Name: 用于实验性主动脉瓣手术和新型医疗设备流体动力学测试的 离体 猪模型 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-08-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 56 s
Description: 了解离体猪主动脉瓣在脉动复制器上的安装方法，用于评估流体动力学特性。该技术可在大型动物实验前测试新型心脏器械和修复材料，为心血管研究提供可靠的生物相关评估平台。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

我们感谢Gordana Vunjak-Novakovic博士实验室的成员，包括Julie Van Hassel、Mohamed Diane和Panpan Chen，允许我们使用他们实验中的心脏废弃组织。本研究工作得到了新泽西州巴特勒的先天性心脏病联盟以及马里兰州贝塞斯达的美国国立卫生研究院（5T32HL007854-27）的支持。

所有研究均按照机构关于动物护理的指导原则进行。
1. 实验的注意事项与准备工作
<ol>
	<li>使用合适的脉动流模拟器（PD）来模拟通过主动脉瓣（AV）的每搏输出量。该PD需能够容纳生物材料，并可进行清洁。
	<ol>
		<li>采用适用于主动脉瓣测试的PD设置：70 mL的排量体积，70次/分钟的心率（5 L/min的心输出量），心室收缩期占心动周期的35%，平均跨瓣压差为100 mmHg，最大压差为120 mmHg，最小压差为80 mmHg。</li>
		<li>使用室温（RT）生理盐水（0.9% NaCl）作为流体介质。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>寻找或制备（使用3D打印或类似方法）合适的夹具，用于将猪主动脉瓣固定在PD上进行测试。
	<ol>
		<li>采用以脉动流模拟器配套夹具为模型设计的夹具，规格如下：确保夹具的内径与所研究主动脉瓣的直径相近，连接长度至少为2 cm，可用连接宽度至少为4 cm（图1）。</li>
		<li>在夹具两端使用橡胶O型圈作为密封垫片。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在心脏切除术后获取心脏标本（图2A）。
	<ol>
		<li>使用来自屠宰场的猪心脏标本，或使用其他健康动物的废弃组织，且这些动物未参与任何可能影响其心脏的实验方案。</li>
		<li>在心脏切除术后获取标本，或进行死后心脏切除，包括在主动脉弓远端切断上腔静脉、下腔静脉、主肺动脉（PA）、所有肺静脉和主动脉。 
		注：本实验应使用新鲜标本，即死后6小时内获取的标本，或在含1%抗生素溶液（青霉素和链霉素）的无菌生理盐水中保存，并置于4 oC冰箱中不超过7天的标本。经甲醛或戊二醛固定的组织会因刚度增加而导致水动力学结果发生改变。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="带测量标注的静态平衡装置示意图；物理实验装置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65885/65885fig01v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：用于在脉冲复制仪上安装猪主动脉瓣的定制3D打印夹具。 如实验方案中所述，连接长度应至少为2 cm，可用连接宽度应至少为4 cm。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65885/65885fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
2. 右侧结构的切除
<ol>
	<li>使用梅岑鲍姆剪刀（Metzenbaum scissors）从主动脉上解剖分离肺动脉（PA），直至心室组织可见（图2B）。</li>
	<li>在冠状动脉起源于主动脉窦处，用丝线结扎两条冠状动脉，注意避免缩窄主动脉窦。</li>
	<li>在丝线结扎远端横断两条冠状动脉。</li>
	<li>使用梅岑鲍姆剪刀在肺动脉瓣基底部、主动脉与肺动脉（PA）之间切开右心室（RV）（图2C）。</li>
	<li>从前侧开始，沿室间隔环形延伸切口，以去除右心室游离壁（图2D、E）。</li>
	<li>继续向后延伸切口，穿过三尖瓣环并沿房间隔走行，以完全去除右心房组织（图2F）。</li>
</ol>
