Articolo metodologico

Fabbricazione di piccolo calibro e stent-innesti Uso Electrospinning e Balloon espandibili Bare Metal Stent

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DOI:

10.3791/54731

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26 ottobre 2016

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1Division of Engineering, Mayo Clinic, 2Department of Cardiovascular Diseases, Mayo Clinic, 3Department of Cardioangiology, ICRC, St. Anne's University Hospital, 4Department of Vascular Surgery, Mayo Clinic, 5Department of Physiology and Biomedical Engineering, Mayo Clinic

In questo articolo

Sommario

Nel protocollo, presentiamo un metodo per produrre uno stent-innesto di piccolo calibro inserendo uno stent espandibile a palloncino tra due strati di poliuretano nanofibroso elettrofilato.

Abstract

Gli innesti di stent sono ampiamente utilizzati per il trattamento di varie condizioni come lesioni aortiche, aneurismi, emboli dovuti a procedure di intervento coronarico e perforazioni nel sistema vascolare. Tali stent-innesti sono prodotti coprendo uno stent con una membrana polimerica. Uno stent-innesto ideale dovrebbe avere uno stent biocompatibile coperto da una membrana polimerica porosa, tromboresistente e biocompatibile che imita la matrice extracellulare favorendo così la guarigione del sito della lesione. L'obiettivo di questo protocollo è quello di produrre uno stent-innesto di piccolo calibro incapsulando uno stent espandibile a palloncino all'interno di due strati di nanofibre poliuretaniche elettrofilate. È stato dimostrato che l'elettrofilatura del poliuretano aiuta nella guarigione imitando la matrice extracellulare nativa, promuovendo così l'endotelizzazione. Le nanofibre poliuretaniche elettrofilate su un mandrino a rotazione lenta ci hanno permesso di controllare con precisione lo spessore della membrana nanofibrosa, essenziale per ottenere uno stent-innesto espandibile con palloncino di piccolo calibro. La validazione meccanica mediante crimpatura ed espansione dello stent-graft ha dimostrato che la membrana poliuretanica nanofibrosa è sufficientemente flessibile per crimpare ed espandersi pur rimanendo pervia senza mostrare alcun segno di strappo o delaminazione. Inoltre, gli stent-graft fabbricati con i metodi qui descritti possono essere impiantati utilizzando una procedura di intervento coronarico utilizzando cateteri guida di dimensioni standard.

Introduzione

procedure di intervento coronarico causano significative lesioni parete del vaso a causa di rottura della placca e la parete del serbatoio. Ciò si traduce in restenosi, embolia periferica in innesti di vena, e la discontinuità del lume coronarico 1-4. Per evitare queste complicazioni, una strategia promettente sarà da coprire la superficie vascolare nel sito angioplastica, che potenzialmente inibire la ristenosi, ridurre i rischi di discontinuità del lume del vaso, e prevenire embolia periferica. Precedenti studi hanno confrontato gli stent di metallo nudo di stent innesti con risultati positivi per stent-graft 5. I ricercatori hanno utilizzato diversi materiali per la fabbricazione di membrane per coprire gli stent. Questo include materiali sintetici come polietilene tetraphthalate (PET), politetrafluoroetilene (PTFE), poliuretano (PU), e silicio o tessuto del vaso autologo per fabbricare coperte stent 6-9. Un materiale di innesto ideale utilizzato per coprire lo stent dovrebbe essere thromboresistant, non biodegradable, e dovrebbe integrarsi con il tessuto nativo senza eccessiva proliferazione e l'infiammazione 10. Il materiale di innesto utilizzato per coprire lo stent dovrebbe anche promuovere la guarigione dello stent-graft.

Stent innesti sono ampiamente utilizzati per il trattamento di coartazione aortica, pseudo-aneurismi dell'arteria carotidea, fistola artero-venosa, degenerati vena innesti, e grande per giganti aneurismi cerebrali. Ma lo sviluppo di piccole calibro stent-innesti è limitata dalla capacità di mantenere basso profilo e flessibilità, che aiuta nella distribuzione degli stent-innesti 11-14. PU è un polimero elastomerico con una buona resistenza meccanica, che è una caratteristica desiderata per realizzare un profilo basso e buona flessibilità 15,16. Oltre ad avere una buona deliverability, stent-innesti dovrebbero anche promuovere una rapida guarigione e endotelizzazione. PU coperto stent-innesti hanno dimostrato una migliore biocompatibilità e endotelizzazione 17 migliorata. I ricercatori hannoin precedenza cercato di endothelialize PU coperto stent-graft da loro semina con le cellule endoteliali 17. Electrospinning di PU per creare matrice nanofibre ha dimostrato di essere una tecnica utile per la produzione di innesti vascolari 18,19. L'esistenza di nanofibre che imitano l'architettura della matrice extracellulare nativa è noto anche per promuovere la proliferazione delle cellule endoteliali 20,21. Electrospinning consente anche di controllo dello spessore del materiale 22. Piccolo calibro innesti vascolari in PU sono state studiate per promuovere la guarigione mediante modifiche come rivestimenti superficiali, anticoagulanti, e soppressori di proliferazione cellulare. Tutte queste modifiche sono progettate per mediare l'accettazione di accoglienza e promuovere la guarigione dell'innesto 23.

