再循環試験プラットフォーム内の補助人工心臓(VAD)で血栓症を誘発するためのベンチトッププロトコルを提示します。この方法は、血流経路の血栓形成ホットスポットを特定するのに役立ち、動物モデルでの前臨床試験に先立って血栓抵抗性を改善するのに役立ちます。
再循環試験プラットフォーム内の補助人工心臓(VAD)で血栓症を誘発するためのベンチトッププロトコルを提示します。この方法は、血流経路の血栓形成ホットスポットを特定するのに役立ち、動物モデルでの前臨床試験に先立って血栓抵抗性を改善するのに役立ちます。
血栓症のリスクは、補助人工心臓(VAD)の開発と臨床使用において依然として大きな懸念事項です。VAD血栓形成性の従来の評価は、主に動物実験を通じて行われ、費用と時間がかかり、倫理的な懸念を引き起こし、最終的にはヒトの転帰を正確に反映していない可能性がある。これらの制限に対処するために、血栓症を誘発し、血流経路内の潜在的な高リスク領域を特定するように設計された積極的な in vitro 試験プロトコルを開発しました。このプロトコルは、丸山らの研究に動機付けられており、修正された抗凝固戦略を採用し、容易に入手可能なコンポーネントを利用しているため、VADの in vitro 血液検査を実施するほとんどの研究室で利用できます。私たちは、小型の磁気浮上型小児VAD(PediaFlow PF5)の反復試験と改良を通じて、この方法の有用性を実証しました。この方法は、初期のVADプロトタイプの設計および製造上の欠陥によって引き起こされる血栓形成ホットスポットを特定するのに効果的であり、動物実験に進む前に的を絞った改善を可能にしました。拍動性の流れの欠如やドナーの血液特性の影響などの制限にもかかわらず、このプロトコルは、初期段階のVAD開発とリスク軽減のための実用的なツールとして機能します。
補助人工心臓(VAD)は、進行性心不全患者の管理における標準治療となっていますが、血栓症や脳卒中のリスクは依然として大きな課題です1,2。VAD内の血栓症は通常、前臨床動物試験で評価されますが、これは価値がありますが、かなりのコストと物流上の課題があります。これらの研究は、リソースと時間がかかり、1つの欠陥によって試験全体が損なわれ、追加の試験が必要になる可能性があります。これは、経済的な負担を増大させるだけでなく、動物実験を繰り返す必要があるため、倫理的な懸念も生じます。
血小板沈着と血栓症を予測するための多くの数値モデルが存在するが、VADs 7,8,9のようなマクロスケールのデバイスで血栓形成をシミュレートするのに適したものはごくわずかである。さらに、既存のモデルは必然的に理想的な表面と単純化された「水密」形状を前提としており、実際のポンプアセンブリの複雑さと不完全性を正確に反映していません。血小板-表面相互作用を考慮すると、これらのマクロスケールモデルは、一般に、均一に規定された材料特性(通常は表面-磁束境界条件の係数としてモデル化される)10,11,12を使用する。したがって、数値モデルは血液による実験的試験を完全に置き換えることはできません。
材料の選択と表面仕上げの両方が、VAD表面13,14,15,16,17の血小板接着において重要な役割を果たします。ざらざらした斑点や凹凸などの欠陥は、血小板の付着と血栓形成を促進する可能性があります。さらに、流路内のコンポーネント間の隙間は、血栓症の病巣として機能し、血栓が形成されて成長する可能性のある保護された環境を提供する可能性があります18,19。組み立て中にグリース、潤滑剤、またはシーラントを使用すると、これらの物質が流路に浸透して血液と相互作用し、合併症のリスクがさらに高まる可能性があるため、リスクをもたらす可能性があります。
したがって、VADが動物実験または臨床使用を受ける前に、VADの血栓抵抗性を確実に評価できる、明確に定義されたin vitro試験プロトコルが必要です。溶血の評価には広く採用されているASTM規格があるが20、臨床的に関連性のある手術条件下でのVADの血栓形成性試験にはそのような規格は存在しない21。血液ポンプ22,23,24,25のin vitro血栓症試験の実現可能性を実証する30年前にさかのぼる独創的な研究にもかかわらず、動物実験は今日まで血栓症を評価するための事実上の慣行として存続してきました26。in vitro法の広範な採用の障害は、凝固の複雑な性質である可能性が高く、試験結果に影響を与える可能性のある多数の交絡因子があり、内因性ポンプ血栓形成性と方法論的制限や手続き上のエラーによって生じるアーティファクトを区別することが困難になっています。
