ירידה במתח וול חדר שמאלי ושיפור בתפקוד בכישלון לבבות באמצעות Algisyl-LVR
8 באפריל 2013
מאמר זה מתאר את ההליכים להשתלת הידרוג'ל חדשני בלב כושל וכימות השפעתו על לחץ קיר חדר שמאלי ותפקוד. נהלים אלה יושמו בהצלחה בכלבים ובבני אדם.
המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להשתמש במודלים מתמטיים ספציפיים למטופל כדי לכמת את ההשפעות על מתח מיופייבר לאחר טיפול בהזרקה באמצעות תאי אלג'ה הידרוג'ל אלגינט LVR, זה מושג על ידי זיהוי תחילה של הדופן החופשית של החדר השמאלי באמצע הדרך בין הקודקוד לבסיס להשתלת ההידרוג'ל. כשלב שני יש להזריק 0.3 סמ"ק של ההידרוג'ל לאט בתנועה אחת רצופה ב-10 עד 19 אתרים לאורך רמת החדר האמצעי. זה מעבה את דופן החדר השמאלי החופשי.
לאחר מכן, מודל מתמטי ספציפי למטופל של החדר השמאלי נבנה באמצעות תמונות MRI לפני ואחרי ההזרקה. על מנת לכמת את ההשפעות של הטיפול בהזרקת הידרוג'ל על מתח מיופייבר, התוצאות מראות כי מתח השריר החדר מופחת עם הזמן על ידי הוספת הידרוג'ל Alger CIL LVR. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו חוק לפלס להערכת מתח דופן החדר, הוא שאנו יכולים לקחת בחשבון את מבנה הסיבים של דופן החדר השמאלי ולבצע תחזיות של רכיבי לחץ בכיוון סיבי השריר המקומיים.
מי שידגים את ההליך יהיה ד"ר סוואן לי, חוקר פוסט-דוקטורט כאן במחלקה לכירורגיה. כדי להתחיל בהליך זה, גש ללב באמצעות סטרנוטומיה סטנדרטית. במהלך ההליך, הלב צריך להישאר פועם ואין צורך במעקף לב-ריאה.
לאחר שנוצרה גישה ללב, זהה את הדופן החופשית של החדר השמאלי ברמת החדר האמצעי, שנמצאת באמצע הדרך בין הקודקוד לבסיס הלב. לאחר מכן, סמן את המיקום לזריקות תוך שריר הלב של הידרוג'ל אלגין. בעזרת סמן כירורגי, בצע עד 10 עד 19 סימונים לאורך קו יחיד, סנטימטר אחד זה מזה, החל בחריץ הבין-ספפטלי וכלה בחריץ המחיצה האחורית ברמת החדר האמצעי ממש לפני השימוש, ערבבו את תאי האלג'ה LVR יחד על ידי שילוב תמיסה סטרילית של נתרן אלגינט ב-2% משקל לנפח ב-6% מניטול עם סידן אלגינט סטרילי התלוי כחלקיקים בלתי מסיסים.
כמו כן, ב-4.6% מניטול מעביר את התמיסות הלוך ושוב בין שני מזרקים חמש פעמים כדי לערבב את ההידרוג'ל החלופי. לאחר ערבוב יסודי של ההידרוג'ל, יש לכוון את קצה המזרק. על מנת להקל על הזרקת התערובת בחלל התוך-שריר הלב, שתי דקות לאחר הערבוב הראשוני של הג'ל, הכניסו את המחט בזווית של 45 מעלות והזריקו 0.3 סמ"ק מהתערובת בקצב של 0.1 סמ"ק לשנייה.
אם המחט נסתמת בכל עת, הסר והחלף את המחט. המשיכו להזריק את התערובת לכל מקום בדופן החדר השמאלי שמופה בעבר. כל מזרק מכיל מספיק תמיסת הידרוג'ל לשימוש בארבעה עד חמישה אתרי שתלים.
