Développement d’un modèle d’évaluation ex vivo de la valve mitrale à l’aide d’un simulateur d’écoulement pulsatile

Summary

Nous présentons un modèle ex vivo pour le montage de valves mitrales d’agneau dans un simulateur de pulsatiles afin d’évaluer la fonction de la valve dans des conditions physiologiques. Cette configuration permet une évaluation quantitative de la dynamique de la valve mitrale à l’aide de tissus biologiques dans une configuration reproductible et anatomiquement précise.

Abstract

La réparation chirurgicale de la valve mitrale reste une procédure difficile. Bien que plusieurs techniques de réparation aient été définies, les données comparant leurs effets hémodynamiques font défaut. Les duplicateurs d’impulsions disponibles dans le commerce sont couramment utilisés pour simuler la circulation sanguine à travers des valves cardiaques mécaniques ou imprimées en 3D. Cependant, en raison de la structure spécifique et du mécanisme de fonctionnement de la valve mitrale, les expériences sur les techniques chirurgicales nécessitent l’utilisation de tissus biologiques. Les valves mitrales d’agneau ex vivo conviennent à de telles expériences, mais les méthodes de montage de ces valves sur le système de duplication d’impulsions (PDS) ne sont pas bien définies. Pour résoudre ce problème, nous avons modifié le système par impression 3D et moulage en silicone comme support de valve mitrale. Nous avons excisé la valve mitrale d’un cœur d’agneau pour chaque expérience, y compris son appareil annulaire et subvalvar. Nous l’avons implanté dans la zone de la valve auriculo-ventriculaire (mitrale) de la machine d’essai à l’aide du support en silicone. La tension musculaire papillaire a été simulée en attachant des sutures autour des jonctions chordales-papillaires et en faisant passer ces sutures à travers le trou de libération au bas de la chambre ventriculaire. Les premiers tests de compétence de la valve ont été effectués à une fréquence cardiaque de 120 battements par minute et à un débit cardiaque de 2 L/min. La régurgitation valvulaire et le gradient de pression entre les chambres auriculaire et ventriculaire ont été mesurés à l’aide de débitmètres électromagnétiques duplicateurs d’impulsions et validés par échocardiographie. Les tests hémodynamiques de base ont démontré une fonction valvulaire constante dans cinq expériences, avec une fraction de régurgitation moyenne de 21,1 % et des gradients de transmission dérivés de l’écho allant de 5,15 à 8,13 mmHg. Les volumes systoliques et les débits de pointe variaient d’un échantillon à l’autre, reflétant la variabilité physiologique au sein du modèle pédiatrique.

Introduction

La réparation de la valve mitrale a considérablement évolué, les techniques chirurgicales contemporaines offrant une efficacité accrue et de meilleurs résultats à long terme¹. Bien que de nombreux centres aient standardisé des stratégies de réparation mitrale, une lacune persistante subsiste dans l’évaluation complète de l’impact hémodynamique de ces interventions². L’optimisation des stratégies de réparation, en particulier pour les cas anatomiquement complexes ou pédiatriques, nécessite des modèles qui permettent des tests physiologiques contrôlés et reproductibles.

L’objectif principal de cette étude était de développer un modèle ex vivo reproductible à l’aide de valves mitrales biologiques, permettant une évaluation précise de la dynamique des valves dans des conditions d’écoulement physiologiques. Les systèmes de duplication d’impulsions ont considérablement fait progresser le domaine de la biomécanique des valves en facilitant l’analyse ex vivo de la fonction des valves dans des conditions quasi physiologiques3,4,5. Ces systèmes ont été appliqués aux valves aortique et pulmonaire et, plus récemment, à la valve mitrale. Cependant, l’objectif du développement de cette technique provient de la complexité anatomique et fonctionnelle unique de la valve mitrale, en particulier de son appareil sous-valvulaire, qui nécessite des modèles biologiquement précis. Il existe un corpus substantiel de littérature sur les modèles ex vivo de la valve mitrale ; Cependant, aucune de ces études ne fournit une description détaillée de la technique de prélèvement ou ne met en évidence les étapes critiques nécessaires pour préserver l’intégrité structurelle de la valve mitrale et de l’appareil sous-valvulaire lors de l’extraction ^6,7. De plus, la littérature manque de conseils pratiques sur la façon d’intégrer avec succès la valve excisée dans un système de duplicateur d’impulsions, ce qui est essentiel pour réaliser une simulation hémodynamique physiologiquement pertinente.

