פרוטוקול להערכה הידרודינמית יחסית של הפולימר שסתום Tri-עלון
17 באוקטובר 2013
יש התעניינות מחודשת בפיתוח מסתמי פולימרים. כאן, המטרות הן כדי להוכיח את ההיתכנות של שינוי מעתק דופק מסחרי כדי להתאים לגיאומטריות תלת עלון ולהגדיר פרוטוקול להציג נתונים הידרודינמית סתום פולימר בהשוואה לנתונים שסתום ילידים ותותבים שנאספו בתנאים כמעט זהים.
המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להדגים כיצד משכפל דופק במבחנה זמין מסחרית יכול להכיל עלון משולש מתפתח, תותבות של מסתמי לב פולימריים, ולהעריך את המדדים ההידרודינמיים של המכלול. זה מושג על ידי הרכבת מחזיק צינור ושסתום כדי להתאים לתצורת שסתום תלת-עלים במשכפל הדופק כשלב שני, שסתומי פולימר נתפרים במקומם ונבדקים כדי למדוד את המדדים ההידרודינמיים שלהם. מסתמי חזיר מקוריים ושסתומי לב מכניים נבדקים גם הם כדי לאמת שינויים בחומרת המערכת בתכנון המכני של המסתם הסינתטי.
התוצאות מראות כי ניתן להשתמש במערכת משכפל הדופק שהשתנתה כדי להעריך שסתומי פולימר עם הידרודינמיקה מקורית של שסתומים חזיריים ומכניים, ובכך לספק תובנות על ההיבטים הפונקציונליים של תכנון שסתומי פולימר. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתבלבלו מכיוון שהטכניקות מייגעות ויש הרבה מושגים הקשורים למדדים הידרודינמיים הנחוצים להערכה יסודית של תותבת מסתמים ואשר אינם נלמדים בדרך כלל בתוכנית לימודים הנדסית מסורתית. ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על הפיתוח התפקודי של טכנולוגיות תותבות מסתמי לב מתפתחות מכיוון שהערכה הידרודינמית מספקת תובנות כיצד לשפר עוד יותר את מאפייני העיצוב של מסתם הר התותב, יחד עם מנואל.
מסייע לו. בהדגמה זו יהיה קארל לנדה, אחי וסטודנט לתואר ראשון במעבדה שלי. פרוטוקול זה מתחיל בייצור ההרכבה.
זה כולל מחזיק שסתום המשמש לתפירת עלוני השסתום, צינור המשמש לאחסון מחזיק השסתום והאביזרים הסובבים המאבטחים את המכלול על מערכת משכפל הדופק. נדרשת גם מערכת משכפל דופק זמינה מסחרית לפני השימוש במערכת תחילה, יש להניע את כל הלולאה. נקה את מערכת הלולאה באמצעות מים וסבון.
במהלך תהליך זה, החלף את כל הצינורות המושפלים. לאחר מכן, כייל את המכשירים המחוברים ללולאה, שהם המשאבה, בדיקת הזרימה ומתמרי הלחץ. הכיול מתחיל בתמיסת מלח של 1%, ואחריה תמיסת גליצרין אנלוגית בדם.
בדרך כלל כייל אותם לביצוע מדידות במיקומים פרוזדוריים, אבי העורקים והחדר. לאחר הכיול, המשך בהכנת השסתומים. השג ארבעה לבבות חזיר טריים עם אבי העורקים שלם מבית מטבחיים מאושר A-U-S-D-A.
פרקו ושטפו לב במים נטולי יונים והניחו אותו בכלי מלא באנטיביוטיקה אנטי-פטרייתית 1% ב-PBS על קרח. העבר אותו למעבדת הבדיקות ההידרודינמיות. מניחים את אחד הלבבות בתבנית חיתוך ומסירים בזהירות את קרום הלב שלו.
בהסתכלות על הצד הגחוני, בדוק את ארבעת החדרים ואתר את קשת אבי העורקים על אבי העורקים השלם. לאחר מכן הפרד את הלב לחצאים. חותכים אופקית שלושה רבעים סנטימטר מתחת לטבעת במפגש בין אבי העורקים לחדר השמאלי, ומבודדים את אבי העורקים השלם המחובר לקטע רקמת החדר השמאלי.
בדוק את המסתם האאורטלי הממוקם בשורש אבי העורקים לאיתור נזק או הסתיידות. זהו האזור שבין אבי העורקים העולה לטבעת התחתונה. אם זה נראה טוב, פצלו את אבי העורקים כסנטימטר מעל הטבעת, אחרת השליכו את הרקמה.