<img alt="心脏解剖示意图；展示使用手术器械逐步进行解剖探索的步骤。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65885/65885fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 2"> 
图 2：心脏切除标本及右侧结构的切除。 （A）心脏切除标本。（B）将主肺动脉从主动脉上解剖分离，直至可见心室组织。（C）在肺动脉瓣基底部切开右心室（RV）。（D）沿室间隔前方向前继续切开。（E）沿室间隔周向继续环形切开，以去除右心室游离壁。（F）已去除右侧结构的标本。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65885/65885fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
3. 准备左心室流出道（LVOT）以使用PD夹具进行插管
<ol>
	<li>使用梅岑鲍姆剪刀（Metzenbaum scissors）从右肺静脉开口处沿主动脉平行切开左心房（LA）（图3A）。 
	注意：尽管存在一定个体差异，猪的肺静脉解剖结构通常以两个肺静脉开口汇入左心房为主8。</li>
	<li>将切口继续向前外侧二尖瓣交界处延伸，保留主动脉侧至少3 mm的心房组织袖状结构。</li>
	<li>修剪多余的左心房组织，保留主动脉侧3 mm的心房组织袖状结构，并完整保留二尖瓣环周的组织（图3B）。</li>
	<li>将切口通过二尖瓣的前外侧交界处延伸至左心室（LV），注意保护前外侧乳头肌（图3C）。</li>
	<li>切断前外侧乳头肌至后叶二尖瓣瓣叶的腱索，保留其与前叶二尖瓣瓣叶的连接。</li>
	<li>继续将切口延伸至心脏心尖部。</li>
	<li>修剪乳头肌下方多余的左心室组织，保留两个乳头肌（图3D）。</li>
</ol>
<img alt="心脏解剖过程；解剖学研究示意图；识别心脏结构和组织。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65885/65885fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：使用脉冲复制装置夹具进行左心室流出道插管前的准备。（A）通过右肺静脉开口切开左心房（LA）。（B）修剪多余的左心房组织，保留主动脉上至少3 mm的心房组织袖状结构，并完整保留二尖瓣环的周向结构。（C）通过二尖瓣的前外侧交界处将切口延伸至左心室（LV）。（D）去除乳头肌下方多余的左心室组织。图像右上角可见剪刀。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65885/65885fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
4. 使用 PD 固定装置对主动脉进行插管前准备
<ol>
	<li>从主动脉上修剪掉多余的淋巴组织、结缔组织或肺动脉组织（图4A）。</li>
	<li>使用梅岑鲍姆剪刀（Metzenbaum scissors）沿降主动脉至左锁骨下动脉处切开主动脉弓的上表面（图4B）。</li>
	<li>继续沿主动脉弓上表面从左锁骨下动脉切至无名干（brachiocephalic trunk）（图4C，D）。 
	​注意：猪主动脉弓的分支从远端到近端依次为左锁骨下动脉和无名干，后者发出右锁骨下动脉、右颈总动脉和左颈总动脉9。</li>
</ol>
<img alt="心脏瓣膜解剖过程示意图；剪刀，手套；解剖学研究；外科技术。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65885/65885fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 4"> 
图4：使用脉动模拟装置夹具进行主动脉插管前的准备。（A）已去除多余组织的主动脉弓。注意猪主动脉弓上的两个弓部分支血管，即头臂干和左锁骨下动脉。（B）从降主动脉开始，沿主动脉弓上缘向左锁骨下动脉方向做切口。（C）继续沿主动脉弓上缘从左锁骨下动脉向头臂干方向延伸切口。（D）完成的主动脉弓切口。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65885/65885fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
5. 使用PD装置对左心室流出道进行插管
<ol>
	<li>测试固定装置在左室流出道（LVOT）中的位置，并修剪多余的左心室组织。
	<ol>
		<li>将固定装置插入二尖瓣（MV）前叶下方的左室流出道（LVOT）内。</li>
