Neuartiger perkutaner Ansatz für den Einsatz von 3D gedruckten koronaren Stenose-Implantaten in Schweinemodellen ischämischer Herzkrankheit
18. Februar 2020
Wir beschreiben eine neuartige, kostengünstige und effiziente Technik zur perkutanen Abgabe von dreidimensional bedruckten Koronarimplantaten, um geschlossene Schweinemodelle ischämischer Herzkrankheiten zu erstellen. Die Implantate wurden mit einem Mutter-Kind-Erweiterungskatheter mit hoher Erfolgsrate fixiert.
Unser MRT-kompatibles minimalinvasives geschlossenes Brustschweinmodell. Es erleichtert eine schnellere translationale Untersuchung von ischämischen Herzerkrankungen. Wir haben gezeigt, dass ein Mutter-Kind-Katheter verwendet werden kann, um koronare Implantate auf sichere und schnelle Weise präzise einzusetzen, wodurch die negativen Auswirkungen auf die tierischen Probanden begrenzt werden.
Unsere Methode kann verwendet werden, um neue diagnostische bildgebende Verfahren bei ischämischen Herzerkrankungen zu entwickeln. Mit einigen leichten Modifikationen, Es kann auch auf andere Gefäßerkrankungen Zustände angewendet werden. Obwohl es schwierig sein kann, die linke Hauptherzschlage bei kleineren Schweinen selektiv zu kinkern, ermöglicht die Verwendung eines Mutter-Kind-Katheters die Erzielung hervorragender Angiogramme.
Unsere Methode ermöglicht es uns, eine fokale koronare Läsion im Gefäß unserer Wahl zu induzieren und am selben Tag eine MRT-Studie durchzuführen. Die visuelle Demonstration der Technik wird dazu beitragen, Versuch und Fehler bei zukünftigen Untersuchungen zu reduzieren, was zu reproduzierbareren Ergebnissen führt. Verwenden Sie am Tag vor dem Eingriff eine Pinzette, um bedruckte Implantate in einer 25%Heparin-Lösung zu tauchen.
Und lassen Sie die Implantate für 24 Stunden trocknen. Bestätigen Sie am Tag des Eingriffs eine angemessene Sedierung bei einem 30 bis 45 Kilogramm schweren Yorkshire-Schwein und verwenden Sie die Seldinger-Technik, um die arteriellen und venösen Hüllen in die bilateralen Femoralarterien und Venen des Tieres einzufügen. Dann spülen Sie alle Katheteranschlüsse kontinuierlich mit Heparinisierter Normalsaline.
Nachdem der gefäßvaskuläre Zugang erhalten wurde, verabreichen Sie 5.000 bis 10.000 Einheiten Heparin, um eine aktivierte Gerinnungszeit von mehr als 300 hundert Sekunden aufrechtzuerhalten. Verwenden Sie für die hämodynamische Überwachung elektrokardiographische Brustfutter, um Veränderungen im ST-Segment, T-Wellen und Herzfrequenz während des gesamten Versuchszeitraums aufzuzeichnen. Verwenden Sie einen Druckaufnehmer, um den kontinuierlichen femoralen Arteriendruck während des gesamten Verfahrens aufzuzeichnen.
Befestigen Sie ein Pulsoximeter am Ohr des Tieres für kontinuierliche Pulsoximetrieaufnahmen. Legen Sie einen deflationierten NC TREK über den Drahtkoronarballon durch einen Mutter-Kind-Katheter der gewünschten Größe, so dass sich die Ballonspitze über die Spitze des Katheters erstreckt. Montieren Sie das 3D-gedruckte Implantat auf den deflationierten Angioplastieballon, so dass das Implantat zwischen den Markern des Ballons und in der Nähe des proximalen Markers positioniert ist.
Verwenden Sie dann einen Instaflator, um den Ballon auf zwei bis drei Atmosphären aufzublasen, um das Implantat auf den Ballon zu fixieren und zu überprüfen, ob das Implantat näher an der proximalen Hälfte des Ballons positioniert ist, sodass es dem Mutter-Kind-Katheter am nächsten ist, wenn es zur Entfernung bereit ist. Um eine koronare Angiographie mit einem fluoroskopischen C-Arm in der antero posterioren Projektion zu induzieren, befestigen Sie ein Steuerventil an einem linken oder rechten koronaren Führungskatheter. Stellen Sie den Führungskatheter über einen J-Kippdraht durch die rechte Oberschenkelarterienscheide vor.
Und unter fluoroskopischer Führung den Katheter zur Aortenwurzel vorrücken. Greifen Sie den Katheter selektiv in die linke Hauptherzschlagader ein und injizieren Sie unter Fluoroskopie fünf Milliliter jodierten Kontrast, um das linke Koronarsystem zu visualisieren. Positionieren Sie den Führungskatheter in Richtung der linken Hauptkoronararterie für das zweite Angiogramm.
