Tri-couches électrofilage pour imiter l'architecture native artérielle à l'aide polycaprolactone, l'élastine et du collagène: une étude préliminaire

L'objectif général de l'expérience suivante est d'observer comment les variations des propriétés matérielles de différentes couches peuvent influencer les propriétés mécaniques globales du greffon. Cela est réalisé en préparant des solutions de polymères naturels et synthétiques afin d'obtenir des paramètres optimaux d'électrofilage. Dans un deuxième temps, les solutions doivent être combinées selon des rapports spécifiques, ce qui permettra d'obtenir la modification souhaitée des propriétés matérielles.

Ensuite, faire électrospinner les solutions sur un mandrin cylindrique afin de créer une structure multicouche aux propriétés mécaniques variables. Les résultats obtenus montrent des modifications des propriétés mécaniques selon la compliance, la résistance à la déchirure, la rétention du point de suture, les essais de traction uniaxiale et l'analyse mathématique. Bonjour, je m'appelle Michael McClure.

Aujourd'hui, je vais vous parler du procédé d'électrofilage en trois couches pour les éponges vasculaires du greffon. L'un des principaux avantages de notre technique par rapport à d'autres méthodes, telles que les greffes vasculaires simples, réside dans notre capacité à ajuster finement les propriétés du matériau au sein de chaque couche individuelle, influant ainsi sur les propriétés globales du matériau ME. Avant l'électrofilage, extrayez le collagène à partir du derme bovin âgé de six mois en utilisant un procédé à base d'acide acétique. Ce collagène extrait est ensuite purifié par une série successive de dissolutions, de précipitations et de dialyse. Récoltez au moins 500 milligrammes de collagène lyophilisé pour la procédure d'électrofilage.

Ensuite, à l’aide d’un flacon de scintillation de 20 millilitres, préparez une solution de 100 milligrammes par millilitre de polycaprolactone en mesurant 150 milligrammes de pastilles de monomère et en les dissolvant dans 50 millilitres de 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol. En utilisant la même procédure, préparez sept millilitres d’élastine à 200 milligrammes par millilitre et sept milligrammes par millilitre de collagène. Puis utilisez cinq flacons de scintillation et mélangez dans chaque flacon un volume total de cinq millilitres de solutions de PCL, d’élastine et de collagène selon les rapports volumétriques suivants : 98:2:0 (PCL:élastine:collagène), représentant l’intima artériel ; 45:45:10, 55:35:10 et 65:25:10 (PCL:élastine:collagène), représentant le milieu artériel ; et 70:0:30 (PCL:élastine:collagène), pour l’adventice artériel.

Utilisez maintenant une seringue de trois millilitres munie d'une aiguille 18G à embout émoussi pour charger trois millilitres de solution sur une pompe à seringue. Pour les propriétés matérielles individuelles de chaque solution de PCL Élastine Collagène, réglez le débit de distribution à quatre millilitres par heure pour un volume total de trois millilitres.

Ces solutions seront électrofilées sur un mandrin rectangulaire afin de concevoir des greffons multicouches à base de solutions polymères de PCL, élastine et collagène. La vitesse d'électrofilage variera selon les transitions et les couches : pour la couche intima, 4 millilitres par heure et un volume de 0,5 millilitre, suivis d'une transition combinant les seringues intima et média avec 0,2 millilitre et une vitesse d'électrofilage de 2 millilitres par heure chacune. Ensuite, arrêter la seringue intima et électrofiler la couche média sur un volume de 0,6 millilitre à raison de 4 millilitres par heure.

Procédez ensuite à une transition entre les seringues de milieu et d’adventice, en injectant 0,2 millilitre de solution polymère à raison de 2 millilitres par heure pour chacune. Enfin, arrêtez la seringue de milieu et poursuivez l’électrofilage de l’adventice avec 0,4 millilitre à 4 millilitres par heure. Après l’électrofilage, appliquez une solution d’EDC à 50 millimolaire sur chaque échantillon et laissez 18 heures pour la réticulation avant tout autre test.

Pour tester les paramètres de traction uniaxiale de matériaux électrofilés, commencez par hydrater la feuille électrofilée dans 15 millilitres de PBS 1x pendant 24 heures dans une boîte de Pétri. Ensuite, à l’aide d’un poinçon en forme de dog-bone ayant une longueur utile de 7,5 millimètres et une largeur de 2,5 millimètres à son point le plus étroit, découpez six échantillons dans le tapis électrofilé. Cette forme garantit la rupture du matériau à son endroit le plus étroit.

