Methodenartikel

Kunstmatige longapparaat priming voor in situ vezelbundel oppervlaktetransplantatie

DOI:

10.3791/67271

⸱

28 maart 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Chemical & Biomedical Engineering, University of New Haven, 2Advanced Respiratory Technologies, LLC, 3Department of Biomedical Engineering, Carnegie Mellon University, 4Department of Cardiac Surgery, Vanderbilt University Medical Center, 5Auburn University

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie onderzocht de antifouling-activiteit van kunstmatige holle longvezels die zijn gecoat door het longapparaat te primen. Hoewel deze benadering van oppervlaktemodificatie van vezels praktisch is, hangt de effectiviteit van het coatingproces af van de transplantaatdekking over de vezelmatlagen binnen de bundel.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hoewel de hoge oppervlakte-volumeverhouding van de kunstmatige longvezelbundel de gasuitwisseling verbetert, leveren het grote oppervlak, de dichte opstelling en de oppervlaktechemie van de vezels een belangrijke bijdrage aan trombose. Om dit te verminderen, is het essentieel om de oppervlaktechemie uniform aan te passen om niet-specifieke eiwitvervuiling effectief te verminderen, wat kan helpen trombose te beperken en het risico op trombo-embolie of bloedingen veroorzaakt door systemische anticoagulantia te verlagen.

In deze studie hebben we de toepassing en aangroeiwerende eigenschappen van zwitterionische polymeertransplantaten op polypropyleen vezelbundels onderzocht. Het entproces omvatte het primen van het kunstmatige longapparaat met zwitterionische polysulfobetaïnemoleculen en polydopamine-linkers voor in situ coating. De antifoulingprestaties werden geëvalueerd met behulp van standaard fibrinogeenenzymgekoppelde immunosorbenttest (ELISA) en bloedplaatjeslactaatdehydrogenase-foulingtests. Röntgenfoto-elektronenspectroscopie bevestigde de oppervlaktecoating en er werden significante verminderingen van vervuiling waargenomen op gecoate vezels in vergelijking met ongecoate vezels, wat het nut van het entproces en de belofte van de aangroeiwerende effecten aantoont.

Er werden echter verschillen opgemerkt in het uiterlijk van de coating op vezels in de bundel met de coating door middel van een primingproces, wat de algehele aangroeiwerende prestaties zou kunnen beïnvloeden. Het aanpakken van dit probleem zou de antifouling-efficiëntie van longvezelbundels die zijn gemodificeerd door middel van in-situ-transplantatie verder kunnen verbeteren.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kunstmatige longvezels, ook wel holle vezelmembranen genoemd, zijn essentiële materialen voor het vervaardigen van extracorporale membraanoxygenatie (ECMO)-apparaten die ademhalingsondersteuning bieden aan ernstig zieke patiënten. Meerdere lagen van deze vezels vormen een dichte bundel die dient als gasuitwisselingseenheid. Het oppervlak van de polymere vezel activeert echter de bloedstollingscascade, wat leidt tot stolselvorming (trombose). Trombose op kunstmatige oppervlakken wordt voornamelijk veroorzaakt door de activering van de stollingscascade, een complexe reeks enzymatische reacties die leiden tot de vorming van een bloedstolsel. Wanneer bloed in contact komt met vreemde materialen, zoals die in medische hulpmiddelen (bijv. kunstlongen, stents, katheters), wordt de stollingscascade geactiveerd 1,2. Dit proces begint met de blootstelling van bloed aan de oppervlakken van het kunstmatige materiaal, waardoor de intrinsieke route van de cascade wordt geactiveerd. Deze activering leidt tot de aanmaak van trombine, een belangrijk enzym dat fibrinogeen omzet in fibrine en de structurele basis vormt van een stolsel. Tegelijkertijd worden bloedplaatjes geactiveerd en aggregeren ze op de plaats, waardoor het stolsel verder wordt versterkt. Het resultaat is trombose, die de bloedstroom kan belemmeren en kan leiden tot ernstige complicaties zoals een beroerte of een hartinfarct.

