Methodenartikel

Fabricage van klein kaliber Stent-enten met behulp van Electrospinning en Balloon Expandable Bare Metal Stents

8.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/54731

⸱

26 oktober 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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 dit artikel

Samenvatting

In het protocol presenteren we een methode om een stent-graft met een kleine diameter te fabriceren door een ballon-uitbreidbare stent te plaatsen tussen twee elektrospunnen nanofibrose polyurethane lagen.

Samenvatting

Stent-grafts worden veel gebruikt voor de behandeling van verschillende aandoeningen zoals aortalaesies, aneurysma's, emboli als gevolg van coronaire interventieprocedures en perforaties in het vaatstelsel. Dergelijke stent-grafts worden vervaardigd door een stent te bedekken met een polymeermembraan. Een ideale stent-graft zou een biocompatibel stent moeten hebben dat bedekt is met een poreuze, trombo-resistente en biocompatibel polymeermembraan dat de extracellulaire matrix nabootst en daardoor de genezing van de beschadigde plaats bevordert. Het doel van dit protocol is om een stent-graft met een klein kaliber te fabriceren door een ballon-uitbreidbare stent te omhullen met twee lagen geëlektrospunnen polyurethaan-nanovezels. Het geëlektrospinnen van polyurethaan heeft aangetoond dat het de genezing kan bevorderen door de natuurlijke extracellulaire matrix na te bootsen, waardoor endothelisering wordt bevorderd. Het geëlektrospinnen van polyurethaan-nanovezels op een langzaam roterende mandrel stelde ons in staat om de dikte van de nanovezelmembraan precies te controleren, wat essentieel is om een stent-graft met klein kaliber te bereiken. Mechanische validatie door het samenpersen en uitzetten van de stent-graft heeft aangetoond dat de polyurethaan-nanovezelmembraan voldoende flexibel is om samengeperst en uitgezet te worden zonder enig teken van scheuren of delaminatie te vertonen. Bovendien zijn stent-grafts die zijn vervaardigd met behulp van de hier beschreven methoden in staat om te worden geïmplanteerd met behulp van een coronaire interventieprocedure met standaard gidskatheters.

Inleiding

Coronaire interventie procedures leiden tot significante vaatwand letsel als gevolg van verstoring van de plaque en vaatwand. Dit leidt tot restenose, perifere embolie bij vaatprothesen en discontinuïteit van coronaire lumen 1-4. Om deze complicaties te vermijden, wordt een veelbelovende strategie voor het vasculaire oppervlak in de angioplastie, die mogelijk restenose zal remmen, verminderen risico van discontinuïteit van vatlumen en voorkomen perifere embolie dekken. Eerdere studies hebben kale metalen stents ten opzichte van stent-grafts met positieve resultaten voor stent-grafts 5. Onderzoekers hebben diverse materialen gebruikt om membranen te vervaardigen om de stents te dekken. Dit omvat synthetische materialen zoals polyethyleen tetraphthalate (PET), polytetrafluorethyleen (PTFE), polyurethaan (PU) en silicium of autoloog vaatweefsel gedekt stents 6-9 vervaardigen. Een ideaal entmateriaal gebruikt om de stent te worden bekeken trombi, non-biodegradable, en moet integreren met inheemse weefsel zonder overmatige proliferatie en ontsteking 10. Het graftmateriaal wordt gebruikt om de stent te bedekken ook genezing te bevorderen van de stent-graft.

Stent-grafts worden veel gebruikt voor de behandeling van aorta coarctatio, pseudo-aneurysmen van de halsslagader, arterioveneuze fistels, gedegenereerd veneuze omleidingen en groot om grote cerebrale aneurysma. Maar de ontwikkeling van klein kaliber stent-grafts is beperkt door het vermogen laag profiel en flexibiliteit, die helpt bij het inzetten van de stent-grafts 11-14 behouden. PU een elastomeer polymeer met goede mechanische sterkte die een gewenste eigenschap voor het bereiken van een laag profiel en goede flexibiliteit 15,16. Naast het hebben van goede deliverability, moet stent-grafts bevorderen ook snelle genezing en endothelialisatie. PU bedekte stent-transplantaten beter biocompatibiliteit aangetoond en verbeterde endothelialisatie 17. onderzoekers hebbeneerder geprobeerd endothelialize PU bedekte stent-grafts door ze enten met endotheelcellen 17. Electrospinning PU te maken nanovezeloppervlakken matrix is aangetoond dat het een waardevolle techniek voor de productie van vasculaire transplantaten 18,19. Het bestaan van nanovezels dat de architectuur van natieve extracellulaire matrix nabootsen is ook bekend om endotheliale celproliferatie 20,21 promoten. Electrospinning maakt ook controle over de dikte van het materiaal 22. Klein kaliber vasculaire transplantaten van PU zijn bestudeerd om genezing te bevorderen met modificaties zoals oppervlaktecoatings anticoagulantia en celproliferatie suppressants. Al deze wijzigingen zijn ontworpen om gastheer acceptatie bemiddelen en het bevorderen van graft genezing 23.

