Protocolo para la evaluación relativa hidrodinámico de Tri-lámina polimérica Válvulas
17 de octubre de 2013
Se ha renovado el interés en el desarrollo de válvulas de polímero. Aquí, los objetivos son para demostrar la viabilidad de la modificación de un duplicador de pulso comercial para dar cabida a geometrías tri-prospecto y para definir un protocolo para presentar los datos hidrodinámicos de la válvula de polímero en comparación con los datos de la válvula nativa y protésica recogidos en condiciones casi idénticas.
El objetivo general del siguiente experimento es demostrar cómo un duplicador de pulsos in vitro disponible en el mercado puede acomodar prótesis emergentes de válvulas cardíacas de polímero de tres valvas y evaluar las métricas hidrodinámicas del ensamblaje. Esto se logra ensamblando un tubo y un soporte de válvula para acomodar una configuración de válvula de triple valva en el duplicador de pulsos. Como segundo paso, las válvulas de polímero se suturan en su lugar y se prueban para medir sus métricas hidrodinámicas. Las válvulas porcinas nativas y las válvulas cardíacas mecánicas también se prueban para validar las modificaciones del hardware del sistema en el diseño mecánico de la válvula sintética.
Los resultados muestran que el sistema duplicador de pulsos modificado se puede utilizar para evaluar válvulas de polímero con hidrodinámica de válvulas porcinas y mecánicas nativas, proporcionando así información sobre los aspectos funcionales del diseño de válvulas de polímero. Por lo general, las personas nuevas en este método se confundirán porque las técnicas son tediosas y hay muchos conceptos relacionados con las métricas hidrodinámicas que son necesarios para una evaluación exhaustiva de las prótesis valvulares y que normalmente no se enseñan en un plan de estudios de ingeniería tradicional. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el desarrollo funcional de las tecnologías emergentes de prótesis valvulares cardíacas, ya que la evaluación hidrodinámica proporciona información sobre cómo mejorar aún más las características de diseño de la válvula protésica har, junto con Manuel.
Asistiéndole. En esta demostración estará Carl Lande hermano y estudiante de pregrado en mi laboratorio. Este protocolo comienza con la fabricación del ensamblaje.
Esto incluye un soporte de válvula que se usa para suturar las valvas de la válvula, un tubo que se usa para alojar el soporte de la válvula y los accesorios circundantes que aseguran el conjunto en el sistema de duplicación de pulsos. También se requiere un sistema de duplicación de pulsos disponible en el mercado Antes de usar el sistema por primera vez, cebe todo el circuito. Limpie el sistema de bucle con agua y jabón.
Durante este proceso, reemplace los tubos degradados. A continuación, calibre los instrumentos conectados al circuito, que son la bomba, la sonda de flujo y los transductores de presión. La calibración comienza con una solución salina al 1%, seguida de una solución de glicerina análoga a la sangre.
Por lo general, se calibran para realizar mediciones en ubicaciones auriculares, aórticas y ventriculares. Una vez calibradas, proceda a preparar las válvulas. Obtenga cuatro corazones de cerdo frescos con la aorta intacta en un matadero aprobado por A-U-S-D-A.
Desempaque y enjuague un corazón con agua desionizada y colóquelo en un recipiente lleno de antibiótico antimicótico al 1% en PBS en hielo. Transpórtalo al laboratorio de pruebas hidrodinámicas. Coloque uno de los corazones en una sartén de disección y retire con cuidado su pericardio.
Mirando el lado ventral, inspeccione las cuatro cámaras y ubique el arco aórtico en la aorta intacta. Luego separa el corazón en mitades. Corte horizontalmente tres cuartos de pulgada por debajo del anillo en la unión entre la aorta y el ventrículo izquierdo, y aísle la aorta intacta unida al segmento de tejido ventricular izquierdo.
Examinar la válvula aórtica ubicada en la raíz aórtica en busca de daño o calcificación. Es la región entre la aorta ascendente y el anillo inferior. Si se ve bien, divida la aorta aproximadamente una pulgada por encima del anillo, de lo contrario, deseche el tejido.
A continuación, separe el segmento de tejido del ventrículo izquierdo por debajo del anillo para aislar la válvula aórtica con la válvula aislada. Proceda con la sutura para asegurar una válvula al soporte. Primero, colóquelo dentro del soporte de la válvula.
Alinee la base de la válvula con la base del soporte del poste. A continuación, asegure temporalmente la válvula con un clip. Tenga cuidado de no dañar la comisura o las cúspides.
Ahora, coloque las suturas en la parte inferior del soporte de la válvula. Pase la aguja a través del primer orificio y baje hasta el fondo. Luego, en forma de bucle, sutura la válvula al soporte de la válvula a lo largo de los postes.
Continúe suturando a lo largo de la circunferencia del soporte. Termine la sutura con una sutura adicional alrededor de las puntas de los postes para mayor seguridad. Una vez suturadas, asegure la válvula a todos los postes.
Retire el clip en esta demostración. Se utiliza un sistema de duplicación de pulsos vi vitro. Los pasos serán diferentes con otros sistemas.