		<li>将左心室游离壁包裹在固定装置周围。</li>
		<li>修剪多余的左心室组织，以保持固定装置周围紧密贴合。</li>
		<li>从室间隔开始，去除左心室游离壁一半的厚度，游离缘处至少保留1 cm的心外膜，以维持缝合线的完整性（图5A）。</li>
		<li>从左心室游离壁包裹部分的上角修剪掉1 cm的组织（图5A）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将固定装置置于左室流出道（LVOT）中，使支撑杆连接孔位于左心室切口后方1 cm处（图5B）。
	<ol>
		<li>注意不要将固定装置插入过深，以免扩张主动脉瓣（AV）瓣环。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用一根或两根6英寸扎带，将其置于瓣叶腱索之间，将二尖瓣（MV）前叶固定在装置上（图5C）。</li>
	<li>将左心室游离壁围绕固定装置进行缝合（图5D）。
	<ol>
		<li>首先使用带圆锥形针尖的缝针，以连续缝合法将主动脉上的左心耳（LA）组织套筒缝合至二尖瓣瓣环。</li>
		<li>继续将连续缝合延伸至左心室，注意不要撕裂左心室组织。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="心脏组织解剖；支架上的心脏样本；解剖学研究制备过程。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65885/65885fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5：使用脉冲复制装置对左心室流出道进行插管。（A）切除左心室游离壁一半厚度，保留游离缘处1 cm的心外膜。虚线表示需从左心室游离壁包裹部分的上角去除的1 cm区域。（B）支撑杆固定孔位于左心室游离壁切口后方1 cm处。（C）使用扎带将二尖瓣前叶固定至近端装置。（D）将左心室游离壁缝合固定在装置周围。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65885/65885fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看本图的放大版本。</a>
6. 使用 PD 固定装置对主动脉进行插管及腹膜透析测试的最终准备
<ol>
	<li>使用 Hegar 扩张器测量主动脉瓣（AV）的直径，以辅助解释 PD 测试的结果。</li>
	<li>通过抓握主动脉将标本从台面上抬起，确定主动脉的中立位置（图 6A）。</li>
	<li>将 PD 夹具插入主动脉，注意将杆连接孔对准主动脉的中立位置。</li>
	<li>插入支撑杆以检查标本的长度。</li>
	<li>使用一个或两个 6 英寸扎带将 PD 夹具固定在主动脉上（图 6B）。</li>
	<li>使用一个或两个 8 英寸扎带将左心室流出道（LVOT）固定在 PD 夹具周围。</li>
	<li>使用 PD 套件附带的螺丝将支撑杆固定到位。</li>
	<li>将标本放入 PD 装置并开始测试（图 6C、视频 1、和 视频 2）。</li>
	<li>根据需要缝合任何泄漏部位。</li>
</ol>
<img alt="骨组织拉伸测试装置；示意图显示实验中的应力-应变测量过程。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65885/65885fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6：主动脉插管及在脉动模拟器中进行测试。（A）通过主动脉将样本从台面上抬起，以确定主动脉的中性位置。（B）使用扎带将远端夹具固定在主动脉中。（C）将样本安装至脉动模拟器中进行流体动力学测试。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65885/65885fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
7. 执行实验操作
注意：按照先前所述的方法进行实验操作，例如 Ozaki 手术5,6,7，并重复 PD 测试。
<ol>
	<li>如果在操作过程中组织变得干燥，应收紧扎带并根据需要加强缝合线。</li>
</ol>
8. 标本的长期保存（如需要）
<ol>
	<li>将样本置于10%福尔马林中固定168小时（1周）10,11。</li>
	<li>组织固定后，用去离子水清洗样本，并将其置于70%乙醇中长期保存。</li>
</ol>