Einmal innerhalb oder in der Nähe der linken Hauptkranzgefäße eingebunden, bringen Sie einen 0,014 Zoll 300 Zentimeter hohen Koronardraht in die linke Hauptkranzarterie und bringen Sie den Draht weiter zur distalen linken vorderen hinteren arteriealen Arterie vor. Setzen Sie den zuvor montierten Mutter-Kind-Katheter mit dem aufgeblasenen koronaren Angioplastieballon und Implantat über den Koronardraht ein und bringen Sie die Montage an die gewünschte Stelle entlang des Herzkranzgefäßes. Injizieren Sie fünf Milliliter jodierten Kontrast, um eine diskrete Verengung an der gewünschten Stelle zu visualisieren, an der das koronare Implantat eingesetzt werden soll.
Sobald das Implantat in Position ist, bringen Sie den Mutter-Kind-Katheter zum proximalen Marker des aufgeblasenen Ballons. Die geometrischen Abhängigkeiten des Entbindungssystems ermöglichen es, die Stenose innerhalb des proximalen bis mittleren Teils der Schweinekranzarterie zu positionieren. Entleeren Sie den Ballon und ziehen Sie ihn durch den Mutter-Kind-Katheter, um das Implantat beim Einziehen aus dem Ballon zu scheren, wodurch die Position des Implantats innerhalb des angegebenen Segments des Gefäßes fixiert wird.
Führen Sie dann abschließende Angiogramme durch, um die Position der neuen künstlichen Stenose im Gefäß und zwei orthogonale Ansichten wie möglich zu dokumentieren, um eine visuelle Abschätzung des Schweregrads der Stenose zu erhalten. Sezieren Sie nach der Ernte das Ex-vivo-Herz, um die Herzkranzgefäße freizulegen. Beachten Sie die Position des Implantats in Bezug auf die Zweige, neben den es positioniert wurde, um die Implantate zu holen und das Gefäß auf grobe Verletzungen zu untersuchen.
Dann fotografieren Sie das Herzgewebe für grobe Pathologie und Fleck mit TTC, um Myokardinfarkt auszuschließen. Bei diesen Stress-Herzprofusions-Magnetresonanzbildern eines koronaren Implantats, das in der proximalen bis mittleren linken vorderen vorderen arterienden Arterie eingesetzt wird, kann das implantierte Gefäß im Ruhezustand und in Spitzenzeiten adenosiner Vasodilatatorspannung beobachtet werden. Beachten Sie die induzierbaren Perfusionsfehler in den Segmenten, die von der linken vorderen absteigenden Arterie subtendiert werden.
Denken Sie daran, sicherzustellen, dass der Mutter-Kind-Katheter vor der Deflation des Koronarballons in einer stabilen Position gegen das Implantat bündig ist, um das Scheren des Ballons beim Entzug zu ermöglichen. Wir können nun ein Implantat einsetzen und eine komplette MR-Bildgebungsstudie durchführen, die an einem einzigen Tag abgeschlossen wird, wodurch die zeitlichen und logistischen Herausforderungen für diese Experimente drastisch reduziert werden.
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Übersicht
Diese Studie stellt eine neuartige Technik für die perkutane Applikation dreidimensional gedruckter koronarer Implantate in Schweinemodellen der ischämischen Herzkrankheit vor. Die Methode nutzt einen Mother-and-Child-Erweiterungskatheter und weist eine hohe Erfolgsrate bei der Implantatplatzierung auf.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Kardiovaskuläre Forschung
- Biomedizinische Technik
- Translationale Medizin
Hintergrund
- Die koronare Herzkrankheit ist ein bedeutendes gesundheitliches Problem.
- Bestehende Modelle zur Untersuchung dieses Zustands können invasiv und komplex sein.
- Minimalinvasive Techniken können das Wohlergehen der Versuchstiere und die Effizienz der Forschung verbessern.
- Der dreidimensionale Druck eröffnet neue Möglichkeiten für maßgeschneiderte Implantate.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer kosteneffektiven Methode zur Implantatapplikation in die Koronararterien.
- Verbesserung der Sicherheit und Wirksamkeit von Schweinemodellen in der Forschung zur ischämischen Herzkrankheit.
- Ermöglichung der Entwicklung neuer diagnostischer Bildgebungstechniken.
Verwendete Methoden
- Verwendung eines Mutter-Kind-Katheters für eine präzise Implantation.
- Herstellung dreidimensional gedruckter koronarer Implantate.
- Etablierung eines geschlossenen Schweinemodells.
