方法論記事

エレクトロとバルーン拡張ベアメタルステントを使用した小口径ステントグラフトの作製

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DOI：

10.3791/54731

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2016年10月26日

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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

この記事について

サマリー

プロトコルでは、バルーン拡張ステントを2つのエレクトロスピニングナノファイバースポリウレタン層の間に挟むことにより、小口径のステントグラフトを製造する方法を提示します。

要約

ステントグラフトは、大動脈病変、動脈瘤、冠動脈インターベンションによる塞栓、血管系の穿孔など、さまざまな状態の治療に広く使用されています。このようなステントグラフトは、ステントをポリマー膜で覆うことによって製造されます。理想的なステントグラフトは、多孔質で血栓抵抗性、および生体適合性のあるポリマー膜で覆われた生体適合性ステントを備えている必要があります。これは、細胞外マトリックスを模倣し、それによって損傷部位の治癒を促進します。このプロトコルの目標は、バルーン拡張型ステントを 2 層のエレクトロスピニング ポリウレタン ナノファイバー内にカプセル化することにより、小口径のステントグラフトを製造することです。ポリウレタンのエレクトロスピニングは、天然の細胞外マトリックスを模倣することにより治癒を助け、それによって内皮化を促進することが示されています。ゆっくりと回転するマンドレル上でポリウレタンナノファイバーをエレクトロスピニングすることで、ナノファイバー膜の厚さを正確に制御することができました。これは、小口径のバルーン拡張可能なステントグラフトを実現するために不可欠です。ステントグラフトの圧着と膨張による機械的検証により、ナノファイバー状ポリウレタン膜は、引き裂きや層間剥離の兆候を示さずに特許を維持しながら、圧着および膨張するのに十分な柔軟性があることが示されています。さらに、ここで述べる方法を用いて作製されたステントグラフトは、標準サイズのガイドカテーテルを用いた冠動脈インターベンション手順を用いて移植することができる。

概要

冠動脈インターベンションの手順は、プラークの破壊および血管壁に起因する重大な血管壁の損傷を引き起こします。これは、再狭窄、静脈グラフトの末梢塞栓症、および冠状動脈内腔1-4の不連続が生じます。これらの合併症を回避するために、有望な戦略は、血管形成部位における血管表面を覆うように、潜在的に再狭窄を阻害するであろう、血管内腔の不連続のリスクを軽減、および末梢塞栓症を防止するであろう。これまでの研究では、ステントグラフト5のための肯定的な結果とステントグラフトにベアメタルステントを比較しました。研究者は、ステントをカバーするために膜を製造するためにいくつかの材料を使用しました。これは、ポリエチレンtetraphthalate（PET）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリウレタン（PU）、及びシリコン又は覆われたステント6-9を製造するための自家血管組織のような合成材料を含んでいます。ステントを被覆するために使用される理想的な移植片材料は、抗血栓性、非biodegrであるべきですadable、および過度の増殖や炎症10せずに天然の組織と統合する必要があります。ステントを被覆するために使用される移植片材料はステント移植片の治癒を促進すべきです。

ステントグラフトが広く頚動脈の擬似動脈瘤、動静脈瘻は、静脈グラフトを縮退、大動脈縮窄の治療のために使用され、巨大な脳動脈瘤の大きさです。しかし、小口径のステント移植片の開発は、ステントグラフトの展開11-14に役立つロープロファイルと柔軟性を維持する能力によって制限されます。 PUは、ロープロファイルおよび良好な柔軟性15,16を達成するための所望の形質である良好な機械的強度と弾性ポリマーです。良好なデリバリーを有することに加えて、ステントグラフトはまた、迅速な治癒および内皮化を促進すべきです。 PUは、ステント移植片は、より良い生体適合性を実証し、内皮17を強化してい覆った。研究者は持っています以前PUは内皮細胞17でそれらを播種することによりステントグラフトを覆われた内皮化しようとしました。ナノファイバーマトリックスを作成するためにPUのエレクトロスピニングは、血管移植片18,19を製造するための貴重な技術であることが示されています。天然の細胞外マトリックスの構造を模倣するナノファイバーの存在はまた、内皮細胞増殖20,21を促進することが知られています。エレクトロスピニングは、材料22の厚さを制御することができます。 PUで作られた小口径血管移植片は、表面コーティング、抗凝固剤、及び細胞増殖抑制剤としての修飾を使用して、治癒を促進するために研究されています。すべてのこれらの変更は、ホスト受け入れを媒介グラフト治癒23を促進するように設計されています。