これにより、実験家が落とし穴を避けるためのガイドとして詳細なプロトコルを共有するようになり、in vitro試験の使用を促進し、動物実験への依存を軽減することになりました。本明細書に記載のプロトコルは、Maruyamaら27から派生したもので、第5世代PediaFlow(PF5)小児用VAD28,29の設計中に改良され、検証された。この試験方法は、動物実験に先立ってVADプロトタイプの潜在的な血栓形成リスクを体系的に特定し、対処するのに役立ちました。
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この研究で使用されたヒツジの全血は、商業業者から入手したため、コーネル大学の動物管理委員会による審査は必要ありませんでした。
1. テストフローループの構築
注:このプロトコルで使用されるループコンポーネントとその他すべての材料の詳細なリストについては、 材料の表 を参照してください。
2.塩化カルシウム(CaCl2)溶液の調製
3.血液の調製
注:この研究で使用されたヒツジの血液は、 材料表に記載されている商業ベンダーから入手しました。血液は14Gの針を使用して採取され、動物は標準的な農業用立位で拘束されました。採取作業は、針の挿入から完了まで10〜12分かかりました。血液は、14 部の CPD から 86 部の血液 (CPD 製剤: 26.3 g/L クエン酸 Na-Citrate、25.2 g のデキストロース、3 g/L クエン酸、および 2.2 g/L の Na リン酸を脱イオン [DI] 水中に含ませて抗凝固しました)。血液バッグは、アイスパック付きの断熱容器に入れて一晩輸送され、収集から24時間以内に実験に使用されました。
4. 事前テスト手順
注: このセクションで説明するすべての手順は、セクション 5 と 6 に適用されます。これらの手順は、ウシ血清アルブミン(BSA)またはループ内の血液でポンプを操作する前に実行してください。重力供給を使用して血管間で血液を移動させ、機械的ストレスを最小限に抑えます。シリンジプランジャーを使用して血液を送り込むと、過度の圧力がかかる可能性があるため、避けてください。さらに、細胞成分の損傷を防ぐために、狭い開口部から血液を絞めないでください。
5.血液接触面の不動態化
6.血栓症検査
7. 清掃手順
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このプロトコルを成功裏に実行すると、血小板沈着の局所領域を特定でき、ポンプの流路内の問題のあるスポットが明らかになります。このプロトコルを一貫して適用することで、これらの特定された「ホットスポット」に対処することにより、段階的な改善が可能になります。
例えば、PediaFlow PF5 VADの開発中、ステータベーンの圧力側を手作業で研磨するという課題に直面しました。これは、部品の小型化によるものです。 in vitro 血栓症試験では、 図2Aに示すように、ブレードの根元に沿って血小板沈着が一貫して観察されたため、この問題が強調されました。同様の沈着パターンは、後に急性動物実験で確認され、ポンプを羊の循環に体外接続し、3時間作動させました(この論文では詳しく説明していません)。そこで、電解研磨技術を用いてチタン部品の鏡面仕上げを行い、これらの部分の血栓形成をなくすことに成功しました(図2B)。このポンプは、後に羊を対象とした7日間の i...
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新しいポンプのファースト・イン・ヒューマン試験は、前臨床試験でヒトのVADの血栓形成性を確実に予測できないため、常に不安定な試みである26。特に、動物実験で血栓症からの自由を実証した一部のVADは、後に臨床使用で有意な血栓形成性を示しました36。血栓症を誘発するために特別に設計された積極的な in vitro 試験レジメンは、開発プロセスの早い段階で潜在的な設計または製造上の欠陥を特定する貴重な機会を提供します。このプロトコルでは、VADの将来の in vivo 性能を明確に予測することはできませんが、この積極的なアプローチにより、凝固促進剤条件下で出現する可能性のある潜在的な血栓症ホットスポットを明らかにすることができます。
VAD血栓症に対する既存の in vitro 法は、試験期間と抗凝固戦略において大きく異なります。ヘイスティングスらは、高度にヘパリン化された...