- Beurteilung der Angiographiequalität nach der Implantation.
Hauptergebnisse
- Die Technik ermöglicht eine schnelle und sichere Implantateinbringung.
- Mithilfe des Mother-and-Child-Katheters wurden hochwertige Angiogramme gewonnen.
- Die Methode zeigt Anwendungspotenzial bei anderen vaskulären Erkrankungen.
- Nebenwirkungen an Versuchstieren wurden minimiert.
Schlussfolgerungen
- Diese neuartige Technik verbessert die Erforschung der ischämischen Herzkrankheit.
- Sie bietet einen Rahmen für zukünftige Forschung zu vaskulären Erkrankungen.
- Die Methode kann an verschiedene Fortschritte in der diagnostischen Bildgebung angepasst werden.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Diese Methode ermöglicht die schnelle und reproduzierbare Erstellung fokaler koronarer Stenosemodelle beim Schwein und unterstützt so die präklinische Bewertung von diagnostischen Bildgebungsverfahren und therapeutischen Interventionen bei ischämischer Herzkrankheit. Durch die Verbesserung der Verfahrenseffizienz und die Verringerung des Tierstresses erhöht sie das Übertragungsvertrauen bei der Validierung kardiovaskulärer Zielstrukturen und der Identifizierung von Wirkstoffkandidaten. Der Ansatz behebt einen zentralen Engpass bei der Entwicklung von Großtiermodellen und ermöglicht die Durchführung von Screening-Untersuchungen zu Mechanismen der koronaren Herzkrankheit mit höherer Durchsatzleistung.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die gezielte Induktion fokaler Koronarläsionen zur Überprüfung therapeutischer Hypothesen in ischämischen Signalwegen.
- Operativer Wert: Verringert die Rate an Prozedurfehlern und verbessert so die Reproduzierbarkeit von Stenosemodellen über verschiedene Studienkohorten hinweg.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet standardisierte, quantifizierbare Koronarverengung zur konsistenten Beurteilung von bildgebenden Biomarkern und Arzneimittelwirkungen.
- Operativer Wert: Ermöglicht am selben Tag durchgeführte MRT- und Angiographie-Auswertungen und beschleunigt dadurch die Analysezeiten in Entdeckungsprozessen.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt krankheitsrelevante Schweinemodelle, die die Lücke zwischen Entdeckung und präklinischer Validierung von koronaren Interventionen schließen.
- Operativer Wert: Ermöglicht die longitudinale Bildgebung und funktionelle Beurteilung innerhalb einer einzigen Sitzung und reduziert so den Tierversuchseinsatz und die logistische Komplexität.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Technik fügt sich in den Kontinuum der kardiovaskulären Forschung ein und ermöglicht die Modellierung von Läsionen vor der therapeutischen Screening-Phase sowie mechanistische Folgeuntersuchungen in Programmen zur ischämischen Herzkrankheit.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung durch Erzeugung kontrollierter koronarer Stenosen zur Bewertung von wegspezifischen Reaktionen.
- Screening: Liefert reproduzierbare angiographische und Perfusionsschwellenwerte zur Beurteilung von Wirkstoffen oder Geräten.
- Analytik: Erzeugt quantitative MRT- und angiographische Ergebnisse zum Vergleich der ischämischen Belastung unter verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet die Modellierung akuter Stenosen mit der präklinischen Beurteilung der Umkehr von Perfusionsschäden oder von Remodeling.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform zur Erzeugung koronarer Modelle über mehrere Projekte zu Gefäßerkrankungen hinweg.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Verbessert die Vorhersagesicherheit bei koronaren Läsionsmodellen durch präzise, reproduzierbare Implantatplatzierung.
- Operativer Wert: Nutzt die bestehende Mother-and-Child-Katheter-Infrastruktur aus und minimiert den Bedarf an neuer Ausrüstung.
- Strategischer Wert: Verringert den zeitlichen und ressourcenmäßigen Aufwand bei der Modellentwicklung und ermöglicht schnellere Go/No-Go-Entscheidungen.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung koronarwirksamer Kandidaten basierend auf zuverlässiger Ischämieinduktion.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der interventionellen Kardiologie und der Schweiß-Hämodynamik.
- Ist abhängig von Durchleuchtungs-, MRT- und angiographischen Bildgebungssystemen.
- Erfordert eine standardisierte Implantatvorbereitung (z. B. Heparinbeschichtung) und einen sorgfältigen Umgang mit Kathetern.
- Muss Gefäßgrößenbeschränkungen bei kleineren Schweinemodellen berücksichtigen.
- Beinhaltet eine prozedurale Schulung, um eine stabile Positionierung von Mother-and-Child-Kathetern während der Ballondeflation aufrechtzuerhalten.
