방법 논문

전기 방사 및 풍선 확장 베어 메탈 스텐트를 사용하여 작은 구경 스텐트 - 이식의 제작

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DOI:

10.3791/54731

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2016년 10월 26일

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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

이 논문에서

요약

프로토콜에서는 두 개의 전기방사 나노섬유질 폴리우레탄 층 사이에 풍선 확장 스텐트를 끼워 소구경 스텐트 이식편을 제조하는 방법을 제시합니다.

초록

스텐트 이식편은 대동맥 병변, 동맥류, 관상 동맥 중재술 및 혈관 구조의 천공으로 인한 색전과 같은 다양한 상태의 치료에 널리 사용됩니다. 이러한 스텐트 이식편은 스텐트를 고분자 멤브레인으로 덮어 제조됩니다. 이상적인 스텐트 이식편은 다공성, 혈전저항성 및 생체적합성 고분자 막으로 덮인 생체적합성 스텐트를 가져야 하며, 이는 세포외 기질을 모방하여 손상 부위 치유를 촉진해야 합니다. 이 프로토콜의 목표는 전기방사 폴리우레탄 나노섬유의 두 층 내에 풍선 팽창 스텐트를 캡슐화하여 소구경 스텐트 이식편을 제조하는 것입니다. 폴리우레탄의 전기방사는 천연 세포외 기질을 모방하여 내피화를 촉진함으로써 치유를 돕는 것으로 나타났습니다. 천천히 회전하는 맨드릴에서 폴리우레탄 나노섬유를 전기방사하여 나노섬유막의 두께를 정밀하게 제어할 수 있었는데, 이는 소구경 풍선 팽창성 스텐트 이식편을 만드는 데 필수적입니다. 스텐트 이식편의 압착 및 팽창에 의한 기계적 검증은 나노 섬유 폴리우레탄 멤브레인이 찢어짐이나 박리의 징후를 보이지 않고 특허를 유지하면서 압착 및 팽창할 수 있을 만큼 충분히 유연하다는 것을 보여주었습니다. 또한, 여기에 설명된 방법을 사용하여 제작된 스텐트 이식편은 표준 크기의 가이드 카테터를 사용하여 관상동맥 중재술 절차를 사용하여 이식할 수 있습니다.

서론

관상 동맥 중재 절차에 의한 플라크와 용기 벽의 파괴에 중요한 혈관 벽의 부상을 입을 수 있습니다. 이것은 관상 동맥 내강 1-4의 재 협착, 정맥 이식 말초 색전증 및 단절을 초래한다. 이러한 합병증을 방지하기 위해 유망 전략은 잠재적으로, 재 협착을 억제하는 혈관 내강의 불연속에서 위험을 완화하고, 주변 색전증을 방지 할 혈관 성형술 사이트에있는 혈관 표면을 커버하는 것입니다. 이전 연구는 스텐트 - 이식 5 긍정적 인 결과와-이식을 스텐트 베어 메탈 스텐트를 비교했다. 연구자들은 스텐트를 충당하기 위해 멤브레인을 제조하는 여러 가지 재료를 사용하고 있습니다. 이것은 폴리에틸렌 tetraphthalate (PET), 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE), 폴리 우레탄 (PU), 실리콘 또는 피복 스텐트 6-9를 제조하는자가 혈관 조직 등 합성 재료를 포함한다. 스텐트를 피복하는 데 이상적인 그래프트 재료는 비 biodegr, thromboresistant되어야adable, 과도한 증식과 염증 (10)없이 기본 조직과 통합해야합니다. 스텐트를 피복하는 데 사용되는 그래프트 재료는 스텐트 - 그래프트의 치유를 촉진한다.