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S.E.O.は現在、Magenta Medicalのコンサルタントを務めており、以前はBoston Scientificのコンサルタントでした。他の著者は、報告すべき関連する財務開示または利益相反を持っていません。
この研究は、国立衛生研究所の助成金R01HL089456と米国陸軍医学研究取得活動プロジェクト番号W81XWH2010387の支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 14mL試験管 | ファルコン | 352059 | 丸底ポリプロピレン製試験管 スナップキャップ付き |
| 1方向ストップコック | Qosina | 99759 | メス型ルアーロック、スピンロック付きオス型ルアー |
| 3方向ストップコック | Qosina | 99771 | メス型ルアーロック2個、回転式オス型ルアーロック |
| ACT+キュベット Hemochron | Werfen | 000JACT+ | 45/Box |
| 万能クリーナー/ディグリーサー | シンプルグリーン | 2710200613005 | シンプルグリーンクリーナー&ディグリーサー。1%溶液を使用してください。 |
| 有刺鉄線コネクタ | Qosina | 73311 | 材質:ポリカーボネート; ¼”x ¼”ストレートコネクタ |
| とげのあるコネクタ w/ルアーロック | Qosina | 73316 | 材質:ポリカーボネート; ¼”x ¼”ルアーロック付きストレートコネクタ |
| 牛血清アルブミン(BSA) | Thermo Scientific Chemicals | AAJ6465522 | または同等の |
| 塩化カルシウム、CaCl2 | Thermo Scientific Chemicals | AA89866-30 | 水、≥96.0% ACS |
| 解剖スコープ (推奨) | オリンパス | https://www.olympus-lifescience.com/en/technology/museum/micro/1984/ | オリンパス SZH10 (連続ズーム倍率 7 倍 - 70 倍) または同様の |
| DPBS (カルシウムとマグネシウムなし) | Gibco | 14200075 | ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水、カルシウムなし、マグネシウムなし 10 倍 (使用前に 1X に希釈する必要があります) |
| EDTA | 品質生物学的 | 351-027-721EA | 0.5 M、pH 7.0–8.0(エチレンジアミン四酢酸) |
| 内視鏡/ボアスコープ/耳鏡カメラ(オプション) | Bebird | https://bebird.com/products/earsight-pro-ear-wax-removers | 3–プローブ径4mm |
| 酵素活性粉末洗剤 | アルコノックス | 1304-1 | アルコノックス テルガザイム。1%溶液を使用してください。 |
| 延長線、30インチ | Qosina | 36218 | 30インチの長さ メスのルアーロックからオスのルアーロック |
| 延長ライン、6インチ | Qosina | 36212 | 6インチの長さ、 メスのルアーロックからオスのルアーロック |
| メスのルアーロック、とげのある | Qosina | 11548 | に適合 1/8インチIDチューブに適合; 材質:ポリカーボネート; |
| 流量計 | Transonic | https://www.transonic.com/t402-t403-consoles | Transonic TS410モジュール |
| Hemostat | Fisherbrand | 13-820-004 | 先端長5cm以上のロック止血剤 |
| ヘパリンナトリウム | マッケッソン パッケージングサービス | 949513 | 1000 U/mL 濃度 |
| ホフマンクランプ | フンボルト | H8720 | ファインスレッドクランプ |
| IVバッグ(準拠血液リザーバー) | Qosina | 51494 | 材質:PVC、2つのチューブポート0.258インチID。100mlの袋は、ヒートシーラーを使用して変更されます |
| 糸くずの出ないワイプ | Kimberly-Clark Professional | 34120 | Kimtechサイエンスワイパー |
| マグネティックスターラー | INTLLAB | MS-500 | または同様の |
| オスルアーロック、とげのある | Qosina | 11549 | 1/8インチIDチューブに適合; 材料:ポリカーボネート; |
| 圧力計(デジタル) | Sper Scientific | 840081 | SPER-840081または類似の |
| ナイロンフィルタリングメッシュ | McMaster-Carr | 9318T21 | 100-μm(0.0039")開口部サイズ |
| ヒツジの血 | Lampire 7209004 | ドナー全血、ACD 14:86で抗凝固、一晩出荷ビニール | |
| 袋ヒートシーラーUline | H-190 | Uline H-190または同様のもの(カッターなし) | |
| シリコーンゴム接着剤 | Smooth-On | B00IRC1YI0 | Sil-Poxyまたは類似の |
| シリンジ(ルアーロック付き)、1 mL | フィッシャーサイエンティフィック | 14-955-646 | フィッシャーブランド手動シリンジ(研究用針なし |
| シリンジ(ルアーロック付き)、3 mL | フィッシャーブランド | マニュアル | リンジ(研究用針なし |
| シリンジ(ルアーロック付き)、60 mL | フィッシャーサイエンティフィック | 14-955-461 | 研究用フィッシャーブランド手動注射器(針なし) |
| 輸血フィルター | ヘモネティクス社 | SQ40S/SQ40NS | ヘモネティクス社 SQ40S ポール輸血フィルター |
| TRIS 緩衝生理食塩水 | サーモサイエンティフィックケミカルズ | AAJ62938K2 | TBS 10x (使用前に1倍に希釈する必要があります)、pH 7.4 |
| チューブ | タイゴン | ADF00017 | タイゴン ND-100-65 チューブ (医療グレード) |
| 超音波流量センサー | Transonic | https://www.transonic.com/hqxl-flowsensors | 使用するチューブのサイズに適した流量センサーモデルを選択します。ME6PXLクランプオンセンサーは3/8インチに適合ODチューブ。センサーは、試験液(例:血液 24C)およびチューブグレード(例:Tygon ND-100-65) |
| 超音波超音波発生器(オプション) | Branson Ultrasonics | CPX952238R | Branson CPX2800Hまたは同様の |
| VADシステム | PediaFlow | PF5 | テストするVADシステム。ポンプとコントローラー |
| 全血凝固システム | Werfen | が含まれていますhttps://www.werfen.com/na/en/point-of-care-testing-devices/ACT-machine-hemochron-signature-elite | ヘモクロン シグネチャー エリート または シグネチャー ジュニア |
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