Om trombose op kunstmatige oppervlakken te voorkomen, worden traditionele anticoagulantia, zoals heparine, warfarine en nieuwere directe orale anticoagulantia (DOAC's), vaak gebruikt 3,4. Deze medicijnen werken door te interfereren met verschillende stappen van de stollingscascade. Heparine verhoogt bijvoorbeeld de activiteit van antitrombine III, een natuurlijke remmer van trombine, terwijl warfarine de synthese van vitamine K-afhankelijke stollingsfactoren remt. Het gebruik van anticoagulantia brengt echter verschillende uitdagingen met zich mee. Ten eerste verhogen ze het risico op bloedingen, wat in bepaalde situaties levensbedreigend kan zijn. Ten tweede kan de effectiviteit van anticoagulantia variabel zijn, waardoor regelmatige controle en dosisaanpassingen nodig zijn, met name bij warfarine. Bovendien wordt langdurig gebruik van anticoagulantia in verband gebracht met bijwerkingen zoals osteoporose en huidnecrose. De noodzaak van systemische antistolling beperkt ook het gebruik van medische hulpmiddelen bij patiënten met een hoog risico op bloedingen.

Omdat trombose de gasuitwisseling over het holle vezelmembraan kan belemmeren, zijn er op verschillende manieren antifouling-coatings op de longvezels aangebracht, zoals dipcoating en elektrospinning, om biofouling te voorkomen 5,6. Fabrikanten van kunstmatige longen verwerken doorgaans holle vezels die commercieel zijn verkregen van vezelfabrikanten en assembleren ze tot longen door middel van stappen, waaronder het bundelen van de vezels rond een vaste kern, het oppotten (lijmen) van bundeluiteinden, het opnemen van ingepotte bundels in een behuizingscapsule met gas- en bloedstroomkanalen, en reiniging na de assemblage. Hoewel de coating van vezels die niet in de long zijn geïmplanteerd flexibeler kan zijn, zal een oppervlaktemodificatie in de prebundelingsfase worden onderworpen aan verschillende productiestappen die mechanische en chemische interacties vereisen tussen de oppervlaktecoating en de stroomafwaartse procesomgevingen, wat kan leiden tot ontblote vezels in een apparaat waar een hoge coatingdekking essentieel is voor het beperken van trombose. Als alternatief kan de coating op de ingegoten bundel worden aangebracht. Een voordeel van de mogelijkheid om afgewerkte longen te coaten, is dat het een praktische en gemakkelijke modificatiebenadering is voor oppervlaktetechniek van het kunstmatige longapparaat en vele andere apparaten. Maar over het algemeen is de methode van het aanbrengen van coatings, hetzij door middel van spray- of dipcoating, minder cruciaal voor trombosepreventie dan de effectiviteit van de coating zelf. Holle vezels die in medische hulpmiddelen worden gebruikt, kunnen bijvoorbeeld tijdens de extrusie worden ondergedompeld, vervolgens tot matten worden gebreid, in bundels worden gewikkeld en worden opgenomen in een afgewerkt kunstmatig longapparaat. Als alternatief kunnen coatings worden aangebracht nadat het apparaat is vervaardigd. De belangrijkste factoren zijn echter de effectieve toepassing, duurzaamheid en werkzaamheid van de antitrombotische coating5. Dit komt omdat, bij afwezigheid van systemische antistolling, de functie van deze coatings een essentieel stukje van de puzzel is om stolselvorming te voorkomen, waardoor een zeer efficiënte en langdurige aangroeiwerende eigenschap nodig is om een effectieve trombosepreventie te garanderen.