스텐트 - 이식 널리 대동맥 축착, 경동맥의 의사 동맥류, 동정맥루의 치료에 사용되는, 이식 정맥 퇴화, 거대한 대뇌 동맥류에 큰. 그러나 작은 구경 스텐트 - 이식의 발전은 스텐트 - 이식 11 ~ 14의 배치에 에이즈 낮은 프로파일과 유연성을 유지하는 능력에 의해 제한된다. PU는 낮은 프로파일 및 우수한 유연성 (15, 16)을 달성하기위한 바람직한 특성 인 우수한 기계적 강도를 갖는 탄성 중합체이다. 좋은 배달 가능성을 가진뿐만 아니라, 스텐트 - 이식은 빠른 치유와 내피 세포 형성을 촉진한다. PU는 스텐트 - 이식 더 나은 생체 적합성을 입증하고 내피 세포 형성 (17)을 강화했다 덮여있다. 연구진은이이전 PU는 내피 세포 (17)를 파종하여 스텐트 - 이식 덮여 endothelialize했습니다. 나노 섬유 매트릭스를 생성하는 전기 방사 PU의 혈관의 생성은 18, 19을 접목하는 중요한 기술이 될 것으로 밝혀졌다. 원시 세포 외 기질의 구조를 모방하는 나노 섬유의 존재는 또한 내피 세포 증식 (20, 21)를 촉진하는 것으로 알려져있다. 전기 방사는 재료 (22)의 두께를 제어 할 수 있습니다. PU 이루어지는 소 구경 혈관 이식편은 표면 코팅, 항 응집제 및 세포 증식 억제제와 같은 변형을 사용하여 치료를 촉진하기 위해 연구되어왔다. 이러한 모든 수정은 호스트 수용을 중재 및 이식 치료 (23)을 촉진하기 위해 설계되었습니다.

우리 그룹은 동물 모델 24-26 배포 할 수 있습니다 풍선 확장 베어 메탈 스텐트를 개발했다. 전기 방사 우레탄 메쉬와 공의 조합지운 확장 스텐트는 작은 구경의 풍선 확장형 스텐트 - 이식을 생성 할 수있게되었습니다. 현재 사용 가능한 스텐트 이식의 대부분은 중재 절차 중 대퇴부 동맥을 통해 도입되어 있지만, 몇 상업적 피복 스텐트는 비 - 팽창기구 (27)에 필요한 것보다 더 큰 일 프랑스어 크기를 도입 할 수있다. 본 연구에서 우리는 경피적 중재 절차 표준 8-9 프랑스어 안내 카테터를 사용하여 관상 동맥에 전달 될 수있는 전기 방사 PU의 두 층 사이의 벌룬 확장형 스텐트 캡슐화 작은 구경 혈관 스텐트 - 그래프트를 개발했다.

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프로토콜

맨드릴 수집기에 폴리 우레탄 1. 전기 방사

  1. 전기 방사를위한 맨드릴 준비
    1. 눈금 실린더에 생체 적합성, 식품 등급 수용성 지지체 물질의 약 8 ㎖에 녹여 (약 9mm 직경 110mm 깊이)을 오븐을 이용하여 155 ℃에서.
    2. 맨드릴의 표면에 지지체 물질의 코팅을 얻기 위해 3 밀리미터 직경이 100 mm 인 스테인리스 강 맨드릴 담근다. 침지 전에, 용융 된 지지체 물질로 표면을 적시에 도움이 맨드릴 표면의 온도를 높이기 위해 약 15 분 동안 155 ℃에서 오븐에 배치 맨드릴.
    3. 용융 된 지지체 물질은 맨드릴 표면에 균일 한 박막 코팅을 형성하면서 고화 침지 맨드릴은 약 140 ° C로 냉각하자. 중력 오프 적하 초과 지지체 물질이 발생되도록 냉각 과정 수직 맨드릴 걸어. 이 코팅은 쉽게 할 수 있습니다맨드릴에서 완성 된 스텐트 - 그라프의 제거.
  2. 전기 방사 장치의 맨드릴 수집기 설치 (도 1에 도시 된 바와 같이)
    1. 수평 실험실 믹서를 맞추고 흄 후드 내부의 반대 끝에 스테인리스 굴대를 개최 플라스틱 막대를 연결합니다.
    2. 맨드릴의 단부에 플라스틱지지로드를 수용하기 위해 물에 맨드릴의 선단을 침지하여 맨드릴의 끝에서, 지지체 물질을 녹인다. 맨드릴 수집기 균일 회전을 돕기 위해 상기 맨드릴의 자유 단부의 플라스틱지지로드를 지원한다.
    3. 스테인레스 스틸 심봉을 확보하고 전기 방사시 미끄러짐 방지하기 위해 플라스틱지지로드에 세트 나사를 사용합니다.
    4. 스테인리스 강 맨드릴에 U 자형 접지선을 연결하여 맨드릴 수집기 정전기. 맨드릴의 측면에 접지선을 유지하도록 고무 O 링을 사용한다.
  3. Setti전기 방사 장치의 액체 폴리 우레탄 압출 시스템을 ng를
    1. 15 %를 얻기 위해 25 % (m / v)의 폴리 우레탄 (PU) 원액의 디메틸 아세트 아미드 (DMA)를 혼합 (m / v)의 PU DMA 용액 (예를 들어, 9 ml의 25 % PU 용액에 DMA 6 ml의 추가).
      주의! 적절한 개인 보호 장비와 흄 후드 내에서 작업 할 수 있습니다.
    2. 15 % PU 솔루션 무딘 끝 스테인레스 스틸 바늘 (구금)을 5 ml의 유리 주사기를 입력합니다.
    3. 주사기 내경에 대하여 0.01 ㎖ / 분으로 압출 주사기 펌프를 프로그래밍.
    4. 가로 약 20cm 맨드릴 집에서 바늘 끝과 주사기 펌프에 대한 구금과 주사기를 탑재합니다. 전기 아크 발생을 피하기 위해 고무 시트를 사용하여 펌프의 주사기 도전 부에서 주사기를 절연.
    5. 악어 클립을 사용하여 주사기의 구금으로 고전압 발생기를 연결한다.
  4. 0.01 ml / 분 및 로타의 시린지 펌프를 실행실험실 믹서 느린 속도 (예를 들어, 50 RPM)에서 실행하는 맨드릴을 테.
  5. 20 kV의 전체 방사 구금과 콜렉터 맨드릴의 전압 차를 적용한다. PU 나노 섬유는 회전 맨드릴에 증착 시작하고 얇은 층은 몇 분 안에 볼 수 있습니다. 흄 후드가 꺼져 배기는 전기 방사 나노 섬유의 손실을 방지하기 위해 닫혀 있는지 확인합니다.

