このプロトコルでは、カテーテル法と3D血管造影法を生存手順として使用して、静脈のコンプライアンスと伸展性の in vivo 定量化が可能になり、さまざまな潜在的なアプリケーションが可能になります。
合成血管移植片は、同種移植片、自家移植片、および異種移植片のいくつかの課題を克服しますが、多くの場合、それらが移植される天然血管よりも剛性が高く、準拠性が低くなります。ネイティブの容器とのコンプライアンスマッチングは、グラフトの成功のための重要な特性として浮上しています。船舶のコンプライアンスを評価するための現在のゴールドスタンダードには、船舶の切除と ex vivo 二軸機械試験が含まれます。私たちは、自然な生理機能をよりよく反映し、流れる血液や存在する形態学的変化によって引き起こされる圧力変化の影響を考慮に入れた、静脈のコンプライアンスと伸展性を評価する ためのin vivo 法を開発しました。
この方法は、動物の使用の必要性を減らしながら、縦断的研究を容易にする生存手順として設計されています。私たちの方法では、20 mL/kg の生理食塩水ボーラスを静脈血管系に注入し、その後、ボーラスの前後の 3D 血管造影を取得して、ボーラスによって誘発される変化を観察し、同時に標的領域の血管内圧測定を行います。その後、ボーラスの前後に血管の円周と断面積を測定することができます。
これらのデータと血管内圧により、特定の方程式のコンプライアンスとディステンシビリティを計算することができます。この方法は、天然の未手術のヒツジにおける下大静脈のコンプライアンスとディステンシビリティを、長期拡張ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)グラフトを移植したヒツジの導管と比較するために使用されました。天然の血管は、すべての測定場所でPTFEグラフトよりも準拠性が高く、伸縮性が高いことがわかりました。この方法は、静脈のコンプライアンスと伸展性の in vivo 測定を安全に提供できると結論付けています。
重篤な心臓異常のある患者は再建手術が必要です。ほとんどの再建手術では、血管移植片などの補綴材料を使用する必要があります。この空間を橋渡しする可能性のある導管には、合成材料または生物学的材料が含まれます。当初、同種移植片はフォンタン導管として使用されていましたが、石灰化と急性期のインシデントの発生率が高いため、その後放棄されました1。現在、無機高分子に由来する合成血管グラフトが使用されています。これらの移植片は、移植される天然の血管よりも順応性が低く、狭窄、閉塞、石灰化などの長期的な合併症を引き起こすという課題が残っています1,2,3,4,5。
合成血管移植片の構造は、機械的な引張強度に適しており、天然組織と比較して常にコンプライアンスが低くなります2。血管コンプライアンスは、圧力の変化に対する血管の体積の変化を定義し、機械的負荷に対する血管の応答性の指標として機能します。移植片材料と天然血管特性の違いは、コンプライアンスの不一致を生じさせ、血流パターンを混乱させることが実証されており、その結果、再循環と流れ分離の領域が生じます2,6,7,8,9。この現象は、内皮壁のせん断応力を変化させ、内膜過形成を誘発します2,7,8,9。このような反応は、移植片関連の合併症を引き起こす可能性があり、移植片の交換または再介入が必要になります6。
血管コンプライアンスは移植片の結果を決定する上で重要な役割を果たすため、この特性を正確に測定することが不可欠です。血管コンプライアンスを測定するための現在のゴールドスタンダードは、 ex vivo 管二軸機械的試験です。この方法では、目的の移植片または血管を切除し、ラテックスチューブに接続し、加圧して、さまざまな圧力にわたる円周方向の応力伸張挙動を評価します。コンプライアンスは、圧力を内径10の測定値と比較することによって決定される。ただし、 ex vivo 法にはいくつかの欠点があります。移植移植片の 機能をex vivo 法で評価する場合、動物を犠牲にして移植片を移植する必要があるため、長時間の検討は不可能です。そこで、 in vivo コンプライアンス測定プロトコルを開発しました。
私たちのグループは、先天性心疾患である左心低形成症候群(HLHS)を改善するためのフォンタン手術で使用するための組織工学的血管移植片(TEVG)の開発に焦点を当てています。先天性心血管手術の分野における最近の発展により、術後の転帰が改善され、平均余命が長くなっています。これにより、植込み型血管導管の長期的な特性と成功がますます重要になります。現在、HLHSの動物モデルは存在しないため、加速大型動物下大静脈(IVC)介在グラフトモデルでグラフトを評価します。このモデルはフォンタン循環の流れを作り出そうとはしていませんが、独特の血行動態条件を効果的に再現します。この in vivo プロトコルの最近の使用は、我々のTEVGと従来の拡張ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)グラフト11との間のグラフトコンプライアンスに大きな違いを示しました。この先行研究では方法論に焦点が当てられていなかったため、この新しい in vivo 法の詳細について追加の実験を行いました。