Ondanks de toepassing van antitrombogene coatings en de gelijktijdige toediening van lage doses anticoagulantia tot nu toe, mag de kunstmatige longmodule pas na een relatief korte gebruiksperiode, variërend van dagen tot 3 weken 7,8, worden vervangen vanwege trombose. De gasuitwisselingsefficiëntie van hun vezelmembranen verslechtert na relatief korte tijd als gevolg van vervuiling door een vliezige bloedstolselstructuur (bestaande uit fibrine, afzonderlijke cellen en celclusters) die grote delen van de vezels bedekt, waardoor hun gasdiffusiebarrière toeneemt9. Over het algemeen is het type coating en de gebruikte toepassingsmethode 10,11,12,13,14,15,16,17,18 afhankelijk van de gewenste eigenschappen, zoals biocompatibiliteit en duurzaamheid. Er zijn verschillende voorbeelden van aangroeiwerende coatings gebruikt op kunstmatige longvezels. Ze omvatten siliconen die veel worden gebruikt vanwege de biocompatibiliteit19, duurzaamheid en weerstand tegen biofouling; polyurethaan (PU) vanwege zijn biocompatibiliteit en weerstand tegen biofouling20; chitosan vanwege zijn biocompatibele en antimicrobiële eigenschappen21,22, heparine dat trombine inactiveert23,8 en hydrofiele24 coatings op polymeerbasis, waaronder poly (ethyleenglycol)25,26, poly (2-methoxyethylacrylaat)27 en fosforylcholine28,29.

Zwitterionische coatings vormen een veelbelovende strategie voor het verminderen van trombose op kunstmatige oppervlakken zonder dat systemische antistolling nodig is 5,6. Deze coatings zijn samengesteld uit moleculen met zowel positieve als negatieve ladingen, die elkaar in evenwicht houden en resulteren in een zeer hydrofiel, niet-vervuilend oppervlak. De zwitterionische aard van deze coatings vermindert de eiwitadsorptie en de hechting van bloedplaatjes, beide cruciale stappen in de initiatie van de stollingscascade. Door de eerste interactie tussen bloedeiwitten en het kunstmatige oppervlak te voorkomen, remmen zwitterionische coatings effectief de activering van de stollingscascade en verminderen ze het risico op trombose. Deze aanpak minimaliseert niet alleen de behoefte aan systemische anticoagulantia, maar biedt ook een meer biocompatibele oplossing voor het langdurig gebruik van medische hulpmiddelen.

In deze studie evalueerden we de effectiviteit van het primen van de kunstlong met een ultra-lage fouling zwitterionische poly (sulfobetaïne methacrylaat) (pSBMA) coating in combinatie met een oppervlakteadhesieve polydopamine (pDOPA) laag. Na het gronden van het apparaat werd het tijdens het coatingproces elke 10 minuten gedurende 2 uur zijwaarts geplaatst. Om mogelijke variaties in de coating over de vezelbundel te beoordelen, hebben we fibrinogeen- en bloedplaatjesvervuiling gemeten op vezels die zich aan het oppervlak en in de bundel bevinden. Daarnaast analyseerden we de impact van stroming op de aangroeiwerende prestaties door aangroeigegevens van longen voor en na blootstelling aan stroming te vergelijken. Voor langdurige antibiofouling-toepassingen met een complexe mediastroom, moeten zwitterionische coatings niet alleen vervuiling door volbloed remmen - een uitdagende taak - maar ook hun effectiviteit behouden onder hemodynamische stress gedurende de toepassingsperiode. Deze coatings moeten een sterke sterische afstoting bieden tegen niet-specifieke eiwitadsorptie en een geschikte oppervlaktepakkingsdichtheid bereiken om een hydratatiefilmbarrière te vormen tussen het substraat en de complexe media. Bovendien moeten ze stevig aan het oppervlak blijven hechten zonder dat de linkers die de coating aan de ondergrond verankeren, worden losgemaakt30. Het hier beschreven protocol is ontworpen om de toepassing van coatings te garanderen die voldoen aan deze kritische vereisten voor een effectieve en duurzame oppervlaktebescherming.

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

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol volgt de richtlijnen van de ethische commissie voor menselijk onderzoek van de Universiteit van New Haven.