לאחר מכן הפרד את מקטע רקמת החדר השמאלי מתחת לטבעת כדי לבודד את המסתם האאורטלי כשהמסתם מבודד. המשך בתפירה כדי להדק שסתום למחזיק. ראשית, הנח אותו בתוך מחזיק השסתום.
יישר את בסיס השסתום עם בסיס מחזיק העמוד. ואז אבטח זמנית את השסתום בעזרת מהדק נייר. היזהר לא לפגוע בקומיסורה או בתלול.
כעת, הניחו תפרים בתחתית מחזיק השסתום. הזינו את המחט דרך החור הראשון ולמטה לתחתית. ואז בצורה לולאה, תפר את השסתום למחזיק השסתום לאורך העמודים.
המשך לתפור לאורך היקף המחזיק. סיים את התפירה עם תפר נוסף סביב קצות העמודים לאבטחה נוספת. לאחר התפרים, אבטח את השסתום לכל העמודים.
הסר את מהדק הנייר בהדגמה זו. נעשה שימוש במערכת שכפול דופק vi vitro. השלבים יהיו שונים עם מערכות אחרות.
התחל את ההערכה על ידי הגדרת הדופק של המערכת ל-70 פעימות לדקה. לאחר מכן, בחר צורת גל זרימה להנעת המשאבה, שבמקרה זה היא צורת הגל S 35. כעת הפעל את המגבר ואת משאבת הבוכנה ואפשר להם להתחמם למשך 15 דקות.
בעת בדיקת שסתום דו-עלוני, מקם אותו במערכת במצב אבי העורקים עבור שסתום תפור. ראשית, מקם אותו בתוך צינור הזכוכית להרכבה בהתאמה אישית על ידי סנדוויץ' הצינור עם החלקים העליונים והתחתונים ואבטח אותם עם ברגים לרוחב. זה עתה הכנסנו את שסתום הפולימר.
זהו אותו הליך בו אנו משתמשים כדי להכניס את השסתום המקורי. לאחר מכן מקם את המכלול בין תא אבי העורקים למחזיק שסתום אבי העורקים המקורי כשהשסתום במקומו, מרח שומן ואקום על כל הצמתים שעלולים לדלוף. לאחר מכן, הוסף שני ליטר של 35% גליצרין במי מלח לתא הפרוזדורים.
כעת, כשהמערכת מתמלאת, השלב החשוב ביותר הוא לוודא שכל הרכיבים מכוילים היטב. שני אנשים עובדים יחד כדי להגדיר את המערכת. כעת, ודא שמתמר הזרימה מוגדר למיקום אבי העורקים והפעל אותו באמצעות ההוראות מתחת ללשונית הכיול בתוכנה, כייל את המשאבה ולאחר מכן את מתמר הזרימה ולאחר מכן את מתמרי הלחץ.
לאחר השלמת הכיול, הפעל את המשאבה בסל"ד נמוך עד שהנוזל ממלא את תא אבי העורקים. בדוק אם יש נזילות ואטום אותן בשומן ואקום נוסף. סובב את שני פקקי העצירה למצב פתוח.
הם מתמרי אבי העורקים והחדר. הגדל את סל"ד המשאבה עד שנפח השבץ יגיע ל 80 מיליליטר לפעימה. אפשר למערכת לפעול במשך 10 דקות עד שהזרימה מתייצבת.
ניתן לאמת זאת על ידי התבוננות בצורות גלי הזרימה והלחץ על המסך. כאשר השונות בין המחזורים אינה נצפית או מינורית מאוד, המערכת התייצבה. כעת בתוכנת הבדיקה VI, בחר את מצב הרכישה ולחץ על איסוף 10 מחזורים ממצב הניתוח, לחץ על הטבלה ושמור את הקובץ.
כמו כן, שמור תמונה של צורות הגל באמצעות צילום התמונה. אפשרות חמישית, פולימר, ארבעה חזירים מקומיים ושני שסתומי דו-עלעלים הושוו. קצב הזרימה נמדד באמצעות מד זרימה אלקטרומגנטי המחובר לבדיקת זרימה לא פולשנית שהוצבה במיקום הממשק של החדר ותאי אבי העורקים.
לחץ החדר נמדד בתא החדר באמצעות מתמר לחץ מיקרו קצה שהונח על גבי זה. התוצאה מדווחת על ערכים עבור שסתומי עלונים מקוריים ו-B בקוטר 29 מילימטר. מהספרות.