Comience la evaluación configurando la frecuencia cardíaca del sistema en 70 latidos por minuto. A continuación, seleccione una forma de onda de flujo para impulsar la bomba, que en este caso es la forma de onda S 35. Ahora encienda el amplificador y la bomba de pistón y deje que se calienten durante 15 minutos.
Cuando pruebe una válvula bivalva, colóquela en el sistema en la posición aórtica para una válvula suturada. Primero, colóquelo dentro del tubo de vidrio para el ensamblaje a medida intercalando el tubo con las piezas superior e inferior y asegúrelas con tornillos laterales. Acabamos de insertar la válvula de polímero.
Este es el mismo procedimiento que utilizamos para insertar la válvula nativa. A continuación, coloque el conjunto entre la cámara aórtica y el soporte de la válvula aórtica original con la válvula en posición, unte grasa de vacío en todas las uniones que puedan tener fugas. A continuación, agregue dos litros de glicerina al 35% en solución salina al compartimento auricular.
Ahora que el sistema está lleno, el paso más importante es asegurarse de que todos los componentes estén bien calibrados. Dos personas trabajan juntas para configurar el sistema. Ahora, asegúrese de que el transductor de flujo esté configurado para la posición de aorta y enciéndalo siguiendo las instrucciones en la pestaña de calibración en el software, calibre la bomba y luego el transductor de flujo y luego los transductores de presión.
Una vez completadas las calibraciones, ponga en marcha la bomba a bajas revoluciones hasta que el líquido llene el compartimento aórtico. Compruebe si hay fugas y séllelas con grasa de vacío adicional. Gire las dos llaves de paso a la posición abierta.
Son los transductores aórticos y ventriculares. Aumente las RPM de la bomba hasta que el volumen de carrera alcance los 80 mililitros por latido. Deje que el sistema funcione durante 10 minutos hasta que el flujo se haya estabilizado.
Esto se puede verificar observando las formas de onda de flujo y presión en la pantalla. Cuando la variación entre los ciclos es inobservable o muy pequeña, el sistema se ha estabilizado. Ahora en el software de prueba VI, seleccione el modo de adquisición y haga clic en recopilar 10 ciclos del modo de análisis, haga clic en tabla y guarde el archivo.
Además, guarde una imagen de las formas de onda usando la instantánea de fotos. Se compararon la opción cinco, cuatro válvulas de polímero porcino nativo y dos bivalvas. El caudal se midió utilizando un caudalímetro electromagnético conectado a una sonda de flujo no invasiva colocada en la ubicación de la interfaz del ventrículo y las cámaras aórticas.
La presión ventricular se midió en la cámara ventricular utilizando un transductor de presión de micropunta superpuesto a este. Los resultados son los valores reportados para las válvulas nativas y de valva B con un diámetro de 29 milímetros. De la literatura.
La presión aórtica se midió justo aguas abajo de la posición de la válvula aórtica utilizando un transductor de presión de micropunta. Una vez más, también se dan los valores informados anteriormente para válvulas de 29 milímetros de diámetro. En resumen, se calcularon muchos parámetros a partir de las mediciones de caudal y presión realizadas.
El tamaño promedio de las válvulas probadas fue de alrededor de 22 milímetros de diámetro por valva. Las válvulas eran difíciles de conseguir. Por lo tanto, el tamaño de la muestra es pequeño.
Una vez dominada esta técnica, incluyendo la preparación de la muestra y la evaluación hidrodinámica, se puede realizar en unas dos horas y media. Pudimos demostrar utilizando un ensamblaje personalizado que construimos de una manera en la que podemos acomodar estructuras de válvulas de polímero de tres valvas o valvas triples, y luego incorporar posteriormente estos tipos de válvulas o estas válvulas de polímero en un bucle pulsátil comercial existente para la evaluación hidrodinámica funcional. Al mismo tiempo, pudimos demostrar que podemos comparar estas válvulas de manera objetiva con una válvula nativa, que también es trivalva en geometría.
En nuestro caso, utilizamos válvulas aórticas nativas porcinas porque estas válvulas son muy similares a las válvulas humanas. Finalmente, siguiendo estos procedimientos, también podemos mirar otras áreas de investigación, como el desarrollo de válvulas ensambladas en andamios que se pueden utilizar para la ingeniería de tejidos, con fines de válvulas cardíacas.
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Descripción general
Este estudio demuestra la viabilidad de modificar un duplicador de pulso comercial para acomodar válvulas cardíacas poliméricas con tres hojuelas. También establece un protocolo para evaluar las métricas hidrodinámicas de estas válvulas en comparación con válvulas nativas y mecánicas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Ingeniería Biomédica
- Dispositivos Cardiovasculares
- Hidrodinámica
Antecedentes
- Las tecnologías emergentes de válvulas cardíacas poliméricas requieren una evaluación exhaustiva.
- Las métricas hemodinámicas son fundamentales para evaluar el rendimiento de la válvula.
- Los métodos existentes podrían no abarcar adecuadamente las complejidades implicadas.
- Comprender estas métricas puede conducir a diseños protésicos mejorados.
Objetivo del estudio
- Modificar un duplicador de pulso para pruebas de válvulas con tres hojuelas.
