Article de méthode

Fabrication de petit calibre endoprothèses Utilisation Électrofilage et ballon expansible métal nu Stents

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DOI :

10.3791/54731

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26 octobre 2016

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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

Dans cet article

Résumé

Dans le protocole, nous présentons une méthode pour fabriquer une endoprothèse de petit calibre en prenant en sandwich une endoprothèse expansible par ballonnet entre deux couches de polyuréthane nanofibreux électrofilées.

Résumé

Les endoprothèses sont largement utilisées pour le traitement de diverses affections telles que les lésions aortiques, les anévrismes, les embolies dues aux procédures d’intervention coronarienne et les perforations dans le système vasculaire. De tels stent-greffes sont fabriqués en recouvrant un stent d’une membrane polymère. Une endoprothèse idéale devrait être recouverte d’une membrane polymère poreuse, thromborésistante et biocompatible qui imite la matrice extracellulaire, favorisant ainsi la cicatrisation du site de la blessure. L’objectif de ce protocole est de fabriquer une endoprothèse de petit calibre en encapsulant une endoprothèse expansible par ballonnet dans deux couches de nanofibres de polyuréthane électrofilées. Il a été démontré que l’électrofilage du polyuréthane aide à la cicatrisation en imitant la matrice extracellulaire native, favorisant ainsi l’endothélialisation. L’électrofilage de nanofibres de polyuréthane sur un mandrin à rotation lente nous a permis de contrôler avec précision l’épaisseur de la membrane nanofibreuse, ce qui est essentiel pour réaliser une endoprothèse expansible par ballonnet de petit calibre. La validation mécanique par sertissage et expansion de l’endoprothèse a montré que la membrane de polyuréthane nanofibreuse est suffisamment flexible pour être sertie et dilatée tout en restant brevetée sans montrer de signes de déchirure ou de délamination. De plus, les endoprothèses fabriquées à l’aide des méthodes décrites ici peuvent être implantées à l’aide d’une procédure d’intervention coronarienne à l’aide de cathéters de guide de taille standard.

Introduction

procédures d'intervention coronaire causent importante blessure à la paroi du vaisseau en raison de la perturbation de la paroi de la plaque et du navire. Cela se traduit par la resténose, l' embolie périphérique dans les greffes de veine, et la discontinuité de lumière coronaires 1-4. Pour éviter ces complications, une stratégie prometteuse sera de couvrir la surface vasculaire dans le site d'angioplastie, qui pourrait inhiber la resténose, d'atténuer les risques de discontinuité de lumière du vaisseau, et de prévenir l'embolie périphérique. Des études antérieures ont comparé les stents métalliques nus au stent-greffes avec des résultats positifs pour les endoprothèses 5. Les chercheurs ont utilisé plusieurs matériaux pour la fabrication de membranes pour couvrir les stents. Cela comprend des matériaux synthétiques tels que le polyéthylène tétraphtalate (PET), polytétrafluoroéthylène (PTFE), du polyuréthane (PU), et le silicium ou d'un tissu de vaisseau autologue pour la fabrication des stents recouverts 6-9. Un matériau de greffe idéal utilisé pour couvrir le stent doit être thrombo, non biodegradable, et devrait intégrer le tissu natif sans prolifération excessive et de l' inflammation 10. Le matériau de greffe utilisé pour couvrir le stent devrait également favoriser la guérison du stent-greffe.

Endoprothèses sont largement utilisés pour le traitement de la coarctation de l'aorte, pseudo-anévrismes de l'artère carotide, les fistules artério-veineuses, dégénérés greffes veineuses, et grand pour les anévrismes cérébraux géants. Mais le développement du calibre de petites greffes d' endoprothèse est limitée par la capacité de maintenir un profil bas et sa flexibilité, ce qui facilite le déploiement des endoprothèses 11-14. PU est un polymère élastomère avec une bonne résistance mécanique qui est un trait souhaité pour atteindre un profil bas et une bonne flexibilité 15,16. En plus d'avoir une bonne délivrabilité, les endoprothèses devraient également favoriser la guérison rapide et endothélialisation. PU couvert endoprothèses ont démontré une meilleure biocompatibilité et endothélialisation 17 amélioré. Les chercheurs ontdéjà tenté de endothélialiser PU couvert endoprothèses en les ensemençant avec des cellules endothéliales 17. Électrofilage de PU pour créer la matrice de nanofibres a été montré être une technique utile pour la fabrication de greffes vasculaires 18,19. L'existence de nanofibres qui imitent l'architecture de la matrice extracellulaire native est également connue pour favoriser la prolifération des cellules endothéliales 20,21. Électrofilage permet également le contrôle de l'épaisseur du matériau 22. Petit calibre, des greffes vasculaires en PU ont été étudiées pour favoriser la cicatrisation en utilisant des modifications telles que des revêtements de surface, des anti-coagulants et des inhibiteurs de la prolifération cellulaire. Toutes ces modifications sont destinées à servir de médiateur l' acceptation de l' hôte et favoriser la guérison de la greffe 23.