1. Coating van het kunstmatige longcircuit

OPMERKING: Het kunstmatige longcircuit werd gecoat volgens een zwitterionische DOPA-SBMA-entbenadering in twee stappen. De details van de vezelbundel/oxygenator zijn bedrijfseigen informatie. In experimenten waarbij de effecten van stroming op de aangroeiwerende activiteit van de gecoate long centraal stonden, werd het oxygenator- en slangcircuit (5/16" Tygon-slang met conjugeerbare polycarbonaatconnectoren) onderworpen aan een 24 uur per dag fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS; pH 7,34, temp. ~37 °C) debiet beperkt door het maximale debiet van onze pomp van 1,22 l/min. Voor de context: de exacte stroomsnelheden in oxygenatoren zijn afhankelijk van de behoeften van de patiënt en de specifieke klinische situatie, maar ze variëren over het algemeen van 2-7 l/min bij volwassen patiënten. PBS werd in dit geval gebruikt om een gemakkelijke kwantificering mogelijk te maken van de belangrijkste vervuiling van de bloedstollingsmarker op gecoate vezels na stroom. Eventuele verstorende effecten van aangroei door volbloed, als de volbloedstroom zou worden gebruikt om de effecten van de afschuifsnelheid op de aangroeiwerende activiteit van gecoate vezels te evalueren, zouden worden geëlimineerd door PBS te gebruiken. De volgende stappen werden gebruikt om de kunstlong te coaten:

  1. Reinig het longcircuit door 30% methanol gedurende 20 minuten te recirculeren in gedeïoniseerd (DI) water, gevolgd door 10% methanol te recirculeren in gedemineraliseerd water en gedemineraliseerd water gedurende 20 minuten.
  2. Droog het circuit met gefilterde huislucht met een laag debiet gedurende 2 uur voorafgaand aan blootstelling aan plasmablootstelling aan ultraviolette ozonolyse (UVO).
  3. Plaats het gereinigde longcircuit in een UVO-plasmagenerator (UVO-Cleaner), sluit deze en schakel het UVO-plasmageneratorinstrument in voor plasma-interactie met het apparaat gedurende 20 minuten.
  4. Na blootstelling aan plasma moet het apparaat onverwijld overgaan tot de coatingstap om de herschikking van de oppervlakteketen en het verbergen van reactieve plaatsen die worden gegenereerd door plasma-interactie te beperken.
  5. Terwijl de oppervlakken van het apparaat worden gemodificeerd, bereidt u een nieuwe coatingoplossing voor. Los in 600 ml TRIS-buffer (pH 8,5) 1,2 g Dopamine-HCl op, gevolgd door het oplossen van sulfobetaïnemethacrylaat (SBMA)-monomeer in een DOPA:SMBA-verhouding van 1:15.
  6. Voeg 5 mM natriumperiodaat (20 μL) druppels toe aan de coatingoplossing en meng. Gebruik een glazen bekerglas, een magnetische roerstaaf en een roerplaat op 150 tpm om het mengen te vergemakkelijken.
    NOTITIE: Voeg de coatingoplossing niet meer dan 20 minuten na bereiding toe aan het apparaat. Daarom, als meerdere longen zijn gecoat, kan een gemakkelijke manier om de apparaten te primen, bijvoorbeeld het gebruik van pompen voor het vullen, nuttig zijn.
  7. Vul het longapparaat met de coatingoplossing met behulp van een spuit met een groot volume (60 cc) om het circuit op te zuigen en te vullen. Terwijl het ene uiteinde van het circuit is vastgeklemd, vult u het aan het andere uiteinde en zorgt u ervoor dat luchtbellen via een circuittoegangsconnector uit het circuit kunnen worden geleid.
  8. Als het apparaat volledig is gevuld, plaatst u het apparaat 2 uur onder een UV-lichtbron en schudt u de oplossing door de uiteinden van het geprimeerde apparaat elke 10 minuten op en neer te richten.
  9. Laat na de UV-lichtbehandeling het circuit leeglopen en spoel alle monsters voorzichtig af met gedeïoniseerd (DI) water door ze te vullen met een spuit van 60 cc en herhaaldelijk af te tappen. Wanneer het effluent van de DI-spoeling helder is, bewaart u het apparaat met DI-water in een koelkast van 4 °C voor autopsie en oppervlakteanalyses.