当社グループは、動物モデル24-26で展開することができるバルーン拡張ベアメタルステントを開発しました。エレクトロポリウレタンメッシュとボールの組み合わせキューン拡張型ステントは、小口径のバルーン拡張型ステント移植片を生成することができました。現在利用可能なステント移植片のほとんどは、介入手順中に大腿動脈を介して導入されているが、わずか数商業覆われたステントは非膨張バルーン27のために必要とされるよりも大きい1フレンチサイズを導入することができます。本研究では、経皮的インターベンションの手順で標準8-9フランスのガイドカテーテルを使用して冠状動脈に送達することができるエレクトロPUの2つの層の間のバルーン拡張型ステントをカプセル化することにより、小口径血管ステントグラフトを開発しました。

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プロトコル

マンドレルコレクター上のポリウレタンの1エレクトロスピニング

  1. エレクトロスピニングのためのマンドレルを準備
    1. オーブンを用いて155℃でメスシリンダー（約9ミリメートルの直径、深さ110 mm）の生体適合性、食品グレード、水溶性担体材料の約8ミリリットルメルト。
    2. マンドレルの表面上に支持材料のコーティングを得るために、直径3mm及び長さ100mmのステンレス鋼マンドレルを浸し。浸漬前に、溶融した担体材料で表面を濡らすのに役立つマンドレル表面の温度を上昇させるために、約15分間155℃のオーブンでマンドレルを配置します。
    3. 溶融した支持材料がマンドレル表面上に均一な薄いコーティングを形成する固化しながら浸したマンドレルは、約140℃に冷却してみましょう。重力がオフに滴下する過剰な支持材を引き起こすように、冷却プロセスの間に、垂直方向にマンドレルを掛けます。このコーティングは、容易に可能マンドレルから完成したステント移植片の除去。
  2. エレクトロスピニングシステムのマンドレルコレクタの設定（図1に示すように）
    1. 水平に実験室用ミキサーを合わせ、ヒュームフード内部の反対側の端部にステンレス製の心棒を保持するプラスチック製の棒を接続します。
    2. マンドレルの端部にプラスチック製の支持ロッドを収容するために、水にマンドレルの先端のみを浸漬することによって、マンドレルの先端から支持材を溶解します。マンドレルコレクタの均一な回転を補助するために、マンドレルの自由端にプラスチック支持棒を支持します。
    3. ステンレス製の心棒を確保し、エレクトロスピニングの間に滑りを回避するために、プラスチック製の支持ロッドにセットネジを使用してください。
    4. ステンレス鋼のマンドレルにU字状のアース線を取り付けることにより、マンドレルコレクタを接地してください。マンドレルの側面にアース線を保持するためにゴム製のOリングを使用してください。
  3. セッティエレクトロスピニング装置の液体ポリウレタン押出システムをngの
    1. 15％を得るために、25％（メートル/ v）のポリウレタン（PU）原液とジメチルアセトアミド（DMA）をミックス（メートル/ v）のPU DMA溶液（ 例えば 、9ミリリットルの25％PU溶液にDMAの6ミリリットルを追加します）。
      注意！適切な個人用保護具とヒュームフード内部の作業を行います。
    2. 15％PU溶液で平滑末端ステンレス鋼針（口金）に5ミリリットルのガラスシリンジを埋めます。
    3. シリンジの内径に対して0.01 ml /分で押し出すシリンジポンプをプログラムします。
    4. マンドレルコレクタから約20cm針の先端に水平にシリンジポンプの口金にシリンジをマウントします。電気アーク放電を回避するためにゴムシートを用いて、シリンジポンプの導電性部分から注射器を絶縁します。
    5. ワニ口クリップを使用して、注射器の口金に高電圧発生器を接続します。
  4. 0.01ミリリットル/分であり、ロタでシリンジポンプを実行します。低速（ 例えば 、50 rpm）で実行されている実験室用ミキサーでマンドレルをTE。
  5. 口金全体の20キロボルトの電圧差とコレクタマンドレルを適用します。 PUナノファイバーは、回転マンドレル上に堆積開始され、薄層が数分以内に表示されます。ヒュームフードがオフになっていると排気が電気紡績ナノファイバーの損失を回避するために閉じていることを確認してください。

2.ステントグラフトをエレクトロスピニング

  1. （ステップ1で説明したように）2時間回転マンドレル上にエレクトロスピニングPUナノファイバーは、均一なチューブを作成します。
  2. ベアメタルステントをインストールするには、実験室用ミキサーに接続されたプラスチック製の棒からマンドレルを削除します。前溶剤ヒュームが除去され、その名残を確実にするために、マンドレルを除去するヒュームフードやオープン排気をオンにします。
  3. 目的の場所にエレクトロスピニングされたチューブにバルーン拡張ステンレス鋼ステント26をスライドさせます。 SLIので少しステントを拡張する必要があるかもしれませんpsの電界紡糸管を損傷することなく上。
  4. ステントをしっかりとマンドレル上にチューブ材料に設定し、スライドするのに十分な緩みされていないことを確認するために、ステントを圧着します。また、これは、内側と外側の層の剥離を防止するのに役立つであろう。
  5. ステントグラフトの外側の層をエレクトロスピニングするための実験室用ミキサーのプラスチック棒に再びチューブおよびステントとマンドレルをロードします。
  6. ステップ1で説明したように3時間エレクトロスピニングナノ繊維は、ステントグラフトの外側層を作製しました。
  7. 後で外側をエレクトロスピニングした後、円周方向にPU素材にメスを用いて、ステントの端から約1ミリメートルを切りました。
  8. マンドレルからステント移植片を放出するマンドレルから支持材料を溶解し、脱イオン水でステントグラフトとマンドレルを浸します。完全に支持材料を溶解するために、必要に応じて新鮮な水と交換してください。
  9. 支持材料が溶解したら、優しくトンからステントグラフトを削除彼はマンドレルと乾燥させます。空気乾燥に許可する前に、残りの支持材を溶解するために、脱イオン水で除去されたステントグラフトを浸すことを検討してください。

