Artículo de método

La fabricación de calibre pequeño endoprótesis Uso de electrospinning y balón expandible Bare stents metálicos

8.8K vistas

⸱

DOI:

10.3791/54731

⸱

26 de octubre de 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Engineering, Mayo Clinic, 2Department of Cardiovascular Diseases, Mayo Clinic, 3Department of Cardioangiology, ICRC, St. Anne's University Hospital, 4Department of Vascular Surgery, Mayo Clinic, 5Department of Physiology and Biomedical Engineering, Mayo Clinic

En este artículo

Resumen

En el protocolo, presentamos un método para fabricar un stent-injerto de pequeño calibre mediante la intercalación de un stent expandible con balón entre dos capas de poliuretano nanofibroso electrohilado.

Resumen

Los injertos de stent se utilizan ampliamente para el tratamiento de diversas afecciones como lesiones aórticas, aneurismas, émbolos debidos a procedimientos de intervención coronaria y perforaciones en la vasculatura. Estos injertos de stent se fabrican cubriendo un stent con una membrana polimérica. Un stent-injerto ideal debe tener un stent biocompatible cubierto por una membrana polimérica porosa, tromboresistente y biocompatible que imite la matriz extracelular, promoviendo así la cicatrización del sitio de la lesión. El objetivo de este protocolo es fabricar un stent-injerto de pequeño calibre encapsulando un stent expandible con balón dentro de dos capas de nanofibras de poliuretano electrohiladas. Se ha demostrado que el electrohilado de poliuretano ayuda a la curación al imitar la matriz extracelular nativa, promoviendo así la endotelización. El electrohilado de nanofibras de poliuretano sobre un mandril de rotación lenta nos permitió controlar con precisión el grosor de la membrana nanofibrosa, lo cual es esencial para lograr un stent-injerto expandible con balón de pequeño calibre. La validación mecánica mediante el engarzado y la expansión del stent-injerto ha demostrado que la membrana de poliuretano nanofibroso es lo suficientemente flexible como para engarzar y expandirse mientras permanece patente sin mostrar signos de desgarro o delaminación. Además, los stents-injertos fabricados con los métodos aquí descritos son susceptibles de ser implantados mediante un procedimiento de intervención coronaria utilizando catéteres guía de tamaño estándar.

Introducción

procedimientos de intervención coronaria causan daños significativos pared del vaso debido a la interrupción de la pared de la placa y el vaso. Esto da lugar a la reestenosis, la embolia periférica en los injertos de vena, y la discontinuidad de la luz coronaria 1-4. Para evitar estas complicaciones, una estrategia prometedora será para cubrir la superficie vascular en el sitio de la angioplastia, que potencialmente inhibir la restenosis, mitigar los riesgos de discontinuidad de la luz del vaso, y prevenir la embolia periférica. Estudios previos han comparado stents de metal desnudo al stent-injertos con resultados positivos para los injertos de stent 5. Los investigadores han utilizado varios materiales para la fabricación de membranas para cubrir los stents. Esto incluye materiales sintéticos como tetraftalato de polietileno (PET), politetrafluoroetileno (PTFE), poliuretano (PU), y silicio o tejido de vaso autólogo para la fabricación de stents cubiertos 6-9. Un material de injerto ideales utilizado para cubrir el stent se debe a los trombos, no biodegradable, y debe integrarse con el tejido nativo sin excesiva proliferación y la inflamación 10. El material de injerto utilizado para cubrir el stent debe también promover la cicatrización del stent-injerto.