Onze fractie heeft een ballon uitzetbare kale metalen stent, die kunnen worden ingezet in diermodellen 24-26 ontwikkeld. De combinatie van een electrospun polyurethaan mesh en een baloon expandeerbare stent konden wij klein kaliber ballon expandeerbare stent-grafts genereren. De meeste momenteel beschikbare stent-grafts worden ingebracht via de femorale slagader gedurende een interventionele procedure, maar slechts enkele commercieel behandelde stents kunnen worden ingebracht 1 French maten groter dan die van een niet-opgeblazen ballon 27. In deze studie hebben we een klein kaliber vasculaire stent-graft ontwikkeld door inkapselen van een ballon expandeerbare stent tussen twee lagen electrospun PU die een kransslagader met een standaard 8-9 French geleidekatheter in een percutane interventionele procedure kan worden geleverd.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Electrospinning polyurethaan op doorn Collector

  1. Bereid doorn elektrospinnen
    1. Smelt ongeveer 8 ml van biocompatibel, food-grade, water oplosbaar dragermateriaal in een cilinder (ongeveer 9 mm diameter en 110 mm diep) bij 155 ° C met behulp van een oven.
    2. Dompel een 3 mm diameter en 100 mm lange roestvrijstalen doorn een bekleding van dragermateriaal te verkrijgen over het oppervlak van de doorn. Vóór dompelen, plaatst de doorns in de oven op 155 ° C gedurende ongeveer 15 minuten om de temperatuur van het doornoppervlak die helpt bij het bevochtigen van het oppervlak met het gesmolten dragermateriaal verhogen.
    3. Laat de gedimde doorn afkoelen tot ongeveer 140 ° C terwijl het gesmolten dragermateriaal stolt het vormen van een gelijkmatige dunne laag op het doornoppervlak. Tijdens het afkoelen, hangen de doorn verticaal zodat de zwaartekracht veroorzaakt overmaat dragermateriaal afdruipen. Deze coating maakt een eenvoudigehet verwijderen van het gerede stentimplantaat van de doorn.
  2. Instellen van de opvangbeker van het elektrospinnen systeem (zie figuur 1)
    1. Lijn het laboratorium mixer horizontaal en sluit een plastic staaf die de roestvrij stalen doorn aan de andere kant in de zuurkast zal houden.
    2. Los het dragermateriaal van de punt van de doorn door onderdompeling slechts de punt van de doorn in water om de kunststof draagstang tegemoet aan het einde van de doorn. Steun de kunststof steunstang aan het vrije uiteinde van de doorn te helpen bij een gelijkmatige draaiing van de doorn collector.
    3. Gebruik set schroeven in de plastic steunstangen aan de roestvrij stalen doorn veilig te stellen en te voorkomen uitglijden tijdens elektrospinning.
    4. Aard de doorn collector door het aanbrengen van een U-vormige bodem draad aan de roestvrij stalen doorn. Met rubber O-ringen aan de aarddraad aan de zijkanten van de doorn houden.
  3. Setting up vloeibare polyurethaan extrusie-systeem van het elektrospinproces systeem
    1. Meng dimethylaceetamide (DMA) met 25% (m / v) polyurethaan (PU) stockoplossing aan 15% te verkrijgen (m / v) PU in DMA oplossing (bijvoorbeeld voeg 6 ml DMA 9 ml 25% PU oplossing).
      VOORZICHTIGHEID! Werk in een zuurkast met de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen.
    2. Vul een 5 ml glazen injectiespuit met een stomp uiteinde roestvrijstalen naald (spindop) met 15% PU-oplossing.
    3. Programmeer de injectiepomp te extruderen bij 0,01 ml / min op basis van de inwendige diameter van de spuit.
    4. Monteer de spuit met spindop op de spuit pomp horizontaal met de naaldpunt ongeveer 20 cm van de opvangbeker. Isoleer de spuit uit de geleidende delen van de spuit te pompen met behulp van rubber sheets om elektrische vonken te voorkomen.
    5. Sluit de hoogspanning generator om de spindop van de spuit met behulp van een alligator clip.
  4. Voer de injectiepomp op 0,01 ml / min en rotaTÉ de doorn met het laboratorium mixer draait op lage snelheid (bijvoorbeeld 50 rpm).
  5. Breng een spanningsverschil van 20 kV over de spindop en de collector doorn. PU nanovezels start afzetten op de roterende spil en een dunne laag zal zijn binnen enkele minuten. Zorg ervoor dat de zuurkast is uitgeschakeld en uitlaat is gesloten om het verlies van electrospun nanovezels te voorkomen.

