Article de méthode

Nouvelle approche percutanée pour le déploiement d’implants de sténose coronaire imprimés en 3D dans les modèles porcins de la maladie cardiaque ischémique

DOI :

10.3791/60729

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18 février 2020

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1Division of Cardiology, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles, 2VA Greater Los Angeles Healthcare System, U.S. Department of Veterans Affairs, 3Physics and Biology in Medicine Graduate Program, University of California Los Angeles, 4Diagnostic Cardiovascular Imaging Laboratory, Department of Radiological Sciences, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles

Dans cet article

Résumé

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Nous décrivons une technique nouvelle, rentable, et efficace pour la livraison percutanée des implants coronaires tridimensionnels imprimés pour créer des modèles de porcs à coffre fermé de la maladie cardiaque ischémique. Les implants ont été fixés en place à l’aide d’un cathéter d’extension mère-enfant avec un taux de réussite élevé.

Résumé

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Les méthodes mini-invasives pour créer des modèles de rétrécissement coronaire focal chez les grands animaux sont difficiles. Le prototypage rapide utilisant des implants coronaires imprimés tridimensionnels (3D) peut être employé pour créer percutanément une sténose coronaire focale. Cependant, la livraison fiable des implants peut être difficile sans l’utilisation d’équipement auxiliaire. Nous décrivons l’utilisation d’un cathéter de guide coronaire de mère-enfant pour la stabilisation de l’implant et pour la livraison efficace de l’implant imprimé 3D à n’importe quel endroit désiré le long de la longueur du vaisseau coronaire. Le rétrécissement coronaire focal a été confirmé sous la cinéangiographie coronaire et l’importance fonctionnelle de la sténose coronaire a été évaluée utilisant le gadolinium-amélioré premier passage irm de perfusion cardiaque. Nous avons montré que la livraison fiable des implants coronaires imprimés en 3D dans les modèles de porcs (n - 11) de la maladie cardiaque ischémique peut être réalisée en réutilisant les cathéters de guide coronaire de mère et d’enfant. Notre technique simplifie la livraison percutanée des implants coronaires pour créer des modèles porcins à poitrine fermée de la sténose coronarienne focale et peut être effectuée rapidement, avec un faible taux d’échec procédural.

Introduction

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Les cardiopathies ischémiques continuent d’être la première cause de décès aux États-Unis1. De grands modèles animaux ont été utilisés expérimentalement pour comprendre et caractériser les mécanismes entraînant la maladie coronarienne (CAD) et les complications associées (y compris l’infarctus du myocarde, les événements arythmiques et l’insuffisance cardiaque), ainsi que pour l’essai de nouvelles thérapies ou modalités diagnostiques. Les résultats de ces études ont contribué à élargir la compréhension, le diagnostic et le suivi des maladies cardiaques ischémiques et à faire progresser la pratique clinique2. Plusieurs modèles animaux, y compris des lapins, des chiens et des porcs ont été utilisés. Cependant, les sténoses coronaires, particulièrement les lésions discrètes, se produisent très rarement dans ces animaux et sont difficiles à induire reproductiblement3. Des travaux antérieurs ont décrit la création de sténoses coronaires artificielles utilisant la ligature, les occluders, ou les pinces externes. Récemment, nous avons décrit comment utiliser la technologie d’impression 3D pour fabriquer des implants coronaires qui peuvent être utilisés pour créer percutanement discret coronarien artificiel rétrécissement4. À l’aide d’un logiciel de conception assisté par ordinateur, nous avons conçu des implants d’artère coronaire comme des tubes creux avec des diamètres intérieurs et externes variables ainsi que la longueur des implants, puis nous les avons fabriqués à l’aide de matériaux additifs disponibles dans le commerce. Les implants sont lisses, creux, tubes imprimés en 3D avec des bords arrondis. Nous avons conçu une bibliothèque de tailles d’implants avec une gamme de diamètre intérieur, de diamètre extérieur et de longueur. Le diamètre externe de l’implant est basé sur la taille du cathéter de guide coronaire. Le diamètre intérieur est basé sur la taille d’un ballon d’angioplastie coronaire dégonflé. Nous avons varié la longueur de l’implant pour adapter la sévérité désirée de perfusion. Cependant, la livraison percutanée sûre de tels dispositifs peut être difficile en raison du manque de fils et de cathéters fabriqués spécifiquement pour l’usage d’animaux grands. En revanche, une vaste collection de cathéters, de fils et d’équipement de soutien sont disponibles pour une utilisation clinique dans les artères coronaires humaines. Dans ce travail, nous montrons comment réutiliser un cathéter de guide coronaire de catégorie clinique mère-enfant pour la livraison des implants coronaires imprimés 3D.