製造ステントグラフトの3試験

  1. 3ミリメートルのつ折りバルーン上のステント移植片をスライドさせます。
  2. 圧着工具、手持ちを使用してバルーン上にステント移植片を圧着します。
  3. ステントの変形に均一に圧着するための顕微鏡とカバー材の剥離やパンクなどの故障の任意の他の徴候を使用してクリンプステントグラフトを点検します。
  4. 膨張装置および水でつ折りバルーンを加圧することにより、3ミリメートルの設計直径にステントグラフトを展開します。ここでも、均一な膨張と故障の兆候が拡大ステントグラフトを調べます。

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結果

我々のelectrospinnerセットアップ（ 図1）は、高品質のポリウレタンナノファイバー（ 図2）をもたらしました。ステントグラフトは、マンドレル上にポリウレタンの内部層をエレクトロスピニングこの層の上にベアメタルステントを滑り、及びポリウレタンの第二の外側層（ 図3）をエレクトロスピニングすることによって製造されます。ポリウレタンナノファイバーは100μmの内層およびステントグラフト上150μmの外側の層になるが50μm/ hrの速度で電気紡糸されています。ここで紹介するプロトコルを使用してエレクトロスピニングすると、均一なナノファイバーポリウレタン層（ 図4）になります。圧着し、得られた小口径のステント移植片の展開は、これらのデバイスは、不均一な圧着も材料破壊の兆候（ 図5）なしで標準つ折りバルーンを使用して展開されることが可能であることを示しました。

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ディスカッション

私たちは、標準的な経皮的冠動脈インターベンション (PCI) 手順を使用して展開できる小口径ステントグラフトの製造技術を開発しました。現在利用可能なステントグラフトは、薄型と展開の柔軟性を維持する能力に限界があります。以前の研究で私たちのグループによって開発されたベアメタル ステントは、ステント留置動脈の迅速な治癒を助けることが証明されています24,26。さまざまなポリマーが他のグループによってエレクトロ紡糸されており、ポリウレタンは生体安定性と生体適合性が証明されています。ポリウレタンは、細菌の付着性がほとんどないことも知られています13,28。

この研究で提示されたプロトコルでは、エレクトロスパンポリウレタンの2層の間にバルーン拡張可能なステントを挟んだステントグラフトを開発し、さらにこれらのステントグラフトの圧着と拡張をテストしました。まず、標準的なPCI技術を使用して圧着および拡張できるステンレス鋼ステントを開発しました。第二に、回転するマンドレルコレクター上で良質なポリウレタンナノファイバーを生成できるエレクトロスピニング技術...

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開示事項

著者は、彼らが競合する金融利害関係を持たないことを宣言します。

謝辞

技術サポートを提供してくださったメイヨークリニックの工学部に感謝いたします。この研究は、欧州地域開発基金(FNUSA-ICRC)によって財政的に支援されました(No.CZ.1.05/1.100/02.0123)、国立衛生研究所(T32 HL007111)、米国心臓協会科学者開発助成金(AHA#06-35185N)、およびグレインジャーイノベーションファンド-グレインジャー財団。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ガラスシリンジエアタイト7.140-33紡糸口金用シリンジ
メスシリンダー 5 mlフィッシャーサイエンティフィック08-552-4G5 ml パイレックスメスシリンダー 直径約 9 mm 、長さ 11 cm
高電圧発生器Bertan Accociates, Inc.205A-30P紡糸口金とコレクターの間に電圧差を適用するために使用されます
rpm制御付き実験室ミキサーScilogexSCI-84010201さまざまな実験装置サプライヤーから入手可能
ポリウレタンDSMBioSpan SPUBiospan セグメント化されたポリウレタン
ゴムシートマクマスターカー1370N11エレクトロスピニング
中にシリンジを絶縁するために使用されますステンレス製マンドレルN/AN/A製造 
ステンレス鋼の針ハミルトン91018エレクトロスピニングの紡糸口金として使用
サポート材料EnvisionTecB04-HT-DEMOMAT生体適合性水溶性材料
シリンジポンプハーバード装置55-3333

参考文献

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