Notre groupe a développé un ballon extensible stent en métal nu qui peut être déployé dans des modèles animaux 24-26. La combinaison d'un maillage électrofilées de polyuréthane et une billeoon stent extensible nous a permis de générer de calibre petit ballonnet expansible endoprothèses. La plupart des endoprothèses actuellement disponibles sont introduits par l'artère fémorale au cours d' une procédure interventionnelle, mais seulement quelques stents couverts commerciaux peuvent être introduits 1 taille française supérieure à celle requise pour un ballon non gonflé 27. Dans cette étude, nous avons mis au point un stent-greffe vasculaire de petit calibre en encapsulant un stent extensible à ballonnet entre deux couches de électrofilés PU qui peuvent être livrés à une artère coronaire en utilisant un 8-9 Français cathéter-guide standard dans une procédure interventionnelle percutanée.

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Protocole

1. Électrofilage de polyuréthane sur Mandrin Collector

  1. Préparer mandrin pour électrofilage
    1. Faire fondre environ 8 ml d'biocompatible, de qualité alimentaire, la matière de support soluble dans l'eau dans un cylindre gradué (environ 9 mm de diamètre et 110 mm de profondeur) à 155 ° C en utilisant un four.
    2. Tremper un diamètre de 3 mm et 100 mm de long mandrin en acier inoxydable pour obtenir un revêtement de matériau de support sur la surface du mandrin. Avant l'immersion, placer les mandrins dans le four à 155 ° C pendant environ 15 minutes pour élever la température de la surface du mandrin qui aide à mouiller la surface du matériau de support fondu.
    3. Laisser refroidir le mandrin trempé à environ 140 ° C, tandis que le matériau de support fondu se solidifie en formant un mince revêtement uniforme sur la surface du mandrin. Pendant le processus de refroidissement, accrocher le mandrin verticalement de sorte que la gravité fait un matériau de support en excès à égoutter. Ce revêtement permet facilementle retrait de la greffe à stent fini du mandrin.
  2. La configuration du collecteur de mandrin du système d'électrofilage (comme représenté sur la figure 1)
    1. Aligner le mélangeur de laboratoire horizontalement et connecter une tige en plastique qui tiendra le mandrin en acier inoxydable à l'extrémité opposée à l'intérieur de la hotte.
    2. Dissoudre le matériau de support de la pointe du mandrin en immergeant que la pointe du mandrin dans l'eau pour recevoir la tige de support en matière plastique à l'extrémité du mandrin. Soutenir la tige de support en matière plastique à l'extrémité libre du mandrin pour faciliter la rotation uniforme du collecteur de mandrin.
    3. Utilisez les vis de réglage dans les tiges de support en plastique pour fixer le mandrin en acier inoxydable et éviter de glisser pendant électrofilage.
    4. La masse du collecteur de mandrin par fixation d'un fil de masse en forme de U sur le mandrin en acier inoxydable. Utilisez joints toriques en caoutchouc pour maintenir le fil de terre sur les côtés du mandrin.
  3. Setting liquide système d'extrusion de polyuréthane du système d'électrofilage
    1. Mélanger diméthylacétamide (DMA) avec 25% (m / v) solution polyuréthane (PU) stock pour obtenir 15% (m / v) PU DMA solution (par exemple, ajouter 6 ml de DMA à la solution PU 9 ml de 25%).
      PRUDENCE! Travailler dans une hotte avec un équipement de protection adéquat.
    2. Remplir une seringue en verre de 5 ml avec une aiguille en acier inoxydable à extrémité émoussée (la filière) avec une solution de polyuréthane à 15%.
    3. Programmer la pompe de seringue à extruder à 0,01 ml / min sur la base du diamètre interne de la seringue.
    4. Monter la seringue avec lière sur la pompe de la seringue horizontalement avec la pointe de l'aiguille à environ 20 cm du collecteur de mandrin. Isoler la seringue des parties conductrices de la seringue de la pompe en utilisant des feuilles de caoutchouc pour éviter un arc électrique.
    5. Connecter le générateur de haute tension à la filière de la seringue en utilisant une pince crocodile.
  4. Faire fonctionner la pompe de seringue à 0,01 ml / min et rotatE le mandrin avec le mélangeur de laboratoire fonctionnant à vitesse lente (par exemple, 50 tours par minute).
  5. Appliquer un différentiel de tension de 20 kV à travers la filière et le mandrin de collecteur. nanofibres PU vont commencer à déposer sur le mandrin en rotation et une couche mince seront visibles en quelques minutes. Vérifiez que la hotte est éteinte et échappement est fermée pour éviter la perte de nanofibres électrofilées.