Le cathéter GuideLiner (Figure 1A) a été développé pour l’intervention coronaire percutanée (ICP) afin de permettre des sièges à cathéter profond et un soutien accru pour les cas complexes5. Dans notre enquête, le cathéter GuideLiner a été choisi en raison de la familiarité d’utilisation et de disponibilité, mais des cathéters similaires, le cas échéant, peuvent également être considérés. Considéré comme un cathéter guide « mère-enfant » (figure 1B), l’appareil s’inscrit à l’intérieur d’un cathéter de guide coronaire typique (« mère ») et est un tube flexible coaxial (« enfant »). Ce cathéter peut être inséré sur un fil de guidage et allonge efficacement la portée d’un cathéter typique de guide coronaire en s’étendant au-delà de la fin du guide coronaire. Le GuideLiner ou un cathéter mère-enfant similaire peut être utilisé comme support supplémentaire pour le déploiement des implants coronaires imprimés en 3D. Étant donné que les implants sont montés sur des ballons d’angioplastie pour être insérés comme une unité au-dessus d’un fil coronaire dans le vaisseau(figure 1B,1C),le cathéter offre un soutien supplémentaire pour livrer l’implant au site désiré. En positionnant le cathéter mère-enfant juste proximal au ballon, l’implant reste à l’endroit désiré pendant la déflation et la rétraction de ballon. En dépit d’avoir une certaine fermeté à sa structure, la capacité unique du cathéter de mère-enfant d’être avancé profondément dans les artères coronaires au-dessus d’un fil de guidage et du marqueur radiopaque à l’extrémité de cathéter étaient des caractéristiques essentielles pour l’implantation.

Notre appareil de livraison assemblé se composait d’un cathéter de guide coronaire typique, le cathéter mère-enfant, et d’un implant imprimé 3D fixé sur un ballon d’angioplastie coronaire dégonflé (Figure 1B). En tant qu’unité d’accouchement fonctionnelle, le cathéter mère-enfant a non seulement fourni un soutien supplémentaire stable pour la livraison de l’équipement, mais a également été appliqué de façon unique comme un dispositif de tonte pour maintenir les implants en place pendant la déflation et l’enlèvement du ballon. Le marqueur radiopaque à l’extrémité du cathéter a servi de guide de positionnement pour l’appareil assemblé et se trouve proximal au ballon d’angioplastie. Ces caractéristiques ont permis un déploiement précis des implants limitant le débit. Le processus a été conçu pour être reproductible, efficace et humain pour les sujets animaux.

Dans notre application, la technique percutanée de livraison de mère-enfant a été employée pour créer des modèles de porc avec la sténose coronaire focale pour l’évaluation de la formation image de résonance magnétique de perfusion cardiaque de contraste-augmentée de stress (MRI). Cependant, la technique peut être employée dans d’autres investigations comprenant des systèmes vasculaires en dehors des vaisseaux coronaires.

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Protocole

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Nous avons mené les expériences conformément aux lignes directrices de la Loi sur le bien-être des animaux, des National Institutes of Health et de l’American Heart Association on Research Animal Use. Notre Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux a approuvé le protocole d’étude des animaux.

1. Préparation préprocédale des implants de sténose coronaire imprimés en 3D

  1. À l’aide d’une pince à épiler, enrober les implants imprimés d’une solution d’héparine à 25 % pour prévenir la formation de thrombus et laisser sécher à l’air pendant 24 h.