ייתכן שיהיה צורך בעד חמישה תכשירי הידרוג'ל בהתאם לגודל החדר השמאלי. כדי להתחיל בדיגיטציה של החדר השמאלי לניתוח, ראשית, השג את ה-MRI של הציר הקצר והארוך המכילים תמונות של החדר השמאלי באמצעות תוכנה זמינה בחינם, מעבדת nevus וספריית האובייקטים של סגמנטציית קווי המתאר שלה. דיגיטציה של פני השטח האנדוקרדיאליים והמשטח האפיקרדיאלי של החדר השמאלי, קווי מתאר את הגבולות האנדוקרדיאליים והאפיקרדיאליים הנמצאים בתצוגות הציר הקצר והציר הארוך של ה-MRI המכילים את החדר השמאלי.
נקודות האפיקרדיום והאנדוקרדיום נוצרות אוטומטית במרחב תלת מימדי. לאחר מכן ייבא את הנקודות התלת-ממדיות לתוכנה זמינה מסחרית הנקראת צורה מהירה באמצעות פונקציה הנקראת הכנס ייבוא. לבסוף פלט את המשטחים כגרפיקה ראשונית, מפרטי החלפה או משטחי iiss.
השלב הבא בתהליך זה הוא לייבא את משטחי ה-iiss לתוכנה זמינה מסחרית הנקראת True Grid על מנת ליצור רשת אלמנטים סופיים של החדר השמאלי. באמצעות תוכנת הרשת האמיתית מלאו את החלל בין המשטח האנדוקרדיאלי לאפיקרדיאל באלמנט לבנים תלת-ליניארי בעל שמונה צמתים. באופן כללי, רשת המכילה כ -3000 אלמנטים עם שלושה אלמנטים דרך הקיר.
העובי מספיק כדי לדגמן את החדר השמאלי כדי לכמת את הלחץ בחדר השמאלי בשיטת האלמנטים הסופיים עם ls, Dyna מייבאת את חפיסת הקלט כקובץ K מ-Truegrid לקרוב יותר ובתוך הבית. תוכנה הזמינה על פי בקשה קרובה יותר תקצה אוטומטית את כיוון השריר שנקבע בכל אלמנט כווקטור. לאחר מכן, כתוב את תנאי הגבול והקצה את מודל חומר שריר הלב לאלמנטים המיובאים מ-truegrid.
ראשית, הטיל תזוזה של צמתים בבסיס החדר השמאלי עם מילת המפתח SPC בסינה. הצמתים בטבעת הבסיס האפיקרדיאלית קבועים ושאר הצמתים בבסיס LV מוגבלים לנוע רק במישור הבסיסי. לאחר מכן, הקצה חוק מכונן או מערכת יחסים של רכבת מתח לכל האלמנטים באמצעות מילת המפתח מחצלת עם זהות חומרית.
1 28 ב-Elaina לאחר מכן מפעילים לחץ כתנאי גבול עם מקטעי עומס מילת המפתח על משטחי היסוד. הגדרת המשטח האנדוקרדיאלי. הגדר גם עקומת עומס זמן לחץ באמצעות מילת המפתח הגדרת עקומת מקף תחתון כדי לדמות את סוף הדיאסטולה.
קבעו לחץ שעולה במהירות עם הזמן ללחץ דיאסטולי סופי של 20 מילימטרים. כספית. הלחץ נשמר קבוע בסוף. לאחר מכן מותר לחץ דיאסטולי וזמן מספיק לחדר השמאלי להגיע למצב יציב.
לאחר מכן, דמו את קצה הסיסטולה על ידי קביעת לחץ שעולה במהירות עם הזמן מהמצב הדיאסטולי הסופי ועד ללחץ הסיסטולי הסופי שנקבע של 125 מילימטרים. כספית מושגת. הלחץ נשמר קבוע בלחץ הסיסטולי ואז ניתן מספיק זמן לחדר השמאלי להגיע למצב יציב.