2. Électrofilage un stent-graft

  1. nanofibres Electrospin PU sur un mandrin en rotation pendant 2 heures pour créer un tube uniforme (comme expliqué à l'étape 1).
  2. Retirer le mandrin de la tige en matière plastique reliée au mélangeur de laboratoire pour installer le stent métallique nu. Allumez la hotte et d'échappement ouverte avant de retirer le mandrin pour veiller à ce que reste vapeurs de solvant sont éliminés.
  3. Faites glisser le stent ballon en acier inoxydable expansible 26 sur le tube de électrofilés à un endroit désiré. Il peut être nécessaire d'élargir légèrement le stent de sorte qu'il SLips sans endommager le tube électrofilé.
  4. Sertir le stent pour vous assurer que le stent est bien fixé sur le matériau du tube sur le mandrin et pas assez lâche pour glisser. Cela aidera également à prévenir la délamination des couches internes et externes.
  5. Charger le mandrin avec le tube et le stent à nouveau sur la tige en plastique du mélangeur de laboratoire pour l'électrofilage de la couche externe du stent-greffe.
  6. nanofibres Electrospin pendant 3 heures comme expliqué à l'étape 1 pour fabriquer la couche externe du stent-greffe.
  7. Après l'extérieur électrofilage plus tard, de manière circonférentielle couper le matériau polyuréthane à environ 1 mm par rapport aux extrémités de l'endoprothèse vasculaire à l'aide d'un scalpel.
  8. Faire tremper le mandrin stent-graft dans de l'eau déminéralisée pour dissoudre le matériau de support du mandrin qui va libérer le stent-greffe du mandrin. Remplacer l'eau douce comme nécessaire pour dissoudre le matériau de support complètement.
  9. Une fois que le matériau de support est dissous, retirez délicatement le stent-greffe de til mandrin et laisser sécher. Considérez tremper le stent-graft enlevé dans de l'eau déminéralisée pour dissoudre tout matériau de support restant avant de laisser sécher à l'air.

3. Test des endoprothèses manufacturées

  1. Faites glisser le stent-greffe sur un trifold ballon de 3 mm.
  2. Sertir le stent-graft sur le ballon en utilisant une main tendue outil de sertissage.
  3. Inspectez le stent-graft serti à l'aide d'un microscope pour sertissage uniforme et tous les autres signes de défaillance comme délamination ou perforation du matériau de couverture en raison de la déformation du stent.
  4. Développez le stent-graft au diamètre conçu de 3 mm en mettant sous pression le ballon à trois volets avec un dispositif de gonflage et de l'eau. Encore une fois, examiner le stent-greffe expansée pour l'expansion uniforme et des signes de défaillance.

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Résultats

Notre configuration de ElectroSpinner (Figure 1) a donné lieu à des nanofibres de polyuréthane de haute qualité (figure 2). Greffe à stent est fabriqué par électrofilage une couche intérieure de polyuréthane sur un mandrin, le glissement d' un stent en métal nu au- dessus de cette couche, et électrofilage d' une seconde couche extérieure de polyuréthane (figure 3). Les nanofibres de polyuréthane sont électrofilage à raison de 50 um / h, ce qui se traduit p...

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Discussion

Nous avons développé une technique de fabrication d’une endoprothèse de petit calibre qui peut être déployée à l’aide d’une procédure standard d’intervention coronarienne percutanée (ICP). Les endoprothèses actuellement disponibles sont limitées dans leur capacité à maintenir un profil bas et leur flexibilité de déploiement. Les endoprothèses métalliques nues développées par notre groupe dans nos études précédentes ont prouvé qu’elles aidaient à la guérison rapide de l’artère endoprothétique24,26. Divers polym...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs déclarent qu'ils ont aucun intérêt financier concurrents.

Remerciements

Nous tenons à remercier la Division de l’ingénierie, Mayo Clinic pour son soutien technique. Cette étude a bénéficié du soutien financier du Fonds européen de développement régional (FNUSA-CICR) (n°. CZ.1.05/1.100/02.0123), les National Institutes of Health (T32 HL007111), l’American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N) et le Grainger Innovation Fund - Grainger Foundation.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Seringue en verreAir Tite7.140-33Seringue pour filière
Cylindre gradué 5 mlFisher Scientific08-552-4G5 ml cylindre gradué en pyrex d’environ 9 mm de diamètre et 11 cm de long
Générateur haute tensionBertan Accociates, Inc.205A-30PUtilisé pour appliquer une différence de tension entre la filature et le collecteur
Mélangeur de laboratoire avec contrôle du régimeScilogexSCI-84010201Disponible auprès de divers fournisseurs d’équipements de laboratoire
PolyuréthaneDSMBioSpan SPUBiospan Feuille de caoutchouc de polyuréthane segmentée
McMaster Carr1370N11Utilisé pour isoler la seringue pendant l’électrofilage
Mandrin en acier inoxydableN/AN/AFabriqué  ;
Aiguille en acier inoxydableHamilton91018Utilisé comme filière dans l’électrofilage
Matériau de supportEnvisionTecB04-HT-DEMOMATMatériau hydrosoluble biocompatible
Pompe à seringueHarvard Apparatus55-3333

Références

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