Ensuite, à l'aide d'un système d'essai MTS Bionics 200, tester les échantillons BUN des électrodes avec une cellule de charge de 100 N et une vitesse d'extension de 10 millimètres par minute. Utiliser le logiciel de test pour calculer la contrainte maximale, le module et la déformation à la rupture pour chaque produit matériel individuel. Pour évaluer la rétention du point de suture des greffes multicouches, prélever six échantillons tubulaires différents d'électro-sponge de deux millimètres de diamètre et de trois millimètres de longueur, puis imbibez les échantillons dans une boîte de Pétri contenant du PBS 1x pendant 24 heures dans un incubateur à 37 degrés Celsius.

Ensuite, utilisez une cellule de charge de 50 N et une vitesse d'extension de 150 millimètres par minute. Pour tester la rétention du point de suture avec le système bionique MTX 200, placez un PDs commercial cinq zéro. Deux monofilaments violets.

Effectuer une suture à deux millimètres de l'extrémité de l'échantillon à l'aide d'un pied à coulisse pour mesurer et étendre jusqu'à ce que la suture traverse le greffon ; enregistrer la charge maximale en gramme-force à l'aide du logiciel TestWorks, version quatre. Pour évaluer la résistance à la rupture des greffons électrofilés, prélever six autres échantillons tubulaires électrofilés de diamètre deux millimètres et de longueur deux à trois centimètres, puis les hydrater dans du PBS pendant 24 heures à 37 degrés Celsius. Après l'hydratation, enfiler le tube sur une embase de 1,5 millimètre de diamètre fixée à l'appareil et le fixer à l'aide d'une suture en soie 2-0 en faisant un nœud chirurgical autour du greffon et de l'embase. Ensuite, introduire de l'air dans le système de rupture et augmenter la pression à raison de cinq millimètres de mercure par seconde jusqu'à la rupture des tubes.

Recueillir des données sur la résistance à l'éclatement en tant que pression en millimètres de mercure auquel les tubes se rompent. Enfin, évaluer la compliance dynamique en obtenant six greffons tubulaires de deux millimètres de diamètre prélevés sur six greffons électrofilés différents, découpés à une longueur de trois centimètres. Hydrater les échantillons dans du PBS pendant 24 heures.

À 37 degrés Celsius. Positionner les greffons sur un mamelon personnalisé de 1,5 millimètre de diamètre en les fixant à l’aide d’un point de suture en soie deux zéro, en faisant un nœud de chirurgien. Placer les greffons dans un bioreacteur intelligent pour l’ingénierie tissulaire par stimulation mécanique, développé par Tissue Growth Technologies.

Remplir le bioréacteur avec 500 millilitres de PBS à 37 degrés Celsius. Régler le bioréacteur pour appliquer une variation cyclique de pression d'un hertz à l'intérieur de la greffe, et tester trois niveaux de pression différents : 90 sur 50, 120 sur 80, et 150 sur 110 millimètres de mercure pour les pressions systolique et diastolique. Lorsque les protocoles d'électrofilage sont réalisés correctement, le produit final doit être un tube souple et sans couture, comme illustré ici, sans signe initial de désamination entre les couches.

Un tube délamellé est montré ici à titre de comparaison. Cette image fournit des informations sur les valeurs de traction axiale UNI en contrainte maximale tangentielle et en déformation à la rupture pour des couches intima, média et adventice individuelles contenant des mélanges spécifiques de PCL, d'élastine et de collagène. Les tendances indiquent une augmentation de la contrainte maximale et du module tangentiel avec la teneur en PCL, tandis que la déformation à la rupture diminue. Les résultats de rétention du point de suture sont présentés ici, l'E-P-T-F-E affichant la rétention de suture la plus élevée, et le mélange 65 à 25 à 10 étant le plus proche de la veine veineuse standard, indiquée par une ligne en pointillés. Une artère fémorale de porc non viable et l'E-P-T-F-E ont été testées à titre comparatif.

La pression de rupture, telle qu'indiquée sur ce graphique, montre que les matériaux en proportions 55 à 35 à 10 et 65 à 25 à 10 présentent la pression de rupture la plus élevée. Cette valeur est comparable aux 1 600 millimètres de mercure exigés par l'American National Standards Institute pour toutes les prothèses vasculaires destinées à être commercialisées. Enfin, les tests de compliance, déterminés par radar interne à trois pressions artérielles moyennes différentes, indiquent qu'une augmentation de la teneur en PCL dans la couche médiane seule peut entraîner une diminution progressive de la compliance pour les trois types de pressions physiologiques. La partie la plus critique de cette étude est le processus de normalisation.

Lorsqu'un rapport d'entrée-sortie de trois pour un est utilisé, une perte de charge au niveau de la buse peut survenir. Si cela se produit, le renflement est associé à un polymère qui est actuellement soumis à un filage électrique peut également diminuer. Cela peut entraîner des fibres humides soudées et un délaminage entre les trois couches.

Par conséquent, un potentiel électrique constant est essentiel lors du filage électrique d'une prothèse vasculaire tri-latérale.