Injertos de prótesis endovasculares son ampliamente utilizados para el tratamiento de la coartación aórtica, pseudo-aneurisma de la arteria carótida, fístulas arteriovenosas, degeneraron injertos venosos, y grande para los aneurismas cerebrales gigantes. Pero el desarrollo de las pequeñas calibre injertos de stent está limitada por la capacidad de mantener bajo perfil y la flexibilidad, que ayuda en el despliegue de la endoprótesis-injertos 11-14. PU es un polímero elastomérico con una buena resistencia mecánica, que es un rasgo deseado para lograr un perfil bajo y una buena flexibilidad 15,16. Además de tener una buena capacidad de entrega, las endoprótesis también deberían promover la curación rápida y endotelización. PU cubierta de endoprótesis han demostrado una mejor biocompatibilidad y la endotelización 17 mejorada. Los investigadores tienenpreviamente tratado de endothelialize PU cubierta de endoprótesis mediante la siembra con las células endoteliales 17. Electrohilado de PU para crear la matriz de nanofibras se ha demostrado ser una técnica valiosa para la producción de injertos vasculares 18,19. La existencia de nanofibras que imitan la arquitectura de la matriz extracelular nativa también es conocido para promover la proliferación de células endoteliales 20,21. Electrospinning también permite el control sobre el grosor del material 22. injertos vasculares de pequeño calibre hechas de PU se han estudiado para promover la curación mediante el uso de modificaciones tales como revestimientos de superficie, anti-coagulantes, y supresores de proliferación celular. Todas estas modificaciones están diseñados para mediar la aceptación de acogida y promover la cicatrización del injerto 23.

Nuestro grupo ha desarrollado un stent metálico expandible con balón que puede desplegarse en modelos animales 24-26. La combinación de una malla electrospun de poliuretano y una bolaoon stent expandible nos ha permitido generar globo pequeño calibre de stent-injertos. La mayoría de los injertos de prótesis endovasculares disponibles en la actualidad se introducen a través de la arteria femoral durante un procedimiento de intervención, pero sólo unos pocos stents cubiertos comerciales se puede introducir el tamaño de 1 francesa más grande que el requerido para un globo desinflado 27. En este estudio hemos desarrollado un pequeño calibre vascular stent-injerto mediante la encapsulación de un stent expansible por globo entre dos capas de electrospun PU que se pueden suministrar a una arteria coronaria utilizando un catéter de guía francés 8-9 estándar en un procedimiento de intervención percutánea.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Protocolo