Evaluation of Hydrodynamic Properties in Mounted Porcine Aortic Valves

<ol><li>Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Valvular+heart+disease+epidemiology%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Science%22%5BJournal%5D)">Valvular heart disease epidemiology.</a> Medical Science. 10 (2), Basel, Switzerland. 32(2022).</li>
<li>Herrmann, J. L., Brown, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seven+decades+of+valved+right+ventricular+outflow+tract+reconstruction%3A+The+most+common+heart+procedure+in+children%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).</li>
<li>Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+TAVR+valve+design%2C+modelling%2C+and+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+Review+of+Medical+Devices%22%5BJournal%5D)">Principles of TAVR valve design, modelling, and testing.</a> Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).</li>
<li>Pibarot, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+for+predicting+and+assessing+prosthesis-patient+mismatch+after+aortic+valve+replacement%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement.</a> JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).</li>
<li>Ozaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aortic+valve+reconstruction+using+self-developed+aortic+valve+plasty+system+in+aortic+valve+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Interactive+Cardiovascular+and+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).</li>
<li>Krane, M., Amabile, A., Ziegelmüller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aortic+valve+neocuspidization+%28the+Ozaki+procedure%29%5BTitle%5D)+AND+%22Multimedia+Manual+of+Cardiothoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure).</a> Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).</li>
<li>Ozaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+total+of+404+cases+of+aortic+valve+reconstruction+with+glutaraldehyde-treated+autologous+pericardium%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).</li>
<li>Vandecasteele, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pulmonary+veins+of+the+pig+as+an+anatomical+model+for+the+development+of+a+new+treatment+for+atrial+fibrillation%5BTitle%5D)+AND+%22Anatomia+Histollogia+Embryologia%22%5BJournal%5D)">The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation.</a> Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).</li>
<li>Góes, A. M. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+angiotomographic+study+of+swine+vascular+anatomy%3A+contributions+to+research+and+training+models+in+vascular+and+endovascular+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Vascular+Brasilerio%22%5BJournal%5D)">Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery.</a> Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086(2021).</li>
<li>Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Piątek, K., Hołda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+different+fixation+protocols+on+the+preservation+and+dimensions+of+cardiac+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Anatomy%22%5BJournal%5D)">Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue.</a> Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).</li>
<li>Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Hołda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Penetration+of+formaldehyde+based+fixatives+into+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Folia+Medica+Cracoviensia%22%5BJournal%5D)">Penetration of formaldehyde based fixatives into heart.</a> Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).</li>
<li>Spampinato, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Grading+of+aortic+regurgitation+by+cardiovascular+magnetic+resonance+and+pulsed+Doppler+of+the+left+subclavian+artery%3A+harmonizing+grading+scales+between+imaging+modalities%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities.</a> International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).</li>
<li>Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Body+surface+area+as+a+predictor+of+aortic+and+pulmonary+valve+diameter%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).</li>
<li>Baumgartner, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recommendations+on+the+echocardiographic+assessment+of+aortic+valve+stenosis%3A+a+focused+update+from+the+European+Association+of+Cardiovascular+Imaging+and+the+American+Society+of+Echocardiography%5BTitle%5D)+AND+%22European+Heart+Journal+-+Cardiovascular+Imaging%22%5BJournal%5D)">Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography.</a> European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).</li>
<li>Saisho, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+ex+vivo+evaluation+of+two+different+suture+techniques+for+the+Ozaki+aortic+neocuspidization+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Interactive+Cardiovascular+and+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).</li>
<li>Saisho, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+evaluation+of+the+Ozaki+procedure+in+comparison+with+the+native+aortic+valve+and+prosthetic+valves%5BTitle%5D)+AND+%22Interactive+Cardiovascular+and+Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).</li>
<li>Paulsen, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+ex+vivo+comparison+of+5+clinically+used+conduit+configurations+for+valve-sparing+aortic+root+replacement+using+a+3-dimensional-printed+heart+simulator%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator.</a> Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).</li>
<li>Al-Atassi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+aortic+annular+geometry+on+aortic+valve+insufficiency%3A+Insights+from+a+preclinical%2C+ex+vivo%2C+porcine+model%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Thoracic+and+Cardiovascular+Surgery%22%5BJournal%5D)">Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).</li>
<li>Sun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+biomimetic+multilayered+polymeric+material+designed+for+heart+valve+repair+and+replacement%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement.</a> Biomaterials. 288, 121756(2022).</li>
<li>Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catheter+balloon+valvuloplasty+of+stenotic+porcine+bioprosthetic+valves%3A+Part+I%3A+Anatomic+considerations%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations.</a> Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).</li>
<li>Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomy+of+the+pig+heart%3A+comparisons+with+normal+human+cardiac+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Anatomy%22%5BJournal%5D)">Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure.</a> Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).</li>
</ol>