En chirurgie cardiaque adulte, plusieurs techniques de réparation ont été évaluées à l’aide de modèles ex vivo , telles que la réparation d’un bord à l’autre, le remplacement de la corde et l’approximation papillaire⁵. Ces techniques ont permis d’obtenir de précieuses informations biomécaniques. En revanche, les applications pédiatriques restent sous-explorées, avec seulement des études ex vivo limitées portant sur des anomalies congénitales comme les fentes mitrales. L’une de ces études a démontré l’importance d’une fermeture complète de la fente pour restaurer la compétence de la vanne⁶.

Cette méthode est particulièrement appropriée pour les chercheurs et les cliniciens intéressés à évaluer les résultats de réparation de pathologies congénitales ou complexes de la valve mitrale dans un environnement contrôlé. En prélevant l’appareil mitral des cœurs d’agneau, choisis pour leur similitude anatomique avec les valves pédiatriques, et en les montant dans un support en silicone personnalisé au sein d’un simulateur de flux pulsatile, le système reproduit l’hémodynamique réaliste et permet des tests en série. Il est important de noter que ce modèle évite l’expérimentation sur des animaux vivants et fournit une plate-forme adaptable pour simuler la régurgitation, la sténose, la fente ou la fusion sous-valvulaire⁸.

Le système de duplication d’impulsions Vivitro a été utilisé dans cette étude pour évaluer l’efficacité d’une valve mitrale et simuler la fonction cardiaque. La procédure a commencé par l’activation du logiciel système, qui a été suivie de la sélection des paramètres de forme d’onde appropriés, tels que le rapport systolique/diastolique, la fréquence cardiaque (battements par minute) et la longueur d’onde. La valve mitrale a ensuite été insérée dans la chambre d’essai du duplicateur, et tous les capteurs nécessaires ont été connectés. Le fichier d’étalonnage a été ouvert et le système a été lancé simultanément pour s’assurer que tout l’air était évacué des capteurs et des tubes après l’installation du capteur. Afin de garantir des mesures précises, il était impératif que l’ensemble du circuit de fluide soit dépourvu d’oxygène et entièrement rempli de solution saline. Lorsque le système était en régime permanent, le volume systolique était passé à 25 ml. L’acquisition des données a commencé par l’enregistrement de 10 cycles lorsque le système n’a révélé aucune fuite ou erreur. Les données générées ont ensuite été exportées sous forme de tableur pour une analyse plus approfondie. L’évaluation quantitative de l’étude a été facilitée par la capacité du système à calculer automatiquement la plupart des paramètres nécessaires, y compris le volume du régurgitant et plusieurs mesures de pression (figure 1A).

En résumé, ce modèle ex vivo offre une approche standardisée et biologiquement pertinente pour étudier la réparation de la valve mitrale, comblant le fossé entre la modélisation in silico et les tests in vivo , et élargissant la valeur translationnelle de l’innovation chirurgicale.

Protocol

Cette étude a été menée à l’aide de cœurs d’agneau obtenus post-mortem dans un abattoir agréé. Selon la décision du Comité local d’éthique de l’expérience animale de l’Université d’Istanbul-Cerrahpaşa (2025/11), ce travail relève de l’exemption prévue à l’article 8 (8-k1) de la directive HADYEK et ne nécessitait donc pas d’approbation éthique.

1. Configuration de l’expérience

1. Dupliquez la composante d’entrée mitrale du système de duplication d’impulsions à l’aide d’un logiciel de modélisation 3D. Créez une copie numérique de la géométrie existante pour assurer la compatibilité. Imprimez le design à l’aide de filament PLA sur une imprimante 3D. Utilisez le moule imprimé pour couler la chambre d’entrée en silicone. Après le durcissement, intégrez la pièce en silicone dans le système, en vous assurant qu’elle est bien ajustée et qu’elle maintient une bonne étanchéité (Figure 1B,C).
2. Procurez-vous des cœurs d’agneau dans un abattoir voisin, en veillant immédiatement à ce que les cœurs aient été obtenus post-mortem afin de préserver leur état physiologique. Après la collecte, conservez les cœurs séparément à -20 °C dans un congélateur pour maintenir leur intégrité structurelle, ou utilisez-les rapidement dans des procédures expérimentales.
   REMARQUE : Toutes les expériences ont été menées dans le respect des mesures de sécurité appropriées. Des gants et des cagoules ont été utilisés tout au long de l’opération, et tous les instruments chirurgicaux ont été stérilisés à l’alcool après chaque utilisation.