- Establecer un protocolo para la evaluación hidrodinámica.
- Comparar válvulas poliméricas con sus contrapartes nativas y mecánicas.
Métodos Utilizados
- Ensamblaje de un soporte de válvula y tubo para configuración con tres hojuelas.
- Sutura de válvulas poliméricas y preparación para pruebas hidrodinámicas.
- Calibración del sistema duplicador de pulso con soluciones salinas y de glicerina.
- Pruebas de válvulas porcinas nativas y mecánicas para validación.
Resultados principales
- El duplicador de pulso modificado evalúa eficazmente la hidrodinámica de las válvulas de polímero.
- Los conocimientos obtenidos pueden orientar futuros diseños de válvulas de polímero.
- Los desafíos en la metodología destacan la necesidad de formación especializada.
- El estudio proporciona una base para investigaciones futuras en prótesis valvulares.
Conclusiones
- La evaluación hidrodinámica es crucial para el desarrollo de válvulas poliméricas.
- Los sistemas modificados pueden cerrar las brechas en las técnicas actuales de evaluación.
- Los trabajos futuros deben centrarse en perfeccionar estos métodos para su aplicación más amplia.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este protocolo permite la evaluación hidrodinámica temprana de válvulas cardíacas poliméricas con tres hojuelas mediante un duplicador de pulso comercial modificado, proporcionando datos funcionales objetivos para orientar las iteraciones de diseño. Al posibilitar la comparación directa con válvulas nativas y mecánicas en condiciones idénticas, reduce la variabilidad de las mediciones y apoya la reducción mecanicista de riesgos en el desarrollo de dispositivos cardiovasculares. El enfoque ofrece una plataforma escalable y reproducible para evaluar prótesis valvulares emergentes durante las fases de descubrimiento y preclínica.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de hipótesis sobre el diseño de válvulas mediante métricas hidrodinámicas cuantitativas bajo condiciones de flujo fisiológicamente relevantes.
- Valor operativo: Proporciona un sistema estandarizado para la evaluación funcional que reduce la variabilidad entre ensayos y técnicas de operador.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Valor científico: Genera resultados cuantitativos y reproducibles, como caída de presión, caudal y volumen regurgitante, para la selección comparativa de válvulas.
- Valor operativo: Facilita la preparación del ensayo al adaptar un sistema comercial para acomodar geometrías flexibles de tres hojuelas, lo que permite la reutilización de la plataforma.
Investigación Translacional y Preclínica
- Valor científico: Facilita la continuidad traslacional al permitir la evaluación comparativa de válvulas poliméricas frente a referencias nativas porcinas y mecánicas.
- Valor operativo: Permite tomar decisiones de avance ajustadas al riesgo al proporcionar datos objetivos de rendimiento hidrodinámico al inicio del ciclo de diseño.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
Este método se integra en el continuo de descubrimiento al apoyar la evaluación del diseño basada en hipótesis, permitir el cribado cuantitativo de prototipos de válvulas e informar la validación preclínica mediante perfiles hidrodinámicos comparados con patrones de referencia.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la verificación de hipótesis y la reducción de riesgos biológicos mediante la medición del rendimiento funcional de diseños de válvulas en un entorno controlado con flujo pulsátil.
- Selección: Ofrece normalización de ensayos y resultados hidrodinámicos cuantitativos que permiten comparaciones objetivas entre iteraciones de válvulas.
- Análisis: Proporciona resultados medibles que incluyen caída de presión en flujo directo, tasa media cuadrática de flujo en la raíz aórtica, dinámica de cierre, fugas y pérdida de energía para análisis comparativo.
- Investigación Traductiva: Conecta el descubrimiento con trabajos preclínicos al permitir la validación frente a válvulas mecánicas nativas y de referencia bajo condiciones de prueba idénticas.
- Reutilización Empresarial: Establece una capacidad reutilizable de pruebas hidrodinámicas que puede aplicarse en múltiples campañas de diseño de válvulas sin necesidad de desarrollar un sistema personalizado.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en el diseño de válvulas al proporcionar datos hidrodinámicos objetivos y comparables entre diferentes tipos de válvulas.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y la estandarización mediante un sistema comercial modificado con pasos definidos de calibración y preparación.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o detención al reducir el riesgo biológico en fases tardías mediante la eliminación temprana de riesgos funcionales en prototipos de válvulas poliméricas.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de diseños de válvulas basada en el rendimiento hidrodinámico cuantificable en comparación con referencias establecidas.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en hidrodinámica cardiovascular, técnicas de sutura valvular y operación de un sistema duplicador de pulso.
- Depende del acceso a un sistema duplicador de pulso comercial capaz de modificarse para acomodar válvulas triyelos.
- Necesita la estandarización entre equipos de los procedimientos de preparación valvular, sutura y calibración del sistema.
- Implica consideraciones de adaptación al aplicar el protocolo a diferentes materiales poliméricos, tamaños de válvula o condiciones de flujo.
- Se encuentra limitado por la complejidad técnica del montaje y la necesidad de formación especializada en la interpretación de métricas hidrodinámicas.