לחץ אבי העורקים נמדד ממש במורד הזרם ממיקום המסתם האאורטלי באמצעות מתמר לחץ מיקרו קצה. שוב, ניתנים גם ערכים שדווחו בעבר עבור שסתומים בקוטר 29 מילימטר. לסיכום, פרמטרים רבים חושבו ממדידות הזרימה והלחץ שבוצעו.
גודל השסתומים שנבדקו היה בקוטר ממוצע של כ-22 מילימטרים לפי עלון. היה קשה להשיג שסתומים. לפיכך, גודל המדגם שלהם קטן.
לאחר שליטה בטכניקה זו, כולל הכנת דגימה והערכה הידרודינמית ניתן לבצע תוך כשעתיים וחצי. הצלחנו להדגים באמצעות הרכבה מותאמת אישית שבנינו דרך שבה אנו יכולים להכיל מבני שסתום תלת-עלוני או שסתום פולימרי תלת-עלוני, ולאחר מכן לשלב סוגים אלה של שסתומים או שסתומי פולימר אלה בלולאה פועמת מסחרית קיימת להערכה הידרודינמית פונקציונלית. במקביל, הצלחנו להוכיח שאנו יכולים להשוות את השסתומים הללו באופן אובייקטיבי לשסתום מקורי, שהוא גם עלון משולש בגיאומטריה.
במקרה שלנו, אנו משתמשים בשסתומי אבי העורקים המקוריים של חזיר מכיוון ששסתומים אלה דומים מאוד לשסתומים אנושיים. לבסוף, בעקבות הליכים אלה, אנו יכולים גם להסתכל על תחומי מחקר אחרים כגון פיתוח שסתומים מורכבים מפיגומים שיכולים לשמש להנדסת רקמות, למטרות מסתמי לב.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מדגים את ההיתכנות של התאמת משכפל פעימות מסחרי עבור מסתמי לב פולימריים תלת-עלים. כמו כן, הוא מגדיר פרוטוקול להערכת מדדים הידרודינמיים של מסתמים אלו בהשוואה למסתמים טבעיים ומכניים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- הנדסה ביו-רפואית
- התקנים קרדיו-וסקולריים
- הידרודינמיקה
רקע
- טכנולוגיות מתפתחות של מסתמי לב פולימריים דורשות הערכה יסודית.
- מדדים הידרודינמיים הם קריטיים להערכת ביצועי המסתם.
- ייתכן ששיטות קיימות אינן מכסות באופן מספק את המורכבויות המעורבות.
- הבנת מדדים אלו עשויה להוביל לשיפור בתכנוני תותבות.
מטרת המחקר
- להתאים משכפל פולסים לבדיקה של מסתמי שלוש עלעלים.
- לקבוע פרוטוקול להערכה הידרודינמית.
- להשוות בין מסתמי פולימר למקביליהם טבעיים ומכניים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הרכבה של מחזיק שסתום וצינור לתצורת שלושה עלים.
- תפירת שסתומי פולימר והכנה לבדיקה הידרודינמית.
- כיול של מערכת שכפול הדופק עם תמיסות של מי מלח וגליצרין.
- בדיקה של שסתומים מכניים ושסתומים חזירים טבעיים לצורך תיקוף.
תוצאות עיקריות
- המשכפל הפולסי המשופר מעריך ביעילות את ההידרודינמיקה של מסתמי פולימר.
- ניתן להשתמש בתובנות שהתקבלו כדי לשפר עיצובים עתידיים של מסתמי פולימר.
- אתגרים במתודולוגיה מדגישים את הצורך בהכשרה מקצועית.
- המחקר מספק בסיס למחקרים נוספים בתחום של פרוטזות מסתמי לב.
מסקנות
- הערכה הידרודינמית היא קריטית לפיתוח של מסתמי פולימר.
- מערכות משופרות יכולות לגשר על פערים בטכניקות ההערכה הנוכחיות.
- עבודות עתידיות צריכות להתמקד בשכלול שיטות אלו לצורך יישום רחב יותר.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
פרוטוקול זה מאפשר הערכה הידרודינמית בשלבים מוקדמים של מסתמי לב פולימריים תלת-עלוליים באמצעות משכפל דופק מסחרי משופר, ובכך מספק נתונים תפקודיים אובייקטיביים לשם שיפור התכנון. על ידי מתן אפשרות להשוואה ישירה עם מסתמים טבעיים ומכניים תחת תנאים זהים, הפרוטוקול מפחית את השונות במדידה ותומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים בפיתוח התקנים קרדיווסקולריים. גישה זו מציעה פלטפורמה ניתנת לשכפול ולהרחבה להערכת תותבי מסתמים חדשים במהלך שלבי הגילוי והשלבים הפרה-קליניים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של השערות לגבי תכנון מסתמים באמצעות מדדים הידרודינמיים כמותיים תחת תנאי זרימה רלוונטיים פיזיולוגית.
