御不能な出血につながる可能性がある。さらに、心膜は、直径30mmの心臓弁に対して少なくとも9cm x 9cmの組織サイズを必要とする自家心臓弁を製造するのに十分ではあり得なかった。さらに、心膜の品質は、新しいステント付き心臓弁の要件を満たしていない可能性があります。採取された心膜が1つの自家心臓弁に十分であったとしても、TPVR前の体系的なヘパリン化の後、外科領域における止血は極めて困難である。このような状況では、直腸筋膜、筋膜ラタ、および横筋膜が心臓弁の自家組織を採取するための候補となり得る。
移植
ステント付きAPVをデリバリーシステムにロードする前に、テストのために市販のクリンパーで圧着する必要があります。ステントは圧着中に最大10%伸び、リーフレットのほとんどの縫合点およびコミスシュアの付着物で応力関連の破裂につながる可能性があります。羊Jでは、30mmのステント付きバルブを試験し、破裂や縫合損失のないクリンパーを使用して26Fr送達システムにロードしました。小型の装置(ステント付きAPVを含む)および送達システムは、特に小児にとって、頸静脈を適合させるという点で有益であろう。TPVRデバイスの小型化は、将来の経大腿骨移植における周術期の安全性を向上させるだろう。
以前の経験に基づいて、PV平面は心周期ごとに約2cm移動し、APVを正しい位置に展開する際に大きな課題を提示した。さらに、健康な羊には、人間の患者の場合に一般的に起こる着陸帯の石灰化などの明確なランドマークがなかったため、正確な位置決めが困難でした。さらに、径方向の力のために、自己拡張性ニチノールステントは、外側チューブが引き抜かれるとすぐにステントの約2/3が発見されたときに、送達系から、または肺動脈に飛び込んだ。再配置アーキテクチャによるステントおよびデリバリーシステムのさらなる改良は、位置決めミスの場合およびステント付きAPVをチューブに引き抜く場合の展開をより適切に制御するために必要です。羊Jでは、APVを送達システムの助けを借りて正しい位置に移植し、ねじれやステントジャンプなしで優れた性能を発揮した。
MRI、ICE、および最終CTによるフォローアップ
移植されたステント付きAPVは、MRIで5%〜10%の逆流画分、ICEで安定した血行動態、および長時間の追跡調査において心周期全体を通して左冠状動脈に隣接関係のある所望のアンカー位置を有する良好な弁機能を示した。この研究の結果は、機能不全のRVOTに罹患している患者に利益をもたらすことができるステント付きAPVの安定した巨視的性能の強力な証拠を提供した。
大規模な動物試験では、弁膜機能障害は、層間剥離、リーフレットの肥厚、リーフレットの引っ込み、および不規則性を含む誤ったバルブリモデリングによって証明されている26,27。低圧循環における心臓弁補綴物の現在の国際標準化機構(ISO)規格によれば、最大20%の心臓弁逆流が許容されます。APVの製造プロセスを考慮すると、3Dシェーピングによるバルブ形状は、このホワイトペーパーで好ましい結果を達成するための重要な要素です。加えて、バルブ形状、材料特性、および血行力学的負荷条件は、バルブ機能性およびリモデリング26を決定することができる。APVはNPVに非常に密接に作用し、移植直後にICEによって評価された弁膜不全は最小限であった。
結論
ここで報告された大型動物実験では、自己拡張型ニチノールステントに取り付けられた自家肺弁の経頸静脈移植方法の作成と試験を目指しました。APVは、この方法論と自己設計の送達システムを使用して羊Jに移植することに成功しました。APVは、圧着、ローディング、および展開中のストレスに耐え、所望のバルブ機能を達成しました。
この研究は、成体羊モデルにおける頸静脈カテーテル法 を介した 自己拡張性ニチノールステントを用いたNPV位置への移植のためのAPVの開発の長期追跡調査において、実現可能性および安全性を実証した。
制限
この前臨床試験では、羊の数が少ないために完全に対処できなかった多くの制限が提示されました。この研究で使用されたニチノールステントとデリバリーシステムは、再配置のためのアーキテクチャを欠いていた。これは、将来の動物実験のために洗練される必要があるでしょう。さらに、研究期間を超えてAPVの機能性を評価し、移植後の少なくとも1年間のフォローアップ後の性能およびリーフレット形成をさらに調査することは興味深いであろう。さらに、移植中の不整脈および心筋損傷を防止するために、薄型で柔軟な交通可能性特性を有する送達システムを改善する必要がある。小児のAPV成長を可能にする生分解性ステントを開発し、複数の心臓弁置換術の必要性をなくす必要性がまだある。
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Disclosures
著者らは、開示すべき金銭的利益相反はありません。
Acknowledgments
この業に貢献してくださったすべての会員,すなわち過去と現在の会員に心から感謝の意を表します。この研究は、ドイツ連邦経済エネルギー省、EXIST-Transfer of Research(03EFIBE103)からの助成金によって支援されました。Yimeng Haoは、中国奨学金評議会(CSC:202008450028)の支援を受けています。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
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