Il nostro gruppo ha sviluppato un palloncino espandibile stent di metallo nudo che può essere implementato in modelli animali 24-26. La combinazione di una maglia elettrofilate poliuretano e una pallaoon stent espandibili ci ha permesso di generare piccolo calibro palloncino espandibile stent-innesti. La maggior parte degli stent-innesti attualmente disponibili sono introdotte attraverso l'arteria femorale durante una procedura interventistica, ma solo pochi stents rivestiti commerciali può essere introdotto 1 formato French grande di quello richiesto per un palloncino gonfiato un-27. In questo studio abbiamo sviluppato un piccolo calibro vascolare stent-graft incapsulando uno stent espandibile a palloncino tra due strati di elettrofilate PU che possono essere consegnati a una arteria coronaria utilizzando uno standard 8-9 francese guida catetere in una procedura interventistica percutanea.

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Protocollo

1. Electrospinning di poliuretano sul mandrino Collector

  1. Preparare mandrino per electrospinning
    1. Sciogliere circa 8 ml di biocompatibile, di categoria alimentare, acqua materiale di supporto solubile in un cilindro graduato (circa 9 mm di diametro e 110 mm di profondità) a 155 ° C utilizzando un forno.
    2. Dip 3 mm di diametro ei 100 mm mandrino in acciaio inox lungo per ottenere un rivestimento di materiale di supporto sulla superficie del mandrino. Prima di immersione, posizionare i mandrini in forno a 155 ° C per circa 15 minuti per aumentare la temperatura della superficie del mandrino che aiuta a bagnare la superficie con il materiale di supporto fuso.
    3. Sia le mandrino anabbaglianti raffreddare a circa 140 ° C mentre il materiale di supporto fuso solidifica formando un sottile rivestimento uniforme sulla superficie del mandrino. Durante il processo di raffreddamento, appendere il mandrino verticale in modo che la gravità provoca materiale di supporto in eccesso di sgocciolare. Questo rivestimento permette una facilerimozione del prodotto finito stent-graft dal mandrino.
  2. Impostazione del collettore mandrino del sistema elettrofilatura (come mostrato in figura 1)
    1. Allineare il mixer da laboratorio orizzontale e collegare una bacchetta di plastica che terrà il mandrino in acciaio inox all'estremità opposta all'interno della cappa.
    2. Sciogliere il materiale di supporto dalla punta del mandrino immergendo solo la punta del mandrino in acqua per accogliere l'asta di supporto plastica all'estremità del mandrino. Sostenere l'asta di supporto plastico in corrispondenza dell'estremità libera del mandrino per aiutare nella rotazione uniforme del collettore mandrino.
    3. Utilizzare viti nelle aste di supporto in plastica per fissare il mandrino in acciaio inox e evitare di scivolare durante electrospinning.
    4. A terra il collettore mandrino collegando un filo di terra a forma di U al mandrino in acciaio inossidabile. Utilizzare O-ring di gomma per tenere il filo di terra ai lati del mandrino.
  3. Setting liquido sistema di estrusione poliuretano del sistema electrospinning
    1. Mescolare dimetilacetammide (DMA) con il 25% (m / v) di poliuretano (PU) stock soluzione per ottenere 15% (m / v) PU in DMA soluzione (ad esempio, aggiungere 6 ml di DMA a soluzione PU 9 ml di 25%).
      ATTENZIONE! Lavorare all'interno di una cappa aspirante con un equipaggiamento di protezione individuale.
    2. Riempire una siringa di vetro da 5 ml con estremità smussata ago in acciaio inox (filiera) con una soluzione di PU 15%.
    3. Programmare la pompa a siringa da estrudere a 0.01 ml / min in base al diametro interno della siringa.
    4. Montare la siringa con filiera sulla pompa a siringa orizzontalmente con la punta dell'ago circa 20 cm dal collettore mandrino. Isolare la siringa dalle parti conduttrici della siringa pompa utilizzando fogli di gomma per evitare formazione di archi elettrici.
    5. Collegare il generatore ad alta tensione per la filiera della siringa con un coccodrillo.
  4. Eseguire la pompa a siringa a 0.01 ml / min e RotaTE il mandrino con il mixer da laboratorio funziona a bassa velocità (ad esempio, 50 giri).
  5. Applicare un differenziale di tensione di 20 kV attraverso la filiera e il mandrino collettore. nanofibre PU inizieranno depositando sul mandrino rotante e un sottile strato saranno visibili in pochi minuti. Assicurarsi che la cappa è spento e lo scarico è chiusa per evitare la perdita di nanofibre elettrofilate.