現在標準治療として機能している、膨張ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で構成される合成移植片をドーセット羊研究動物に移植し、外科的にナイーブな対照動物の天然IVCと比較しました。このプロトコルは、PTFE導管の移植後5〜7年でPTFEグループおよびさまざまな年齢の未操作の対照動物で実施されました。したがって、プロトコールおよび代表的な結果を説明する後続のセクションでは、関心領域を、例えば、IVC介在グラフトのグラフト(midgraft)領域の中央と呼ぶことがある。
このプロトコルにより、長期的な時点で非準拠であることが知られているPTFEコンジットの天然静脈との in vivo コンプライアンスを解析できます。臨床標準材料であるPTFEを、天然の未手術静脈と比較することを選択しました。PTFEコンジットは非準拠のままで石灰化しやすく、コンプライアンスがさらに低下することが知られているため、長期的な時点を選択しました11。全身の血行動態の変化がin vivo法で得られた測定値に正確に反映されるため、すべての比較をin vivoで実施することを選択しました。この比較から、このプロトコルはPTFEの非コンプライアンスを確認し、安全で再現性のある方法で in vivo 静脈コンプライアンスの測定値を取得できることがわかりました。この方法は、PTFE 導管と in vivo11 の組織改変血管移植片 (TEVG) との間に統計的に有意な差があることを実証するために、公開された研究で成功裏に実施されています。
このプロトコルの全体的な目標は、生存手順からの in vivo 測定値を使用して、ヒツジの大型動物モデルにおける胸部 IVC のコンプライアンスと拡張性を計算することです。この目的のために、胸部IVCの流体ボーラスに対する円周と断面積の変化を視覚化し、測定しました。同時に、血管内圧力の変化を測定し、これらの測定値を使用してコンプライアンスとディステンシビリティを計算しました。3D血管造影イメージングを使用すると、キャプチャ後の画像ビューを調整して静脈の断面から測定値を取得したり、血管に沿った複数の位置を測定できるなど、複数の利点が得られます。この研究で関心のある3つの領域は、中移植片領域、PTFE移植片の隣接する2つの吻合部位、およびネイティブIVCの同等の領域でした。 in vivoで実験を行うことで、実際の血液の流れの中で、組織や臓器に囲まれた移植片の機能を評価することに利点があります。この方法によって得られた測定値は、生体内の移植片の実際の機能を反映していると考えられています。
プロトコルは、羊の処置前準備、カテーテル法、ベースラインのボーラス前データの収集、研究データの収集、動物の回復、およびデータ分析を含む6つの主要なセクションに分かれています。動物調製のセクションでは、鎮静、麻酔の開始、カテーテル法中に使用されるモニタリング機器の配置について説明します。第2部では、データ取得に必要な2本のカテーテルシースを装着するプロセスを説明します。このプロトコルでは、両方のシースを右内頸静脈 (IJV) に配置して、2 つのマルチトラック カテーテルを血管に導入できるようにします。1 つは関心領域に配置されて圧力の変化を記録し、もう 1 つは造影剤注入のために静脈の下部に配置されます。カテーテルが配置されると、比較のためにベースラインのプレボーラス3D血管造影法が取得されます。研究データの収集は、投与のために加圧バッグシステムで生理食塩水ボーラスを準備し、生理食塩水ボーラスに血管内圧の記録を提供し、ボーラス後の3D血管造影法を採取することから始まります。次に、プロトコル後の羊の回復を促進するためのプロセスについて説明します。最後に、分析と統計的比較のための適切な画像と断面測定値を取得する方法について説明します。
コンプライアンスと拡張性は、血管機能の主要な特性であり、潜在的な合併症や介入の指標として機能します。これらのパラメータの変化を正確に定量化し、比較することは、移植片の有効性を評価するために重要です。当社の in vivo 法は、 ex vivo 解析の限界を克服し、同等の結果を維持します。我々の in vivo データとBlumらによって提示された ex vivo データを比較…
The authors have nothing to disclose.