- ערך תפעולי: מספק מערכת סטנדרטית להערכה תפקודית המפחיתה שונות בין הרצות בדיקה שונות ובין טכניקות של מפעילים שונים.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- ערך מדעי: מייצר תוצרים כמותיים הניתנים לשחזור, כגון מפל לחץ, קצב זרימה ונפח רגורגיטציה, לצורך סריקה השוואתית של מסתמים.
- ערך תפעולי: תומך במוכנות הבדיקה על ידי התאמת מערכת מסחרית להבטחת גאומטריות גמישות של שלושה עלים, מה שמאפשר שימוש חוזר בפלטפורמה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מקדם רציפות תרגומית (translational continuity) על ידי מתן אפשרות להערכה השוואתית של מסתמי פולימר מול מדדי ייחוס של מסתמים מכניים ומסתמי חזיר טבעיים.
- ערך תפעולי: מאפשר קבלת החלטות לגבי קידום הפיתוח בהתאם לסיכונים, באמצעות אספקת נתונים אובייקטיביים על ביצועים הידרודינמיים בשלב מוקדם של מחזור התכנון.
שילוב תהליכי עבודה (Pipeline & Workflow)
שיטה זו משתלבת ברצף הגילוי על ידי תמיכה בהערכת תכנונים מונחית-השערה, מתיימרת לאפשר סריקה כמותית של אבות-טיפוס של מסתמים, ומספקת מידע לתיקוף פרה-קליני באמצעות פרופיל הידרודינמי של נקודות ייחוס.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בבדיקת השערות ובצמצום סיכונים ביולוגיים על ידי מדידת הביצועים התפקודיים של תכנוני מסתמים בסביבת זרימה פולסטילית מבוקרת.
- סריקה: מספקת סטנדרטיזציה של הבדיקה ופלטים הידרודינמיים כמותיים המאפשרים השוואה אובייקטיבית בין גרסאות שונות של המסתם.
- אנליטיקה: מספקת מדדים מדידים הכוללים מפל לחץ בזרימה קדימה, סמיות זרימה ממוצעת של השורש האורטי (RMS), דינמיקת סגירה, דליפה ואובדן אנרגיה לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין שלב הגילוי לעבודה פרה-קלינית על ידי מתן אפשרות לתיקוף אל מול מסתמים טבעיים ומסתמים מכניים המהווים את "תו התקן" (gold-standard), תחת תנאי בדיקה זהים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת יכולת בדיקה הידרודינמית ניתנת לשימוש חוזר, שניתן להחיל על מספר קמפיינים של תכנון מסתמים ללא צורך בפיתוח מערכת מותאמת אישית.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי בתכנון מסתמים על ידי אספקת נתונים הידרודינמיים אובייקטיביים וניתנים להשוואה בין סוגי מסתמים שונים.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות והסטנדרטיזציה באמצעות מערכת מסחרית מותאמת עם שלבי כיול והכנה מוגדרים.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות ה-go/no-go על ידי הפחתת סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים, באמצעות הפחתת סיכונים פונקציונלית מוקדמת של אבות-טיפוס למסתמי פולימר.
- השפעה על תיק הפיתוח: מאפשר תיעדוף של תכנוני מסתמים מותאם סיכון, בהתבסס על ביצועים הידרודינמיים כמותיים ביחס למדדי ייחוס מוגדרים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בהידרודינמיקה קרדיווסקולרית, בטכניקות תפירה של מסתמים ובפעולה של מערכת לשכפול דופק (pulse duplicator).
- תלוי בגישה למערכת מסחרית לשכפול דופק המסוגלת לעבור התאמה עבור מסתם בעל שלושה עלים.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של נהלי הכנת המסתם, התפירה וכיול המערכת.
- כולל שיקולי התאמה בעת יישום הפרוטוקול על חומרי פולימר שונים, גדלי מסתמים או תנאי זרימה שונים.
- מוגבל בשל המורכבות הטכנית של ההקמה והצורך בהכשרה מיוחדת בפירוש מדדי הידרודינמיקה.