2. 스텐트 - 이식을 전기 방사

  1. (1 단계에서 설명) 2 시간 동안 회전 맨드릴에 Electrospin PU 나노 파이버는 균일 한 튜브를 만들 수 있습니다.
  2. 베어 메탈 스텐트를 설치하는 실험실 믹서에 연결된 플라스틱 막대에서 맨드릴을 제거합니다. 이전에 용매 가스가 제거되는 잔류을 보장하기 위해 맨드릴을 제거하기 흄 후드 오픈 배기를 켭니다.
  3. 원하는 위치로 전기 방사 튜브 상에 풍선 확장 스테인레스 스틸 스텐트 (26)을 밀어 넣습니다. 이 SLI 그래서 약간 스텐트를 확장 할 필요가있다전기 방사 튜브를 손상시키지 않고에 추신.
  4. 스텐트가 단단히 맨드릴의 튜브 재질에 설정하고 슬라이드 정도로 느슨하게되지 않았는지 확인하기 위해 스텐트 크림프. 이것은 또한 내부 및 외부 층의 박리를 방지하는 것을 도울 것이다.
  5. 스텐트 - 그라프의 외부 층을 전기 방사를위한 실험실 믹서의 플라스틱 막대에 다시 튜브와 스텐트와 맨드릴를 넣습니다.
  6. 1 단계에서 설명 된 바와 같이 3 시간 동안 Electrospin 나노 섬유는 스텐트 - 그라프의 외부 층을 제조한다.
  7. 나중에 외부를 전기 방사 한 후, 원주 PU 소재를 메스를 이용하여 스텐트의 끝에서 약 1mm를 잘라.
  8. 맨드릴에서 스텐트 - 이식을 출시 할 예정 맨드릴에서지지 물질을 용해 탈 이온수에 스텐트 - 그라프와 맨드릴을 만끽 해보세요. 완전히 지지체 물질을 용해시키기 위해 필요에 따라 신선한 물로 교체.
  9. 지지체 물질이 용해되면 부드럽게 t에서 스텐트 - 그래프트를 제거그는 맨드릴 및 건조 할 수 있습니다. 건조 공기를 허용하기 전에 남아있는지지 물질을 용해 탈 이온수에서 제거 된 스텐트 - 이식을 몸으로 고려한다.