2. Préparation préprocédale des sujets animaux

  1. Demandez aux porcs mâles du Yorkshire (SNS Farms, 30 à 45 kg) d’arriver à l’établissement 1 semaine avant la date de l’expérience et de leur permettre de s’acclimater.
  2. Maintenir les porcs dans un état de jeûne après minuit la veille de la procédure.

3. Anesthésie procédurale

  1. Soudre le porc avec la kétamine intramusculaire (10 mg/kg) et le midazolam intraveineux (1 mg/kg).
  2. Ventiler les animaux avec un isoflurane à l’oxygène (1 à 2%) Mélange.
  3. Effectuer l’intubation endotrachéale une fois que le sujet animal est sous sédatif.
  4. Infuser le rocuronium intraveineux (IV) (2,5 mg/kg/h) et donner des bolus supplémentaires (1 à 3 mg/kg IV toutes les 20 à 30 min) au besoin pour réaliser l’immobilisation diaphragmatique.
  5. Maintenir un plan chirurgical d’anesthésie tout au long de la procédure en vérifiant le réveil, les mouvements, la grande fluctuation des signes vitaux, et d’autres signes de détresse ou d’inconfort tout au long de la durée de l’expérience. Nous avons surveillé les porcs pendant environ 6 h sous anesthésie.

4. Accès vasculaire

  1. En utilisant la technique de Seldinger, insérez les gaines artérielles et veineuses dans les artères et veines fémorales bilatérales des sujets.
  2. Rincer tous les ports de cathéter en continu avec une saline normale héparinisée.

5. Administration préprocédmonale des médicaments

  1. Administrer l’amiodarone par voie intramusculaire (1,5 mg/kg), la lidocaïne par voie intraveineuse (2 mg/kg) et l’esmolol par voie intraveineuse (1 mg/kg) au besoin pour la prophylaxie contre l’arythmie. Donnez des doses répétées d’amiodarone, de lidocaïne et d’esmolol au besoin tout au long de l’expérience pour supprimer les rythmes ventriculaires et contrôler la réponse de la fréquence cardiaque.
  2. Une fois l’accès vasculaire obtenu, administrer l’héparine (5 000 à 10 000 unités) pour maintenir un temps de coagulation activé (ACT) -300 s. Vérifier l’ACT toutes les heures au cours de l’expérience et donner de l’héparine intraveineuse supplémentaire au besoin pour maintenir l’objectif ACT.

6. Surveillance hémodynamique

  1. Utilisez une seule électrocardiographie latérale (ECG) plomb thoracique pour l’enregistrement des changements dans le segment ST, Les ondes T, et la fréquence cardiaque pendant toute la période expérimentale.
  2. Utilisez un transducteur de pression pour enregistrer la pression artérielle fémorale continue tout au long de la procédure.
  3. Fixez un oxymètre d’impulsion à l’oreille ou à la lèvre de l’animal pour des enregistrements continus d’oxymétrie d’impulsion.

7. Préparation de l’équipement de livraison d’implants

  1. Avant d’effectuer l’angiographie coronaire, insérez un ballon coronaire dégonflé de NC Trek au-dessus du fil par un cathéter mère-enfant de la taille désirée de telle sorte que l’extrémité de ballon s’étend au-delà de la pointe du cathéter.
  2. Montez l’implant imprimé 3D sur le ballon d’angioplastie dégonflé de telle sorte que l’implant est positionné entre les marqueurs du ballon et près du marqueur proximal (Figure 1B).
  3. Gonflez le ballon avec un insufflateur à 2-3 atm afin de fixer l’implant sur le ballon. Vérifier que l’implant est positionné plus près de la moitié proximale du ballon afin qu’il soit le plus proche du cathéter mère-enfant lorsqu’il est prêt pour l’enlèvement (Figure 1B).