2. Electrospinning een stent-graft

  1. Electrospin PU nanovezels op een roterende doorn 2 uur om een ​​uniforme buis te creëren (zoals beschreven in stap 1).
  2. Verwijder de doorn uit de plastic staaf verbonden met de laboratoriummenger de kale metalen stent te installeren. Schakel de afzuigkap en een open uitlaat voorafgaand aan het verwijderen van de doorn dat overblijfsel dampen van oplosmiddelen worden verwijderd garanderen.
  3. Schuif de ballon expandeerbare roestvrijstalen stent 26 op de electrospun buis naar een gewenste locatie. Het kan nodig zijn om lichtjes uitzetten de stent zodat slips op zonder beschadiging van de buis electrospun.
  4. Crimp de stent om ervoor te zorgen dat de stent goed is ingesteld op de buis materiaal op de doorn en niet los genoeg te glijden. Dit zal ook helpen om delaminatie van de binnenste en buitenste lagen voorkomen.
  5. Laad de doorn met buis en stent opnieuw op de plastic staaf van de laboratoriummenger elektrospinning voor de buitenlaag van de stent-graft.
  6. Electrospin nanovezels 3 uur zoals beschreven in stap 1 van de buitenste laag van de stent-graft te vervaardigen.
  7. Na later electrospinning de buitenste omtrek stuurde de PU-materiaal ongeveer 1 mm van de uiteinden van de stent met behulp van een scalpel.
  8. Week de doorn met stentimplantaat in gedeïoniseerd water aan het dragermateriaal oplossen van de doorn waarop de stent-graft, zal vrijlaten doorn. Vervangen door vers water als nodig is om het dragermateriaal volledig op te lossen.
  9. Zodra het dragermateriaal wordt opgelost, verwijder de stent-graft uit thij doorn en laten drogen. Beschouw het onderdompelen verwijderd stentimplantaat in gedeïoniseerd water om achtergebleven dragermateriaal lossen alvorens aan de lucht drogen.

3. Het testen van de vervaardigde Stent-enten

  1. Schuif de stent-ent op een 3 mm trifold ballon.
  2. Krimp de stent-ent op de ballon met behulp van een hand gehouden krimptang.
  3. Inspecteer de gekrompen stent-graft met behulp van een microscoop voor uniform krimpen en andere tekenen van mislukking, zoals delaminatie of punctie van de omslag materiaal door stent vervorming.
  4. Vouw de stent-graft aan de ontworpen diameter van 3 mm door het onder druk van de driebladige ballon met een inflatie-apparaat en water. Nogmaals, onderzoekt de uitgezette stent-graft uniforme expansie en tekenen van slijtage.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Onze electrospinner opstelling (figuur 1) heeft geleid tot hoge kwaliteit polyurethaan nanovezels (figuur 2). Een stent-transplantaat wordt vervaardigd door elektrospinnen een binnenlaag van polyurethaan op een doorn te slippen een kale metalen stent op deze laag en elektrospinnen een tweede buitenlaag van polyurethaan (figuur 3). Polyurethaan nanovezels worden electrospun met een snelheid van 50 pm / uur, waardoor een binnenste laag van 100 pm en een buitenste la...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

We hebben een fabricagetechniek ontwikkeld voor een stent-graft met kleine diameter die kan worden ingezet met behulp van een standaard procedure voor percutane coronaire interventie (PCI). Momenteel beschikbare stent-grafts zijn beperkt in hun vermogen om een laag profiel en flexibiliteit te behouden tijdens implementatie. Blote metalen stents die ons team in onze eerdere onderzoeken heeft ontwikkeld, hebben bewezen te helpen bij de snelle genezing van de stentvat24,26. Verschillende polymeren zijn door ander...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.

Dankbetuigingen

We willen de Afdeling Techniek van Mayo Clinic bedanken voor hun technische ondersteuning. Dit onderzoek werd financieel ondersteund door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling - FNUSA-ICRC (nr. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N) en The Grainger Innovation Fund - Grainger Foundation.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Glass syringeAir Tite7.140-33Spuit voor spinneret
Graduated cylinder 5 mlFisher Scientific08-552-4G5 ml pyrex graduleerde cilinder met ongeveer 9 mm diameter en 11 cm lang
High voltage generatorBertan Accociates, Inc.205A-30PWordt gebruikt om spanningsverschil aan te brengen tussen spinneret en collector
Laboratory mixer with rpm controlScilogexSCI-84010201Verkrijgbaar bij verschillende leveranciers van laboratoriumapparatuur
PolyurethaneDSMBioSpan SPUBiospan Gesegmenteerde Polyurethaan
Rubber sheetMcMaster Carr1370N11Wordt gebruikt om spuit tijdens electrospinning te isoleren
Stainless steel mandrelN/AN/AVervaardigd 
Stainless steel needleHamilton91018Wordt gebruikt als spinneret in electrospinning
Support materialEnvisionTecB04-HT-DEMOMATBiocompatibel wateroplosbaar materiaal
Syringe PumpHarvard Apparatus55-3333

Referenties

  1. Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
  2. Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
  3. Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
  4. Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
  5. Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
  6. Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
  7. Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
  8. Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
  9. Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
  10. Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
  11. Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
  12. Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
  13. Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
  14. Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
  15. Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
  16. Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
  17. Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
  18. Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
  19. Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
  20. Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
  21. Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
  22. Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
  23. Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
  24. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. Ann. Biomed. Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  25. Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099(2015).
  26. Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100(2015).
  27. de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
  28. Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
  29. Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Fabricage van stent graftselektrospinnen van polyurethaanballonexpandeerbare stentnanofiber membraanmechanische validatiecrimping expansiepolymere nanovezelselektrospin opstellingstentimplantatie

Gerelateerde artikelen