לאחר מכן ייבא את סיפון הקלט שהושלם לפותר האלמנטים הסופיים המסחרי LS dyna על מנת לחשב את מתחי דופן החדר ואת נפח חלל החדר השמאלי בסוף הדיאסטולה ובסוף הסיסטולה, התאם לבסוף את הפרמטרים החומריים המשקפים את הנוקשות הפסיבית ואת התכווצות שריר הלב. המשך לכוונן עד שנפח חלל ה-LV המחושב יתאים. הנפח שנמדד ב-MRI בסוף הדיאסטולה ובסוף הסיסטולה המוצג כאן הוא נקודת ההתחלה ושישה חודשים לאחר הניתוח של לב של מטופל שעבר טיפול בהזרקת LVR של תאי אלגי.
החיצים מציינים את מיקומי החדר השמאלי של המטופל ובחרו בהפחתה דרמטית בגודל החדר השמאלי הכולל של הלחצים הסיסטוליים והדיאסטוליים המחושבים. שימוש במודל זה מספק אמצעי למדידה כמותית של שיפור החדר, באופן לא פולשני לאורך זמן שישה חודשים לאחר ההזרקה. נבדק זה ראה גם עיבוי של דופן החדר וגם ירידה דרמטית במתח הקיר כפי שמעיד הצבע הכחול.
לאחר צפייה בסרטון זה, אמור להיות לך מושג טוב כיצד מתבצע טיפול בהזרקת LVR של תאי אלגי וכיצד מחושבות התפלגות המתח של MyFi בחדר השמאלי in vivo באמצעות מודלים מתמטיים ספציפיים למטופל.
סקירה כללית
מאמר זה מתאר פרוצדורות להשתלת הידרוג'ל חדשני בלבות במצב של כשיל, וכמות את השפעתו על מאמץ הדופן ותפקוד החדר השמאלי. הטכניקות יושמו בהצלחה הן בכלבים והן בבני אדם.
מרכיבים מרכזיים של המחקר
תחום המדע
- רפואה קרדיווסקולרית
- הנדסה ביו-רפואית
- טיפול באי-ספיקת לב
רקע
- הזרקות הידרוג'ל שואפות לשפר את תפקודי הלב.
- הבנת המאמץ בדופן החדר השמאלי היא קריטית לבריאות הלב.
- לשיטות קיימות להערכת מאמץ הדופן יש מגבלות.
- מודלים המותאמים אישית למטופל משפרים את דיוק כימות המאמץ.
מטרת המחקר
- להערכת ההשפעות של הידרוג'ל אלגינאט על מאמץ של סיבי שריר (myofiber stress).
- לשיפור טכניקות לכימות תפקוד החדר השמאלי.
- להדגמת גישה חדשנית לטיפול באי-ספיקת לב.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- השתלה של הידרוג'ל באתרים ספציפיים בחדר השמאלי.
- שימוש ב-MRI ליצירת מודלים מתמטיים מותאמים אישית למטופל.
- ניתוח אלמנטים סופיים (Finite element analysis) לכימות מאמץ הדופן.
- השוואת השפעות ההידרוג'ל מול שיטות מסורתיות.
תוצאות עיקריות
- הזרקת הידרוג'ל מפחיתה משמעותית את המאמץ בסיבי השריר לאורך זמן.
- הטכניקה מאפשרת תחזיות מאמץ מקומיות.
- מודלים מותאמים אישית למטופל מספקים דיוק משופר בניתוח מאמצים.
- הוכחה היתכנות הן בנבדקים כלבים והן בבני אדם.
מסקנות
- ההידרוגל מא 사용할גינט מהווה טיפול מבטיח לאי-ספיקת לב.
- טכניקות מידול חדשניות משפרות את ההבנה של המכניקה הקרדיאלית.
- נדרש מחקר נוסף כדי לבחון השפעות ארוכות טווח.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
גישה זו מאפשרת הערכה כמותית של מאמץ מכני בלבות כושלים באמצעות מודלים חישוביים ספציפיים למטופל, ובכך תומכת בתיקוף מטרות בטיפולים קרדיווסקולריים. על ידי קישור שינויים מבניים המושרים על ידי הידרוג'ל להפחתה במאמץ של סיבי השריר (myofibers), היא מספקת הפחתת סיכונים מכניסטית עבור התערבויות באי-ספיקת לב המבוססות על ביופולימרים. המתודולוגיה מגשרת בין מידול פרה-קליני לחיזוי תוצאות קליניות, ומספקת בסיס להחלטות go/no-go בשלבים מוקדמים של פיתוח טיפולי.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי כימות שינויים במאמץ של סיבי שריר אזוריים לאחר התערבות.