2. Electrospinning uno stent-graft

  1. nanofibre Electrospin PU su un mandrino rotante per 2 ore per creare un tubo uniforme (come spiegato nel passaggio 1).
  2. Rimuovere il mandrino dalla bacchetta di plastica collegato al mixer laboratorio per installare il stent di metallo nudo. Accendere cappa e scarico aperto prima di rimuovere il mandrino per garantire che resti vapori di solvente vengono rimossi.
  3. Far scorrere il pallone stent in acciaio inox espandibile 26 sul tubo elettrofilate nella posizione desiderata. Può essere necessario espandersi leggermente lo stent così Slips avanti senza danneggiare il tubo elettrofilate.
  4. Crimpare lo stent per assicurarsi che lo stent sia saldamente fissato sul materiale del tubo sul mandrino e non abbastanza largo da scorrere. Questo aiuterà anche a prevenire la delaminazione degli strati interni ed esterni.
  5. Caricare il mandrino con il tubo e stent nuovo sull'asta di plastica del miscelatore laboratorio per electrospinning lo strato esterno dello stent-graft.
  6. nanofibre Electrospin per 3 ore come spiegato nel passaggio 1 per fabbricare lo strato esterno dello stent-graft.
  7. Dopo electrospinning l'esterno dopo, circonferenzialmente tagliare il materiale PU circa 1 mm dalla estremità dello stent utilizzando un bisturi.
  8. Bagnare il mandrino con stent-graft in acqua deionizzata per sciogliere il materiale di supporto dal mandrino che rilascerà lo stent-graft da mandrino. Sostituire con acqua dolce come necessario per sciogliere completamente il materiale di supporto.
  9. Una volta che il materiale di supporto è sciolto, rimuovere delicatamente lo stent-graft da tegli mandrino e lasciare asciugare. Considerate ammollo lo stent-graft rimosso in acqua deionizzata per sciogliere qualsiasi materiale di supporto rimanente prima di consentire asciugare all'aria.

3. Test di fabbricati stent innesti

  1. Far scorrere lo stent-graft su un pallone a tre ante 3 mm.
  2. Crimp lo stent-graft sul pallone con una mano tesa pinza.
  3. Ispezionare lo stent-graft pressare utilizzando un microscopio per aggraffatura uniforme e qualsiasi altro segno di fallimento come la delaminazione o la puntura del materiale di copertura a causa della deformazione dello stent.
  4. Espandere lo stent-graft al diametro progettato di 3 mm dalla pressurizzazione del pallone a tre ante con un dispositivo di gonfiaggio e acqua. Anche in questo caso, esaminare lo stent-graft ampliato per l'espansione uniforme e segni di insufficienza.

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Risultati

La nostra messa a punto electrospinner (figura 1) ha portato a nanofibre poliuretano di alta qualità (Figura 2). Uno stent-graft è prodotto da elettrospinning uno strato interno di poliuretano su un mandrino, scivolando uno stent di metallo nudo sopra questo strato, e electrospinning un secondo strato esterno di poliuretano (figura 3). nanofibre poliuretaniche sono elettrofilate alla velocità di 50 um / hr, che si traduce in uno strato interno di 100 um e uno stra...

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Discussione

Abbiamo sviluppato una tecnica di fabbricazione per uno stent-innesto di piccolo calibro che può essere utilizzato utilizzando una procedura standard di intervento coronarico percutaneo (PCI). Gli stent-graft attualmente disponibili sono limitati nella loro capacità di mantenere un basso profilo e flessibilità per l'implementazione. Gli stent in metallo nudo sviluppati dal nostro gruppo nei nostri studi precedenti hanno dimostrato di aiutare nella rapida guarigione dell'arteria con stent24,26. Vari polimeri so...

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Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

Vorremmo ringraziare la Divisione di Ingegneria, Mayo Clinic per il loro supporto tecnico. Questo studio è stato sostenuto finanziariamente dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale - FNUSA-CICR (n. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N) e The Grainger Innovation Fund - Grainger Foundation.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Siringa in vetroAir Tite7.140-33Siringa per filiera
Cilindro graduato 5 mlFisher Scientific08-552-4GCilindro graduato in pyrex da 5 ml di diametro circa 9 mm e lungo 11 cm
Generatore ad alta tensioneBertan Accociates, Inc.205A-30PUtilizzato per applicare la differenza di tensione tra filiera e collettore
Miscelatore da laboratorio con controllo del numero di giriScilogexSCI-84010201Disponibile presso vari fornitori di attrezzature da laboratorio
PoliuretanoDSMBioSpan SPUBiospan Foglio di gomma poliuretanica segmentata
McMaster Carr1370N11Utilizzato per isolare la siringa durante l'elettrofilatura
Mandrino in acciaio inossidabileN/AN/AProdotto 
Ago in acciaio inoxHamilton91018Utilizzato come filiera in elettrofilatura
Materiale di supportoEnvisionTecB04-HT-DEMOMATbiocompatibile in materiale solubile in acqua
Harvard Apparatus55-3333
Pompa siringa

Riferimenti

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