作者无相关利益冲突需披露。

本文介绍的方法为进行主动脉瓣（AV）的流体动力学测试提供了一个平台，可用于评估实验操作或新型医疗器械的影响。通过将天然主动脉瓣安装在脉动模拟器上，我们能够确定实验操作对所有用于新型瓣膜假体研究与审批过程中的流体动力学参数（ISO 5840）的影响。该方法为在大型动物模型中应用之前优化实验操作和假体设计提供了机会。
由于左心室流出道缺乏环形心肌，流入段的固定存在一定困难。本方法通过利用二尖瓣前叶固定流入段，随后将左心室游离壁缝合在流入装置周围，并在心室袖带上额外使用扎带，从而解决了这一问题。其他类似方法曾采用将聚对苯二甲酸乙二醇酯（Dacron）管缝合至左心室流出道15,16，或将流入装置固定于房室瓣环附近17,18。这些方法存在一定的风险：若将瓣环固定于直径大于其天然尺寸的相对刚性流入装置上，可能导致有效开口面积（EOA）人为增大，而反流分数（RF）...

主动脉瓣疾病对公共卫生构成了重大负担，尤其是主动脉瓣狭窄，全球约有900万人受其影响1。目前，针对该疾病的治疗策略正在不断发展，包括主动脉瓣修复和主动脉瓣置换。在儿科人群中，尤其倾向于修复而非置换瓣膜，因为目前可用的假体容易发生结构性瓣膜退变（SVD），且不具备随生长而适应的能力，随着患者的生长发育，往往需要再次手术进行更换。即使是Ross手术——将病变的主动脉瓣（AV）以患者自身的肺动脉瓣（PV）替代——也仍需在肺动脉位置植入假体或移植物，而这些材料同样可能发生结构性瓣膜退变，并常表现出生长耐受性有限的问题2。新的主动脉瓣疾病治疗策略正在研发中，在应用于大型动物模型之前，亟需在具有生物学相关性的环境中进行测试。
我们已开发出一种用于测试猪主动脉瓣（AV）的方法，可在实验性操作或应用新型医疗器械前后，深入了解瓣膜的功能。通过将猪主动脉瓣安装在商用脉动模拟器上，我们能够比较常用于瓣膜假体研究及最终审批的血流动力学特性，包括反流分数（RF）、有效瓣口面积（EOA）和平均正向压差（PPD）3,4。随后可在具有生物学相关性的环境中对干预措施进行精细调整，再应用于大型动物模型，从而减少为开发可用于人类的手术方法或假体所需使用的动物数量。本实验所用心脏可取自当地屠宰场或其它实验的废弃组织，因此无需仅为本实验额外宰杀动物。
在本研究中，我们采用该方法开发了一种用于瓣膜修复与置换的新型补片材料。我们通过对猪主动脉瓣（AV）实施主动脉瓣再造术（Ozaki 手术5,6,7），并在脉动流模拟器中对多种补片材料在手术前后进行血流动力学功能测试。这使我们能够根据材料的血流动力学表现对其进行优化。因此，该方法为在大型动物模型中应用之前，针对主动脉瓣的实验性手术操作及新型医疗器械提供了血流动力学测试平台&#160;。