2. Prélèvement de la valve mitrale

1. Ventriculotomie et résection du ventricule droit et de l’oreillette
   1. Faites une incision transversale à l’apex du cœur à l’aide de ciseaux chirurgicaux. Prolongez l’incision vers le haut vers le ventricule droit le long du sillon interventriculaire. Prenez soin d’éviter de blesser les muscles papillaires lors de cette dissection. Reportez-vous à la figure 2A - B pour la trajectoire de l’incision et les repères anatomiques.
   2. Réséquez la paroi libre du ventricule droit à l’aide de ciseaux chirurgicaux pour prolonger l’exposition. Poursuivez en excisant l’oreillette droite en bloc pour exposer complètement le septum interventriculaire. Cette exposition est critique pour la dissection ultérieure des structures sous-valvulaires (Figure 3A,B).
2. Incision du septum interventriculaire (IVS)
   1. Visualisez la valve mitrale de la racine aortique dans la cavité ventriculaire gauche. Identifiez le feuillet antérieur en fonction de son orientation sous le plan de la valve aortique. S’assurer de l’exposition complète de la notice avant l’incision septale (Figure 4A).
   2. À l’aide de ciseaux chirurgicaux fins, inciser l’IVS, en commençant par la racine aortique du côté controlatéral du feuillet mitral antérieur. Étendez l’incision vers le bas le long du septum vers la coupe apicale précédemment faite. Ouvrez le septum pour exposer la cavité ventriculaire gauche sans endommager les structures sous-valvulaires (Figure 4B).
3. Dissection musculaire papillaire
   1. Exposez le ventricule gauche et excisez les muscles papillaires à l’aide de ciseaux fins. Préserver les cordes tendinées pour maintenir la fonctionnalité de la valve mitrale (Figure 4C).
4. Excision de l’oreillette gauche
   1. Exciser l’appendice auriculaire gauche sur la circonférence pour améliorer la visualisation de l’anneau mitral par le haut (Figure 5A,B).
   2. Transloquez les muscles papillaires vers le haut à travers l’oreillette gauche pour inverser la valve mitrale et les exposer en toute sécurité de la surface ventriculaire pour l’excision (Figure 6A).
   3. Coupez l’excès de tissu entourant l’anneau mitral, en veillant à ce qu’au moins 10 mm de tissu soient préservés sur la circonférence pour maintenir l’intégrité et la fonction anatomiques (figure 6B).
5. Ablation de tissus pulmonaires et aortiques
   1. Retirez tout tissu restant de l’aorte et de l’artère pulmonaire pour éviter toute interférence avec le placement de l’appareil mitral dans le moule en silicone.

3. Placement de la valve mitrale dans le moule en silicone

1. Mesures de la valve mitrale
   1. Mesurez la longueur des feuillets de la valve mitrale antérieure et postérieure le long de l’axe antéropostérieur pour évaluer les dimensions des feuillets (figures 7A, B).
   2. Enregistrer la longueur de la valve mitrale le long de l’axe médiolatéral pour l’utilisation ultérieure de l’ajustement du moule et de l’analyse dimensionnelle (Figure 7C).
   3. Estimer la longueur craniocaudale de la zone de coaptation à environ 1/4^e de la longueur antéropostérieure du feuillet postérieur. Mesurez cette distance pour évaluer le chevauchement des folioles et la capacité de scellage.
   4. Utilisez les dimensions mesurées pour calculer la marge de rétention annulaire appropriée. Sélectionnez un moule en silicone de 30 mm pour assurer un ajustement et une stabilisation optimaux de l’appareil mitral (Figure 8A). Utilisez les équations ci-dessous :
      a = (30-x)/2
      où a = la distance qui doit être laissée aux commissures ; x = la longueur de l’axe médio-latéral mesurée.
      b = (30 - z y) /2−longueur ZC estimée
      où b = représente la distance restante dans les feuillets antérieur et postérieur ; y = la longueur de la foliole postérieure ; z = la longueur du feuillet antérieur.
   5. Après les mesures, connectez tous les points pour former un contour circulaire continu, représentant la zone à suturer sur le moule en silicone (Figure 8B).
2. Montage tissulaire et fixation des cordes tendineuses
   1. Montez le tissu de la valve mitrale sur un moule en silicone, à l’aide de sutures 16 U pour fixer l’anneau et maintenir son positionnement anatomique (Figure 9A).
   2. Attachez les cordes tendinées aux points d’insertion des muscles papillaires à l’aide de sutures en polyester tressé enduites 2-0.
   3. Faites passer les sutures à travers le trou de libération à la base de la chambre ventriculaire et fixez-les pour simuler la tension musculaire papillaire physiologique. La tension des folioles a été ajustée visuellement pour s’assurer que les bords des folioles restent alignés avec le plan de l’anneau et ne dépassent pas de celui-ci. (Figure 9B).
   4. Positionner les sutures sous tension maximale au niveau du trou ventriculaire gauche du PDS, en assurant la stabilisation de la valve mitrale sans induire de déplacement (Figure 10A,B).