2. Longautopsie

  1. Drain en droog het longcircuit met gefilterde en zachte luchtstroom in een chemische kap.
  2. Voer autopsie van het apparaat uit door ze in een bankschroef met draaibare basis te bevestigen. Gebruik een lintzaag om de inlaat-/uitlaataansluitingen naar de apparaatbehuizing en de voor- en achterplaten van de behuizing te scheiden, en snijd voorzichtig langs hun omtrekposten met behulp van een X-acto-mes van industriële kwaliteit en een hamer.
  3. Na het verwijderen van de voorplaten zijn de lagen van de vezelmat toegankelijk. Snijd de vezels zorgvuldig door om toegang te krijgen tot vezelmatte monsters op elke locatie in de bundel (bijv. het oppervlak en erin). Behandel monsters met een pincet aan de randen en breng ze over in buisjes van 60 ml gevuld met gedeïoniseerd water om besmetting van het monster te beperken.

3. Evaluatie van eiwitvervuiling op gecoate longcircuitmaterialen

  1. Fibrinogeen adsorptietest.
    1. Incubeaatgrootte (~1 cm x 1 cm) gestandaardiseerde vezelmattemonsters in 1 ml 3 mg/ml fibrinogeen in putplaten gedurende meer dan 90 minuten bij 37 °C met agitatie bij 60 tpm.
    2. Was (3x) monsters met PBS-buffer, breng ze over in nieuwe putjes en voeg 1 ml 1 mg/ml runderserumalbumine (BSA) toe aan elk putje. Incubeer nog 90 minuten, was dan opnieuw met PBS-buffer (3x) en breng monsters over in nieuwe putjes.
    3. Voeg in de nieuwe putjes 1 ml 1:1000 verdunning van mierikswortelperoxidase (HRP) geconjugeerd fibrinogeenantilichaam in PBS toe aan elk putje en incubeer gedurende 30 minuten. Was vervolgens (3x) monsters met PBS-buffer en breng ze over in nieuwe putjes.
    4. Voeg in de nieuwe putjes 500 μL 1 mg/ml o-fenyleendiamine (OPD) toe in 0,1 M citraat-fosfaatbuffer met 0,03% waterstofperoxide, pH van 5,0 met tussenpozen van 30 s en incubeer gedurende 30 minuten uit de buurt van licht.
    5. Stop de peroxidase- en OPD-reactie door 500 μL 1 N HCL aan elk putje toe te voegen.
    6. Verwijder het bovenstaande uit elk putje en breng het over naar een cuvet. Meet de absorptie van supernatans met behulp van een UV-zichtbare spectrofotometer bij 492 nm.
  2. Test voor hechting van bloedplaatjes.
    1. Ontdooi de lactaatdehydrogenase (LDH)-testkit gedurende 20 minuten.
    2. Terwijl het ontdooien aan de gang is, moet gepoold volwassen menselijk plasma worden bereid om platletrijkplasma (PRP) te verkrijgen.
    3. Om PRP te bereiden, centrifugeert u ontdooide buisjes van menselijk plasma met een harde spin bij 483 x g om het plasma in twee gebieden te scheiden, waarbij het onderste derde deel PRP is en het bovenste tweederde deel van de buis het bloedplaatjesarme plasma (PPP) bevat.
    4. Verwijder bloedplaatjespellets die op de bodem van de buis zijn gevormd, evenals het bovenste tweederde deel van het gecentrifugeerde bloedplasma en dispergeer de pellet in het bovenste tweederde deel van het plasma door de buisjes voorzichtig te schudden.
    5. Voeg calciumchloride (0,2 M) toe aan de PRP (1:1 v/v) om de effecten van citraten om te keren voordat u gaat testen.
    6. Incubeer de monsters (~1 cm x 1 cm) in 500 μl PRP gedurende 90 minuten bij 37 °C, spoel ze vervolgens driemaal af met PBS-buffer en breng ze over in nieuwe putjes.
    7. Voeg 300 μL PBS en 10 μL 10x lysisbuffer toe en incubeer gedurende 45 min.
    8. Voeg 50 μL van het reactiemengsel toe en incubeer gedurende 30 minuten uit de buurt van licht.
    9. Voeg 50 μL HCL toe om well-reacties te stoppen.
    10. Om de LDH-activiteit van lysaten van geadsorbeerde bloedplaatjes te detecteren, meet u de lichtabsorptie door de ontwikkelde putoplossingen bij golflengten van 490 nm en 680 nm en trekt u de 680 nm-waarde af van de 490 nm om de hechting van bloedplaatjes te analyseren.