8. Angiographie coronaire et déploiement de l’implant coronaire

  1. Placez le bras C fluoroscopique dans la projection antéropostérieure (AP).
  2. Fixer une soupape de commande (voir Tableau des matériaux) à un cathéter de guide coronaire gauche ou droite (voir Tableau des matériaux).
  3. Introduire le cathéter guide sur un fil à pointe J à travers la gaine de l’artère fémorale droite et, sous la direction fluoroscopique, avancer le cathéter à la racine aortique.
  4. Sélectivement (ou non sélectivement) engager le cathéter dans l’artère coronaire principale gauche (LMCA) et injecter 5 mL de contraste iodé sous fluoroscopie pour visualiser le système coronaire gauche.
  5. Placez le cathéter guide vers le LMCA pour la deuxième angiographie (figure 2). Si l’engagement de l’artère coronaire s’avère difficile, en partie à cause de la courte arche aortique du porc, envisagez d’effectuer des angiographies non sélectives tant qu’elles fournissent une visualisation adéquate des vaisseaux.
  6. Une fois engagé à l’intérieur, ou positionné près de la LMCA, sous fluoroscopie, avancez un fil coronarien de 0,014", 300 cm (voir Tableau des matériaux) dans le LMCA et avancez le fil vers l’artère descendante antérieure gauche distale (LAD) ou l’artère coronaire circonflexe gauche (LCX) si désiré (Figure 3).
  7. Sous la direction fluoroscopique, insérez le cathéter mère-enfant précédemment assemblé avec le ballon d’angioplastie coronaire gonflé et implantez sur le fil coronaire et avancez à l’endroit désiré le long du vaisseau coronaire. Injecter 5 ml de contraste iodé pour visualiser un rétrécissement discret à l’endroit désiré où l’implant coronaire devrait être déployé (Figure 4).
  8. Une fois l’implant en position, avancez le cathéter mère-enfant au marqueur proximal du ballon gonflé.
  9. Dégonfler le ballon et le rétracter à travers le cathéter mère-enfant. Ce processus permet au cathéter mère-enfant de cisaillant l’implant hors du ballon pendant qu’il est rétracté et fixe la position de l’implant dans le segment désigné du navire.
  10. Retirez le ballon, le cathéter mère-enfant et le fil coronaire.
  11. Effectuer des angiographies finales pour documenter l’emplacement de la nouvelle sténose artificielle à l’intérieur du navire. Dans la mesure du possible, les angiographies doivent être exécutées en deux vues orthogonales pour acquérir une estimation visuelle de la gravité de la sténose. Une angiographie finale (Figure 5) peut également être effectuée avec le positionnement sous-sélectif du cathéter mère-enfant dans le vaisseau proximal, qui fournit une excellente opacification avec un contraste minimal.
  12. Transférez immédiatement l’animal à la suite MR pour subir une IRM de perfusion de stress cardiaque à l’aide de gadobutrol (0,1 mM/kg) injecté à un taux de 2 ml/sec.
    REMARQUE : L’agent de stress utilisé était une perfusion de 4 min d’adénosine à 300 g/kg/min. Le protocole d’imagerie comprenait 1) l’imagerie cine (champ de vision [FOV] - 292 x 360 mm, taille de la matrice 102 x 126, temps de répétition [TR] - 5,22 ms, temps d’écho [TE] - 2,48 ms, épaisseur de tranche - 6 mm, bande passante pixel - 450 Hz, angle de bascule - 12 degrés); 2) perfusion de première passe au repos et au stress de vasodilatateur d’adénosine de pointe utilisant une séquence d’écho de gradient gâtée (FOV 320 x 320 mm, taille de matrice ' 130 x 130, TR ' 2.5 ms, TE ' 1.1 ms, épaisseur de tranche ' 10 mm, bande passante de pixel '650 Hz, angle de bascule : 12 degrés; et 3) imagerie d’amélioration tardive du gadolinium à l’aide d’une séquence d’amélioration du gadolinium à l’aide d’une séquence d’amélioration de la phase-sensibilité-inversion-recovery (FOV 225 x 340 mm, taille de la matrice - 131 x 175 mm, TR - 5,2 ms, TE - 1,96 ms, épaisseur de tranche ' 8 mm, temps d’inversion (TI) bande passante ixel 465 Hz, angle de bascule à 20 degrés). Une image illustrative de perfusion de première passe est montrée dans la figure 6.
  13. Après l’achèvement du protocole d’IRM, euthanasiez le porc par une infusion de pentobarbital de sodium (100 mg/kg).
  14. Effectuer une thoracotomie latérale, exciser le cœur, et disséquer le cœur ex vivo pour exposer les vaisseaux coronaires. Notez l’emplacement de l’implant par rapport aux branches diagonales (territoire DEL) ou aux branches marginales obtus (territoire LCX), et récupérez les implants.
  15. À l’aide de ciseaux Metzenbaum émoussés et incurvés, ouvrez le navire coronaire et inspectez le navire pour décevoir des blessures graves (voir la figure 7). Photographiez le tissu cardiaque pour la pathologie brute et tachez avec le chlorure triphenyltetrazolium pour exclure l’infarctus du myocarde (voir figure 8).