<table><tbody><tr><td>3D 打印机</td><td>Ultimaker</td><td>Ultimaker S5</td><td>用于打印流体动力学测试用的定制夹具</td></tr><tr><td>Crile-Wood 持针器</td><td>Emerald Instruments</td><td>2.0638.15</td><td>用于心室缝合</td></tr><tr><td>Debakey 镊子</td><td>Jarit</td><td>320-110</td><td>用于解剖和样本制备（若有助手协助操作，可使用多个）</td></tr><tr><td>乙醇 200 证明</td><td>Decon Labs Inc.</td><td>DSP-MD.43</td><td>用于固定组织的储存</td></tr><tr><td>10% 福尔马林</td><td>Epredia</td><td>5701</td><td>用于组织固定</td></tr><tr><td>Gerald 镊子</td><td>Jarit</td><td>285-126</td><td>用于解剖和样本制备</td></tr><tr><td>玻璃罐</td><td>QAPPDA</td><td>B07QCP54Z3</td><td>用于组织储存</td></tr><tr><td>25% 戊二醛</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>16400</td><td>用于组织固定</td></tr><tr><td>HEPES 1 M 缓冲液</td><td>Fisher</td><td>BP299-100</td><td>用于配制 0.6% 戊二醛溶液</td></tr><tr><td>Mayo 剪刀</td><td>Jarit</td><td>099-200</td><td>用于剪断缝线</td></tr><tr><td>Metzenbaum 剪刀</td><td>Jarit</td><td>099-262</td><td>用于解剖和样本制备</td></tr><tr><td>O 型圈</td><td>Sterling Seal &amp;amp; Supply Inc.</td><td>AS568-117</td><td>用作 3D 打印夹具末端的垫圈</td></tr><tr><td>聚乳酸树脂</td><td>Ultimaker</td><td>1609</td><td>用于 3D 打印夹具</td></tr><tr><td>聚丙烯缝线</td><td>Covidien</td><td>VP-762-X</td><td>用于心室缝合，带圆锥形针头</td></tr><tr><td>脉动模拟器</td><td>BDC Laboratories</td><td>HDTi-6000</td><td>用于流体动力学测试</td></tr><tr><td>丝线结扎线</td><td>Covidien</td><td>S-193</td><td>用于冠状动脉结扎</td></tr><tr><td>扁桃体钳</td><td>Aesculap</td><td>BH957R</td><td>用于冠状动脉解剖</td></tr><tr><td>扎带（6 英寸）</td><td>Advanced Cable Ties, Inc.</td><td>AL-06-18-9-C</td><td>用于将样本固定在夹具上，长 157.14 mm（6 英寸），宽 2.5 mm</td></tr><tr><td>扎带（8 英寸）</td><td>GTSE</td><td>GTSE-20025B.1000</td><td>用于将样本固定在夹具上，长 203 mm（8 英寸），宽 2.5 mm</td></tr></tbody></table>

一个 离体 用于实验性主动脉瓣手术及新型医疗器械水动力学测试的猪模型

An Ex Vivo Porcine Model for Hydrodynamic Testing of Experimental Aortic Valve Procedures and Novel Medical Devices

在动物模型中应用之前，用于测试新型心脏手术方法和研究性医疗器械的方案十分有限。本研究中，我们介绍了一种将猪主动脉瓣安装在脉动流模拟器中以评估其流体动力学特性的方法。通过该方法，可在实施待研究的手术操作和/或应用研究性医疗器械前后，对这些流体动力学特性进行评估。由于左心室流出道缺乏完整的心肌组织，流入段的固定存在一定困难。本方法通过利用二尖瓣前叶固定流入段，并将左心室游离壁缝合在流入端固定装置周围，从而解决了这一问题。流出段的固定则较为简单，只需将固定装置插入主动脉弓上部的切口即可。我们发现，组织固定前后，样本的流体动力学特性存在显著差异。这一发现促使我们在测试中采用新鲜样本，使用该方法时应充分考虑此因素。在本研究中，我们利用该方法对新型心内补片材料在瓣膜位置的应用性能进行了测试，具体操作是在安装好的猪主动脉瓣上实施主动脉瓣三叶成形术（Ozaki 手术）。这些瓣膜在手术前后均接受了测试，以评估其流体动力学特性的变化，并与天然瓣膜进行比较。本文报道了一种可用于实验性主动脉瓣手术流体动力学测试的平台，该平台支持与天然瓣膜进行比较，并可用于评估不同器械及技术在待研究手术中的表现。

脉动模拟器收集的代表性数据包括反流分数（RF）、有效瓣口面积（EOA）和平均正向压差（PPD）。其中，RF 和 EOA 被用于人工瓣膜的 ISO 标准（ISO 5840），若正在研究人工瓣膜产品，则这些参数的采集至关重要。PPD 可提供关于开启瓣膜所需压力的信息，在讨论人工瓣膜置换时经常被引用3,4。本实验所使用的 HDTi-6000 脉动模拟器（BDC Laboratories, Wheat Ridge, CO）还可根据需要采集其他参数，包括关闭容积、泄漏容积、总反流容积、总前向流量容积、收缩期持续时间、最大正向压差以及平均前向流量。
正确实验条件下测得的天然主动脉瓣（n = 20）血流动力学参数（反流分数（RF）、有效瓣口面积（EOA）和平均压差（PPD））如表1所示。所获得的数值均在主动脉瓣测量的正常范围内，包括平均反流分数为5.74%12，以及平均预测主动脉瓣面积指数为1.08...