4. Stromingseffecten op de aangroeiwerende werking

  1. Bereid het kunstmatige longcircuit voor met PBS en zorg ervoor dat er geen lekkage optreedt. Bevestig vervolgens het circuit op de rolpomp en recirculeer de PBS gedurende 24 uur.
    OPMERKING: Een debiet van 1,22 l/min was het hoogst haalbare.
  2. Om de normotherme temperatuur van het bloed te simuleren dat door het longapparaat zou stromen, incubeert u de kunstlong in een waterbad van 37 °C tijdens de recirculatie.
  3. Voer vervolgens longautopsie en eiwitaangroei-uitdagingsonderzoeken uit zoals hierboven beschreven.
    OPMERKING: Eenrichtingsanalyse van variantie werd gebruikt om te bepalen of er statistisch significante verschillen waren tussen de gemiddelden van de onafhankelijke groepen, en Tukey's HSD werd gebruikt om te bepalen welke specifieke groepen verschilden.

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

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er wordt een protocol gepresenteerd voor zwitterionische polymeertransplantatie van kunstmatig longcircuit door priming, demontage van het apparaat voor het afnemen van monsters met gecoate vezels en evaluatie van aangroeiwerende vezels in secties. In Figuur 1 wordt de oppervlaktemodificatie van de kunstmatige longcircuitbenadering geïllustreerd. Longen werden blootgesteld aan UVO-plasma voor de interactie van radicaal zuurstofsinglet met vezels, gevolgd doo...

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

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De PDMS-gecoate polypropyleen (PP) vezels in de kunstlong toonden een verband aan tussen blootstelling aan ozon en de vezelstructuur, waardoor een sensibilisatielimiet voor ultraviolet ozonplasma werd vastgesteld. Deze limiet geeft de belichtingstijden aan die nodig zijn om oppervlakteradicalen te genereren voor het enten van coatingmaterialen, met name polydopamine en polysulfobetaïnemethacrylaat. Toen de vezels minder dan 20 minuten werden blootgesteld aan ultraviolet ozonplasma, werde...

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

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen. Dr. Keith Cook en Dr. David Skoog hebben aandelen in ART LLC.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gedeeltelijk gefinancierd via een dienstenovereenkomst onder NIH 1R01HL140231-01A1.