1. electrospinning de poliuretano en el mandril del colector

  1. Preparar mandril para electrospinning
    1. Derretir aproximadamente 8 ml de biocompatible, de calidad alimentaria, material de soporte soluble en agua en un cilindro graduado (aproximadamente 9 mm de diámetro y 110 mm de profundidad) a 155 ° C utilizando un horno.
    2. Sumergir un diámetro de 3 mm y 100 mm de largo mandril de acero inoxidable para obtener un recubrimiento de material de apoyo en la superficie del mandril. Antes de la inmersión, colocar los mandriles en el horno a 155 ° C durante aproximadamente 15 min para elevar la temperatura de la superficie del mandril que ayuda a humedecer la superficie con el material de soporte fundido.
    3. Deje el mandril de cruce enfríen a aproximadamente 140 ° C, mientras que el material de soporte fundido solidifica formando una capa delgada uniforme sobre la superficie del mandril. Durante el proceso de enfriamiento, colgar el mandril verticalmente de modo que la gravedad hace que el exceso de material de soporte a gotear. Este recubrimiento permite una fácileliminación del acabado stent-injerto del mandril.
  2. Configuración del colector mandril del sistema de electrospinning (como se muestra en la Figura 1)
    1. Alinear el mezclador de laboratorio horizontalmente y conectar una barra de plástico que se mantenga el mandril de acero inoxidable en el extremo opuesto dentro de la campana de humos.
    2. Se disuelve el material de soporte de la punta del mandril sumergiendo sólo la punta del mandril en agua para dar cabida a la barra de soporte de plástico en el extremo del mandril. Apoyar la varilla de soporte de plástico en el extremo libre del mandril para ayudar en la rotación uniforme del colector mandril.
    3. Utilice tornillos de fijación de las barras de soporte de plástico para fijar el mandril de acero inoxidable y evitar resbalones durante el electrospinning.
    4. Conectar a tierra el colector de vástagos uniendo un cable de tierra en forma de U para el mandril de acero inoxidable. Utilizar juntas tóricas de goma para sujetar el cable de tierra a los lados del mandril.
  3. Setting hasta sistema de extrusión de poliuretano líquido del sistema de electrospinning
    1. Mezclar dimetilacetamida (DMA) con un 25% (m / v) solución de poliuretano (PU) de valores para obtener el 15% (m / v) de la PU en DMA solución (por ejemplo, añadir 6 ml de DMA a la solución de la PU 9 ml de 25%).
      ¡PRECAUCIÓN! Trabajar dentro de una campana de humos con el equipo de protección personal adecuado.
    2. Llene una jeringa de vidrio de 5 ml con una aguja de acero inoxidable de extremo romo (hilera) con una solución de PU 15%.
    3. Programar la bomba de jeringa para extruir a 0,01 ml / min basado en el diámetro interior de la jeringa.
    4. El montaje de jeringa con la hilera en la bomba de jeringa horizontalmente con la punta de la aguja aproximadamente 20 cm desde el colector mandril. Aislar la jeringa de las partes conductoras de la jeringa de la bomba con láminas de caucho para evitar la formación de arco eléctrico.
    5. Conectar el generador de alta tensión a la hilera de la jeringa utilizando una pinza de conexión.
  4. Haga funcionar la bomba de jeringa a 0,01 ml / min y rotaTA El mandril con el mezclador de laboratorio funcionando a baja velocidad (por ejemplo, 50 rpm).
  5. Aplicar un diferencial de tensión de 20 kV a través de la hilera y el mandril colector. nanofibras PU comenzarán depositar sobre el mandril giratorio y una capa fina serán visibles dentro de varios minutos. Asegúrese de que la campana de humos se apaga y el escape se cierra para evitar la pérdida de nanofibras electrospun.

2. electrospinning un stent-injerto

  1. nanofibras Electrospin PU sobre un mandril giratorio durante 2 horas para crear un tubo uniforme (como se explica en el paso 1).
  2. Retire el mandril de la barra de plástico conectado a la mezcladora de laboratorio para instalar el stent metálico. Encienda campana de humos y gases de escape abierta antes de retirar el mandril para asegurar que el remanente se eliminan los vapores de disolvente.
  3. Deslizar el stent de balón expandible 26 de acero inoxidable en el tubo electrospun a una ubicación deseada. Puede que sea necesario ampliar ligeramente el stent por lo que SLIps sin dañar el tubo electrospun.
  4. Unir el stent para asegurarse de que el stent está firmemente establecido en el material del tubo sobre el mandril y no lo suficientemente floja como para deslizarse. Esto también ayudará a evitar la deslaminación de las capas interior y exterior.
  5. Cargar el mandril con el tubo y el stent de nuevo en la barra de plástico de la mezcladora de laboratorio para electrospinning la capa exterior de la stent-injerto.
  6. nanofibras Electrospin durante 3 horas tal como se explica en el paso 1 para fabricar la capa exterior de la stent-injerto.
  7. Después de electrospinning el exterior después, circunferencialmente cortar el material de la PU de aproximadamente 1 mm de los extremos del stent utilizando un bisturí.
  8. Remojar el mandril con stent-injerto en agua desionizada para disolver el material de soporte del mandril que se suelte el stent-injerto de mandril. Reemplazar con agua fresca como sea necesario para disolver completamente el material de soporte.
  9. Una vez que se disuelve el material de soporte, retire con cuidado el stent-injerto a partir de tél mandril y dejar secar. Considere empapando el stent-injerto eliminado en agua desionizada para disolver cualquier material de soporte restante antes de permitir que se seque al aire.