我们介绍了一种将猪主动脉瓣安装在脉动流模拟器上以测试其流体动力学特性的方法。该方法可用于在实验操作或新型医疗器械应用于大型动物模型之前，评估其对流体动力学性能的影响。

在动物模型中使用之前，测试新型心脏手术方法和研究性医疗器械的可用方案十分有限。本研究中，我们介绍了一种……

在将新的心脏手术方法和研究性医疗器械应用于大型动物模型之前，可用的测试手段十分有限。本方案提供了一个在生物学和解剖学上均具有相关性的环境，可在开展大型动物研究之前对这些手术方法和器械进行精细优化。其他将主动脉瓣安装到脉动流复制装置上的技术通常需要在主动脉瓣环处插入或固定刚性结构，从而会扭曲瓣膜的流体动力学特性。本方案提供了一种创新的左心室流出道插管方法，可确保所测得的所有血流动力学参数均有效。该方法旨在评估瓣叶替代材料作为瓣膜修复补片或假体应用的可行性，是我们未来研究中的关键工具。在未来的研究中，我们将开发具有类似天然组织力学和血流动力学特性的仿生聚合物材料，用作耐久的瓣膜替代物。首先，在心脏切除术后获取新鲜的猪心脏标本。使用梅岑鲍姆剪刀将肺动脉从主动脉上分离，直至可见心室组织。随后，解剖右冠状动脉和左冠状动脉，并在冠状动脉起始于主动脉窦的根部处，用丝线结扎，注意避免狭窄主动脉窦。在丝线结扎点远端横断冠状动脉。使用梅岑鲍姆剪刀，在肺动脉瓣基底部的主动脉与肺动脉之间切开右心室。从前方开始，沿室间隔继续环形切开，以分离右心室游离壁。沿房间隔继续向后切开三尖瓣环，以去除所有右心房组织。接着，使用梅岑鲍姆剪刀（Metzenbaum scissors）经右肺静脉开口平行于主动脉切开左心房。将此切口继续延伸至二尖瓣的前外侧交界处。修剪多余的左心房组织，同时在主动脉和二尖瓣环周围保留三毫米宽的心房组织袖。现在，从二尖瓣的前外侧交界处切开左心室，注意不要损伤前外侧乳头肌。切断从前外侧乳头肌至后二尖瓣叶的腱索，保留与前二尖瓣叶的连接。将切口延伸至心脏心尖。修剪乳头肌下方多余的左心室组织，保留两个乳头肌。在制备好左心室流出道（LVOT）后，修剪主动脉上多余的淋巴组织、结缔组织或肺动脉组织。使用梅岑鲍姆剪刀，从降主动脉至左锁骨下动脉处切开主动脉弓的上表面。继续沿主动脉弓上表面从左锁骨下动脉切至头臂干。为插管左心室流出道（LVOT），将装置插入二尖瓣前叶下方的左心室流出道内。将左心室游离壁包裹在固定装置上，并修剪多余组织，以确保在固定装置周围紧密贴合。接着，从室间隔开始，去除左心室游离壁一半的厚度。从左心室游离壁包裹物的上角处修剪掉一厘米的组织。将固定装置置于左心室流出道（LVOT），使支撑杆连接孔位于左心室切口后方一厘米处。使用一根或两根六英寸扎带，将二尖瓣前叶固定在位于该瓣叶腱索之间的固定装置上。接着，使用圆锥形针头，将主动脉上左心房组织套管缝合至二尖瓣环。继续在左心室上进行连续缝合，注意不要撕裂组织。使用哈格尔扩张器测量主动脉瓣的直径。然后，通过夹持主动脉提起标本，以确定主动脉的中立位置。将脉动复制器（pulsatile duplicator，PD）装置插入主动脉，确保杆件连接孔与主动脉的中性位置对齐。通过将支撑杆插入连接孔来确认标本的长度。使用一根或两根六英寸扎带，将PD装置固定在主动脉上。然后，使用PD套件附带的螺丝将支撑杆固定到位。接着，使用一个或两个八英寸扎带将左心室流出道（LVOT）固定在PD夹具周围。将样本放入PD中，开始流体动力学测试。主动脉瓣原位水动力学测试的数值在正常范围内，平均反流分数为5.74%。水动力学测试结果显示，甲醛固定与戊二醛固定样本之间无显著差异。Ozaki手术后，使用对照补片材料获得的数值提示瓣膜置换效果稳定可靠。