- ערך תפעולי: תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות מדידה ישירה של הפחתה במאמץ של דופן הפרוקיס.
- ערך ניבוי: מגביר את הביטחון במעורבות המטרה על ידי מתאם בין רה-מודלינג מבני לבין שיפור תפקודי.
פיתוח וסריקת בדיקה (Assay)
- ערך מדעי: יצירת מדדי מאמץ כמותיים וניתנים לשחזור ממודלים המופקים מדימות לצורך הערכת תרכובות או מכשירים.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של הערכת המכניקה החדרית במודלים פרה-קליניים באמצעות MRI ואנליזת אלמנטים סופיים.
- יכולת הרחבה: מאפשרת שימוש חוזר בפלטפורמה לניטור ארוך-טווח של השפעות טיפוליות במערכות הרלוונטיות למחלה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- המשכיות תרגומית: מקשרת תובנות מנגנוניות משלב הגילוי לאישוש פרה-קליני באמצעות מידול מאמץ ספציפי לחולה.
- הפחתת סיכונים חזויה: מפחיתה עמימות במנגנון הפעולה על ידי בידוד מאמץ חדרים כביומרקר מדיד.
- קידום מותאם סיכונים: מספקת מידע להחלטות go/no-go פרה-קליניות המבוססות על ספי מאמץ המהווים קורלציה עם התאוששות תפקודית.
שילוב תהליכים וזרימת עבודה
השיטה משתלבת ברצף הגילוי הקרדיווסקולרי, החל מתיקוף המטרה דרך אופטימיזציה של המולקולה המובילה ועד לבדיקות יעילות פרה-קליניות, ובכך מספקת גשר כמותי בין התערבות מבנית לתוצאה תפקודית.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת היפותזות על ידי מדידה של האופן שבו התערבויות משנות את קשרי המאמץ-מתיחה (stress-strain) של החדרים במודלים של מחלות.
- סריקה: מאפשר מוכנות של הבדיקה באמצעות חישובים סטנדרטיים של מאמץ המבוססים על גיאומטריה מתוך דימות סדרתי.
- אנליטיקה: מספק פלטי מאמץ של סיבי שריר (myofiber) אזוריים המאפשרים השוואה של תנאים טיפוליים לאורך נקודות זמן או מינונים שונים.
- מחקר תרגומי: מקשר נתונים מכניסטיים משלבים מוקדמים לרציפות פרה-קלינית על ידי מידול הפחתת מאמץ כמנבא של רמרמינג הפוך (reverse remodeling).
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס מסגרת חישובית לשימוש חוזר לצורך הערכת טיפולים קרדיאליים מרובים בשיטת in silico.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מספק ביטחון ניבוי באישור המטרה על ידי הפחתת עמימות מכניסטית בוויסות מאמץ דופן הפרוקטורים.
- ערך תפעולי: מבטיח הדירות וסטנדרטיזציה באמצעות צינורות מידול ספציפיים למטופל.
- ערך אסטרטגי: משפר את יעילות ההון על ידי אפשרות לקבלת החלטות מוקדמות של "המשך/עצור" (go/no-go) המבוססות על נקודות קצה ביומכניות כמותיות.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים של מועמדים קרדיווסקולריים תוך שימוש בהפחתת מאמץ כסמן ביולוגי הניתן לתרגום.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בדימות קרדיווסקולרי, מידול חישובי ואנליזה של אלמנטים סופיים.
- תלוי בגישה ל-MRI ברזולוציה גבוהה ובחוקים קונסטיטואביים מהודקים של השריר הלבבי.
- מחייב סטנדרטיזציה רב-תחומית בין צוותי הדימות, המידול וההיסטולוגיה.
- חייב להתחשב בשונות בין נבדקים בגאומטריית החדרים ובבתכונות החומר.
- מוגבל על ידי דיוקם של יחסי מאמץ-מעיכה והנחות לגבי תנאי שפה ב-in silico.