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Résultats

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Après l’optimisation initiale de la procédure, le composant d’intervention a été accompli dans un délai de 30 min. Les implants ont été livrés avec succès dans chacun des 11 sujets (100%). L’implant a été récupéré à l’autopsie chez les 11 sujets (100%). En utilisant les branches diagonales (le long de la LAD) ou les branches marginales obtus (le long du LCX) comme marqueurs positionnels, nous avons trouvé que la position de l’implant lors du déploiement guidé fluoroscopique et à l’autopsie était cohérente dans 10 des 11 ...

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Discussion

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Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur une nouvelle stratégie percutanée de déploiement pour les implants induisant la sténose coronaire et avons montré qu’un cathéter mère-enfant peut être réaménagé pour la livraison percutanée efficace des implants coronaires imprimés en 3D. Des sténoses coronariennes artificielles discrètes de gravité variable peuvent être créées rapidement dans les modèles porcins avec un taux de réussite élevé et d’une manière minimalement invasive en utilisant des techniques et des équipe...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à révéler.

Remerciements

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Nous remercions les membres du personnel du Centre d’imagerie de recherche translationnelle de l’UCLA et du Département de médecine animale de laboratoire de l’Université de Californie, Los Angeles, CA, États-Unis pour leur aide. Ce travail est soutenu en partie par le Département de radiologie et de médecine de la David Geffen School of Medicine de l’UCLA, l’American Heart Association (18TPA34170049) et par le Clinical Science Research, Development Council of the Veterans Health Administration ( VA-MERIT I01CX001901).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Implants coronariens imprimés en 3DSite d’étude Fabrication de
Amiodarone IVSite d’étude Pharmacie
Amplatz Gauche-2 (AL-2) Cathéter guide (8F)Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, États-Unis
Balance Fil coronarien de poids moyen (0,014" 300cm)Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, États-Unis
Vanne de contrôle de purge COPILOTAbbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, États-Unis
Solution d’Esmolol IV (1 mg/kg)Site d’étude Pharmacie
Formlabs Form 2 Imprimante 3D avec une taille minimale de caractéristique XY de 150 & micro ; mFormlabs Inc., Somerville, Massachusetts, États-Unis
Formlabs Résine grise (matériau d’implant)Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, États-Unis
Gadobutrol 0,1 mmol/kgGadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ
Cathéter GuideLiner (6F)Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, États-Unis
Solution d’héparine IVSurface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, États-Unis
Kétamine IM solution (10 mg/kg)Site d’étude Pharmacie
IV solutionPharmacie Porc
Yorkshire mâle (30-45 kg)SNS Farms
Midazolam IV solutionSite d’étude
NC Trek over-the-wire ballon coronaireAbbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, États-Unis
Oxygène-isoflurane 1-2 % inhalé mélanged’étude Pharmacie
Solution de rocuronium IVd’étude Pharmacie
Pentobarbital de sodium solution IV (100mg/kg)Site d’étude
Coloration au chlorure de triphényltétrazoliumInstitution Pathologie Laboratoire
solution Lidocaïne Pharmacie Site Site Pharmacie

Références

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Mots-clés

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