3. El análisis de Manufactured endoprótesis

  1. Deslizar el stent-injerto en un globo tríptico 3 mm.
  2. Unir el stent-injerto sobre el globo usando una herramienta de mano que prensa.
  3. Inspeccionar el stent-injerto rizada utilizando un microscopio de engarce uniforme y cualesquiera otros signos de insuficiencia como la delaminación o pinchazo del material de la cubierta debido a la deformación del stent.
  4. Expandir el stent-injerto al diámetro diseñado de 3 mm mediante la presurización del globo tríptico con un dispositivo de inflado y agua. Una vez más, examinar la stent-injerto expandido para la expansión uniforme y signos de insuficiencia.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Resultados

Nuestra configuración ElectroSpinner (Figura 1) se ha traducido en nanofibras de poliuretano de alta calidad (Figura 2). Un stent-injerto está fabricado por electrospinning una capa interior de poliuretano sobre un mandril, deslizamiento de un stent metálico sobre esta capa, y electrospinning una segunda capa exterior de poliuretano (Figura 3). nanofibras de poliuretano se electrospun a razón de 50 m / h, lo que resulta en una capa interior de 100 micras y una cap...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Discusión

Hemos desarrollado una técnica de fabricación para un injerto de stent de pequeño calibre que se puede implementar mediante un procedimiento estándar de intervención coronaria percutánea (ICP). Los injertos de stent disponibles actualmente tienen una capacidad limitada para mantener un perfil bajo y flexibilidad para el despliegue. Los stents metálicos desarrollados por nuestro grupo en nuestros estudios anteriores han demostrado ayudar en la curación rápida de la arteria con stent24,26. Varios polímeros han s...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Divulgaciones

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Agradecimientos

Nos gustaría agradecer a la División de Ingeniería de Mayo Clinic por su apoyo técnico. Este estudio contó con el apoyo financiero del Fondo Europeo de Desarrollo Regional - FNUSA-CICR (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), los Institutos Nacionales de Salud (T32 HL007111), la Subvención para el Desarrollo Científico de la Asociación Americana del Corazón (AHA #06-35185N) y el Fondo de Innovación Grainger - Fundación Grainger.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Jeringa de vidrioAir Tite7.140-33Jeringa para spinneret
Cilindro graduado de 5 mlFisher Scientific08-552-4GCilindro graduado de pyrex de 5 ml de aproximadamente 9 mm de diámetro y 11 cm de largo
Generador de alto voltajeBertan Accociates, Inc.205A-30PSe utiliza para aplicar la diferencia de voltaje a través de la hilera y el colector
Mezclador de laboratorio con control de rpmScilogexSCI-84010201Disponible en varios proveedores de equipos de laboratorio
PoliuretanoDSMBioSpan SPU Biospanpoliuretano segmentado
McMaster Carr1370N11Se utiliza para aislar la jeringa durante el electrohilado
Mandril de acero inoxidableN/AN/AFabricado 
Aguja de acero inoxidableHamilton91018Utilizada como hilandera en electrohilado
Material de soporteEnvisionTecB04-HT-DEMOMATMaterial soluble en agua biocompatible
Bomba de jeringaHarvard Apparatus55-3333
Hoja de caucho de

Referencias

  1. Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
  2. Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
  3. Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
  4. Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
  5. Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
  6. Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
  7. Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
  8. Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
  9. Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
  10. Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
  11. Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
  12. Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
  13. Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
  14. Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
  15. Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
  16. Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
  17. Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
  18. Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
  19. Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
  20. Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
  21. Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
  22. Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
  23. Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
  24. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. Ann. Biomed. Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  25. Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099(2015).
  26. Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100(2015).
  27. de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
  28. Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
  29. Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Reimpresiones y permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este artículo de JoVE

Solicitar permiso

Etiquetas

Fabricaci n de endopr tesis vasculareselectrohilado de poliuretanostent expandible con bal nmembrana de nanofibrasvalidaci n mec nicaexpansi n por engastenanofibras polim ricasmontaje de electrohiladoimplantaci n de stent

Artículos relacionados