an-ex-vivo-porcine-model-for-hydrodynamic-testing-experimental-aortic

Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

用于实验性主动脉瓣手术和新型医疗设备流体动力学测试的 离体 猪模型

已设计出一种循环压力生物反应器，可对心脏瓣膜组织施加生理和病理条件下的压力。LabVIEW...

设计一种用于循环压力生物反应器的装置 离体 主动脉心脏瓣膜的研究

近年来，人们对开发聚合物瓣膜重新产生了兴趣。本研究的目的是证明改造商用脉动流复制装置以适配三叶瓣几何结构的可行性，并制定一项方案，用于在接近相同条件下，将聚合物瓣膜的流体动力学数据与天然瓣膜及假体瓣膜的数据进行比较。...

三叶聚合物瓣膜相对流体动力学评估方案

本文介绍了一种用于评估清醒状态下猪在静息及分级跑步机运动期间心肺功能的实验方案。通过慢性仪器化处理，可进行重复的血流动力学测量，且不受心肌抑制性麻醉药物的影响。...

猪长期心血管运动测试用导管的手术植入

本方案详细描述了用于小鼠心脏及心脏瓣膜功能全面表型分析的超声心动图方法。...

小鼠瓣膜性心脏病全面表型特征的超声心动图方法与方案

主动脉瓣反流是一种主动脉瓣心脏疾病。本论文展示了如何利用四维流动磁共振成像评估主动脉瓣反流 体外...

体外 四维血流磁共振成像评估主动脉瓣反流

本方案描述了一种用于猪升主动脉缩窄的微创外科手术方法。...

一种猪主动脉瓣狭窄的微创模型

本研究介绍了一种用于评估股动脉小直径移植物的猪模型。该模型模拟了人类血管的动力学特性，可全面评估移植物的通畅性、血流动力学及血管重塑情况。该模型为血管移植物的测试提供了有价值的平台，并可利用多普勒超声和血管造影进行监测。...

在猪模型中植入股血管移植物以测试小直径血管移植物

介绍了一种在钛基血液接触性生物材料上接种自体细胞并检测其生物相容性的方法。该方法利用内皮祖细胞和钛管，在将钛管植入猪腔静脉后的数分钟内完成细胞接种。该技术可适用于多种其他可植入式 biomedical...

自体血管内皮祖细胞接种技术及心血管器械在大型动物模型中的生物相容性测试

讨论了一种方法，通过该方法 体内 刺激响应材料的力学行为随时间变化被监测。样品进行测试 离体 使用带有环境控制的微拉伸测试仪模拟生理环境。这项工作进一步促进了对 体内...

环境可控的微拉伸测试用于力学自适应聚合物纳米复合材料的研究 离体 表征

利用胎盘评估外源性物质和纳米材料转运速率的方法 离体 人胎盘灌注模型

了解离体猪主动脉瓣在脉动复制器上的安装方法，用于评估流体动力学特性。该技术可在大型动物实验前测试新型心脏器械和修复材料，为心血管研究提供可靠的生物相关评估平台。

一个离体用于实验性主动脉瓣手术及新型医疗器械水动力学测试的猪模型

探索更多视频

一个 离体 用于实验性主动脉瓣手术及新型医疗器械水动力学测试的猪模型

探索更多视频

一个离体用于实验性主动脉瓣手术及新型医疗器械水动力学测试的猪模型