4. Tests initiaux (modèle de base)

1. Placez le modèle de valve mitrale préparé dans le simulateur d’écoulement pulsatile pour les tests hémodynamiques de base. Réglez le système sur les conditions physiologiques pédiatriques : une fréquence cardiaque de 120 battements par minute et un débit cardiaque de 2,0 L/min.
2. Remplissez le système de duplicateur d’impulsions avec du sérum physiologique, en vous assurant que l’ensemble du circuit est exempt de bulles d’air pour maintenir des mesures précises de pression et de débit.
3. Mettez à zéro le système de duplication d’impulsions avant l’initialisation pour vous assurer que toutes les mesures ultérieures sont exactes.
4. Initialisez le système et, une fois que le volume de course souhaité est atteint, cliquez sur Capturer pour enregistrer les mesures hémodynamiques.
5. Évaluer la fonction de la valve mitrale à l’aide de l’imagerie échocardiographique de la chambre auriculaire supérieure et transparente pour évaluer des paramètres tels que le gradient de transmission et la gravité de la régurgitation, assurant ainsi une évaluation fonctionnelle complète du modèle de valve (Figure 10C).

Results

Les données hémodynamiques de base ont été obtenues à partir de cinq expériences ex vivo utilisant des valves mitrales natives montées dans un support en silicone personnalisé au sein d’un système de duplicateur d’impulsions. Le modèle a été perfusé dans des conditions physiologiques pédiatriques standardisées (débit cardiaque : 2 L/min ; FC : 120 bpm), et des évaluations fonctionnelles ont été effectuées à l’aide de transducteurs de pression et d’imagerie échocardiographique.

La frac...

Discussion

L’objectif de cette étude était de développer un modèle répliquant la valve mitrale sous état hémodynamique pédiatrique, ce qui a guidé notre choix d’utiliser des cœurs d’agneau comme base expérimentale. Cette sélection a été motivée par la grande ressemblance des dimensions entre la valve mitrale de l’agneau et celle des patients pédiatriques. Anatomiquement, le cœur d’agneau présente une orientation plus inclinée ventralement le long de son axe longitudinal par rapport au cœur humain e...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-0 Suture en polyester tressé enduit	Covidien	88863230-56	Stabilisation des muscles papillaires pendant les tests
Imprimante 3D		Ultimaker Ultimaker S3	Utilisée pour la fabrication de moules en silicone personnalisés
Suture en polypropylène monofilament 5-0,	Covidien	VPF-720-X	Suturation de la valve au moule en silicone
Pince	atraumatique DeBakeyAesculap	MB062R	Manipulation des tissus pendant la dissection
Cœurs d’agneau frais	Abattoir	&mdash ;	Source des valves mitrales natives
Ciseaux de dissection Mayo	Aesculap	BC252B	Dissection cardiaque générale
Micro Porte-aiguille	Aesculap	FM538R	Suturation de la valve mitrale
Ciseaux Nelson-Metzenbaum	Aesculap	BC606R	Utilisé pour la coupe de suture
Système de duplication	d’impulsion ViVitro Labs	18363	Flux physiologique simulé pour les tests de valve
Moules en silicone	&mdash ;	Fabriqué sur mesure	Utilisé pour reproduire la géométrie ventriculaire
Saline stérile (0,9 %)	Elabscience	PB180353	Milieu pour circuit de perfusion