この作業は、R01 HL163065とW81XWH1810518の支援を受けました。これもひとえに動物研究コアの献身的なスタッフの皆様に感謝申し上げます。また、Carmen Arsuaga氏の貴重な専門知識と研究期間中の慎重なケアにも感謝の意を表したいと思います。
0.035" x 260 cm Rosen Curved Wire Guide | Cook Medical | G01253 | Guide for holding placement swapping caths (Multi-track, IVUS, etc) |
0.035"x 150 cm Glidewire | Terumo | GR3507 | Guide for JR cath |
0.9% Sodium Chloride Saline | Baxter Healthcare Corporation | NCH pharmacy | For diluting norepinpherine, pressure monitoring |
10.0 Endotracheal tube | Coviden | 86117 | To secure airway |
16 G IV catheter | BD | 382259 | To administer fluids and anesthetic drugs |
22 G IV catheter | BD | 381423 | For invasive blood pressure |
5Fr x .35" JR2.5 | Cook Medical | G05035 | Guide for rosen wire |
70% isopropyl alcohol | Aspen Vet | 11795782 | Topical cleaning solution |
7Fr x 100 cm Multi-track | B. Braun | 615001 | Collecting pressure, Administering contrast to specific intravascular location |
9Fr Introducer sheath | Terumo | RSS901 | Access catheter through skin into vessel for wires to pass through |
ACT cartridge | Abbot Diagnostics | 03P86-25 | Activated Clotting Time |
Angiographic syringe w/ filling spike | Guerbet | 900103S | For contrast injector |
Bag decanter | Advance Medical Designs, LLC | 10-102 | Punctures saline bag to pour and fill sterile bowl with saline |
Butorphanol | Zoetis | NCH pharmacy | Sedation drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 0.1 mg/kg |
Cath Research Pack | Cardinal Health | SAN33RTCH6 | Cath pack with misc. supplies |
Cetacaine | Cetylite | 220 | Topical anesthetic spray |
Chloraprep | BD | 930825 | Topical cleaning solution |
Chlorhexidine 2% solution | Vedco INC | VINV-CLOR-SOLN | Topical cleaning solution |
Conform stretch bandage | Coviden | 2232 | Neck wrap to prevent bleeding |
Connection tubing | Deroyal | 77-301713 | Connects t-port to fluid/drug lines |
Diazepam | Hospira Pharmaceuticals | NCH pharmacy | Sedation drug: Concentration 5 mg/mL, Dosage 0.5 mg/kg |
EKG monitoring dots | 3M | 2570 | |
Fluid administration set | Alaris | 2420-0007 | |
Fluid warming set | Carefusion | 50056 | |
Hemcon Patch | Tricol Biomedical | 1102 | Patch for hemostasis |
Heparin | Hospira, Inc | NCH pharmacy | Angicoagulant: 1,000 USP units/mL |
Infinix-i INFX-8000C | Toshiba Medical Systems | 2B308-124EN*E | Interventional angiography system |
Invasive pressure transducer | Medline | 23DBB538 | For invasive blood pressure |
Isoflurane | Baxter Healthcare Corporation | NCH pharmacy | Anesthetic used in prep room |
Ketamine | Hospira Pharmaceuticals | NCH pharmacy | Sedation drug: Concentration 100 mg/mL, Dosage 4 mg/kg |
Lubricating Jelly | MedLine | MDS0322273Z | ET tube lubricant |
Micropuncture Introducer Set | Cook Medical | G47945 | Access through skin into vessel |
Needle & syringes | Cardinal Health | 309604 | For sedation |
Norepinpherine Bitartrate Injection, USP | Baxter Healthcare Corporation | NCH pharmacy | 1 mg/mL |
Optiray 320 | Liebel-Flarsheim Company, LLC | NCH pharmacy | Contrast |
Optixcare | Aventix | OPX-4252 | Corneal lubricant |
OsiriX MD | Pixmeo SARL | – | DICOM Viewer and Analysis software |
Pressure infusor bag | Carefusion | 64-10029 | To maintain invasive blood pressure |
Propofol | Fresenius Kabi | NCH pharmacy | Anesthetic drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 20-45 mg·kg-1·h-1 |
Silk suture 3-0 | Ethicon | C013D | To secure IV catheter |
SoftCarry Stretcher | Four Flags Over Aspen | SSTR-4 | |
Stomach tube | Jorgensen Lab, INC | J0348R | To release gastric juices and gas and prevent bloat |
T-port | Medline | DYNDTN0001 | Connects to IV catheter |
Urine drainage bag | Coviden | 3512 | Connects to stomach tube to collect gastric juices |
Warming blanket | Jorgensen Lab, INC | J1034B |