제조 스텐트 - 이식 3. 테스트

  1. 3 밀리미터 3 중 풍선 스텐트 - 이식을 밀어 넣습니다.
  2. 도구를 압착 개최 손을 사용하여 풍선에 스텐트 - 이식 크림프.
  3. 균일 한 압착 인해 스텐트 변형 커버 재료의 박리 또는 펑크 등 고장의 징후에 대한 현미경을 사용하여 압착 스텐트 - 이식을 검사합니다.
  4. 인플레이션 장치와 물로 3 중 풍선을 가압하여 3mm의 설계 직경의 스텐트 - 이식을 확장합니다. 다시 말하지만, 균일 한 확장과 실패의 징후에 대한 확장 된 스텐트 - 이식을 확인합니다.

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결과

우리 electrospinner 설정 (그림 1)는 고품질의 폴리 우레탄 나노 섬유 (그림 2) 가져왔다. 스텐트 - 그래프트는 (도 3), 맨드릴 상에, 폴리 우레탄의 내층을 전기 방사이 층 위에 노출 된 금속 스텐트 슬립, 폴리 우레탄의 제 2 외측 층을 전기 방사에 의해 제조된다. 우레탄 나노 파이버는 100 ㎛, 내층 및 스텐트 이식 150 ㎛, 외층 결과 50㎛의 / 시간의 속도로 전기 방사된다. 여기에 제시된 프로토콜을 이용하여 전기 방사하여 나노 섬유 균일 한 폴리 우레탄 층 (도 4)을 초래한다. 압착하고, 생성 된 작은 구경 스텐트 - 이식의 확대는 이러한 장치가 고르지 압착이나 물질 실패 (그림 5)의 흔적없이 표준 3 중 풍선을 사용하여 배포 될 수있는 것으로 나타났다.

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토론

우리는 표준 경피적 관상동맥 중재술(PCI) 절차를 사용하여 배치할 수 있는 소구경 스텐트 이식편을 위한 제작 기술을 개발했습니다. 현재 사용 가능한 스텐트 이식편은 낮은 프로파일과 배치 유연성을 유지하는 능력이 제한되어 있습니다. 이전 연구에서 우리 그룹이 개발한 베어 메탈 스텐트는 스텐트 주입 동맥의 빠른 치유를 돕는 것으로 입증되었습니다24,26. 다양한 폴리머가 다른 그룹에 의해 전기 방사되었으며 폴리우레탄은 생체 안정성과 생체 적합성이 입증되었습니다. 폴리우레탄은 또한 박테리아 부착이 거의 없는 것으로 알려져 있습니다13,28.

이 연구에서 제시된 프로토콜에서 우리는 두 층의 전기 방사 폴리우레탄 사이에 풍선 확장형 스텐트를 끼운 스텐트 이식편을 개발했으며 또한 압착 및 확장을 위해 이러한 스텐트 이식편을 테스트했습니다. 첫째, 표준 PCI 기술을 사용하여 압착 및 확장이 가능한 스테인리스 스틸 스텐트를 개발했습니다. 둘째, 우리...

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공개 사항

저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없음을 선언합니다.

감사의 글

기술 지원에 대해 Mayo Clinic의 엔지니어링 부서에 감사드립니다. 이 연구는 유럽지역개발기금(European Regional Development Fund, FNUSA-ICRC)의 재정 지원을 받았다(No. CZ.1.05/1.100/02.0123), 미국 국립보건원(T32 HL007111), 미국심장협회 과학자 개발 보조금(AHA #06-35185N) 및 그레인저 혁신 기금 - 그레인저 재단.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
유리 주사기Air Tite7.140-33방적돌기용 주사기
눈금 실린더 5mlFisher Scientific08-552-4G5ml 파이렉스 눈금 실린더 약 9mm 직경 및 11cm
길이 고전압 발전기Bertan Accociates, Inc.205A-30P방사돌기와 수집기에 전압 차이를 적용하는 데 사용
rpm 제어 기능이 있는 실험실 믹서ScilogexSCI-84010201다양한 실험실 장비 공급업체에서 사용 가능
폴리우레탄DSMBioSpan SPUBiospan 분할 폴리우레탄
고무 시트McMaster Carr1370N11전기 방사
중 주사기를 절연하는 데 사용스테인레스 스틸 만델N/AN/A제조 
스테인레스 스틸 바늘Hamilton91018전기 방사에서 방적돌기로 사용
지원 재료EnvisionTecB04-HT-DEMOMAT생체 적합성 수용성 재료
주사기 펌프Harvard Apparatus55-3333

참고문헌

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