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

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
BekersThermo Fisher Scientifichttps://www.thermofisher.com/search/browse/category/us/en/90094065Gebruikt in experimenten
Beckman Coulter Allegra X-30R centrifugeBeckman Coulterhttps://www.mybeckman.in/centrifuges/general-purpose/allegra-x-30Voor centrifugaties
Biochemguard BSL2 veiligheidskapBiochemguardhttps://bakerco.com/images/uploads/assets/BiochemGARD_220v_Web_0.pdfGebruikt voor UV-lichtbron in graft coating
Bovine albumin serum (BSA)Sigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/substance/bovineserumalbumin123459048468Fibrinogeen testmaterialen
Citrated gepoold mannelijk bloedplasmaZenBiohttps://www.zen-bio.com/products/serum/human-blood-products.phpGebruikt voor experimenten
Citraat-fosfaat bufferSigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/search/citrate-phosphate-buffer?focus=products&page=1&perpage=30&sort=relevance&term=citrate-phosphate%20buffer&type=productFibrinogeen testmaterialen
Dopamine-hydrochlorideSigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/h60255Voor coating
Dopamine-hydrochlorideSigma-AldrichN/AFibrinogeen testmaterialen
Fluoresceïne geconjugeerd geiten Immunoglobuline G (IGG)Sigma Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/mm/aq303fVoor fluorescentie lichtintensiteitsmetingen
Horseradish peroxidase-geconjugeerd anti-fibrinogen antilichaamSigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/search/horseradish-peroxidase-conjugated-anti-fibrinogen?focus=products&page=1&perpage=30&sort=relevance&term=horseradish%20peroxidase%20conjugated%20anti-fibrinogen&type=productFibrinogeen testmaterialen
Hot PlateThermo Fisher Scientifichttps://www.thermofisher.com/in/en/home/life-science/lab-equipment/hot-plates-stirrers/lab-hot-plates.htmlGebruikt in experimenten
Menselijke fibrinogeen poederSigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/search/human-fibrinogen?focus=products&page=1&perpage=30&sort=relevance&term=human%20fibrinogen&type=productFibrinogeen testmaterialen
Jelight UVO-Cleaner model 144AXJelighthttps://www.jelight.com/uvo-cleaner/Gebruikt voor plasmabehandeling van medische apparatuur materialen
LDH testkitABCAMhttps://www.abcam.com/en-us/products/assay-kits/ldh-assay-kit-lactate-dehydrogenase-assay-kit-colorimetric-ab102526Voor LDH-test
O-fenyleendiamine (OPD)Sigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/p9029Fibrinogeen testmaterialen
PDMS gecoate polypropyleenvezelsART LLCN/AOnderdeel van kunstlongmaterialen
Fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS)Sigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/p4417Fibrinogeen testmaterialen
Plate Reader (BioTek)BioTekhttps://www.agilent.com/en/product/cell-analysis/real-time-cell-metabolic-analysis/plate-reader-metabolic-assaysVoor het lezen van fluorescentie lichtintensiteit
Polydimethylsiloxaan (PDMS)ART LLCN/AOnderdeel van kunstlongmaterialen
Natriumperiodaat (NaIO4)Sigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/substance/sodiummetaperiodate213897790285Voor coating
Stockert Shiley multiflow rollerpompSorin BiomedicalN/AVoor stroomexperimenten
Sulfobetaïne methacrylaat (SBMA)Sigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/search/sulfobetaine-methacrylate-(sbma)Voor coating
TRIS-gebufferde zoutoplossing (pH 8,5)Sigma-Aldrichhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/t8793Bereidt in het lab uit TRIS-zakjes
Tygon slangenART LLCN/AOnderdeel van kunstlongmaterialen

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kumar, V., Abbas, A. K., Aster, J. C., Robbins, S. L. Robbins and Cotran Pathologic Basis of Disease. 9th. , 9th ed, Elsevier. Philadelphia, PA. (2015).
  2. Davie, E. W., Kulman, J. D. An overview of the structure and function of thrombin. Semin Thromb Hemost. 32 (S 1), 003-015 (2006).
  3. Hirsh, J., O'Donnell, M., Weitz, J. I. New anticoagulants. Blood. 105 (2), 453-463 (2005).
  4. Mekaj, Y. H., Daci, F. T., Mekaj, A. Y. New insights into the mechanisms of action of aspirin and its use in the prevention and treatment of arterial and venous thromboembolism. Ther Clin Risk Manag. 11, 1449-1456 (2015).
  5. Li, Q., et al. Zwitterionic biomaterials. Chem Rev. 122 (23), 17073-17154 (2022).
  6. Shao, Q., Jiang, S. Molecular understanding and design of zwitterionic materials. Adv Mater. 27 (1), 15-26 (2015).
  7. Demarest, C. T., et al. The time course of clinical oxygenator failure due to clot formation. medRxiv. , (2020).
  8. ECMO anticoagulation: it's still the biggest challenge. Maul, T. M. ASAIO 61st Annual Conference, , (2015).
  9. Camboni, D., Philipp, A., Arlt, M., Pfeiffer, M., Hilker, M., Schmid, C. First experience with a paracorporeal artificial lung in humans. Asaio J. 55 (3), 304-306 (2009).
  10. Gaylor, J. D., Mockros, L. F. Novel method for fabricating capillary membrane oxygenators. Med Biol Eng Comput. 16, 369-378 (1978).
  11. Naito, N., et al. Combination of polycarboxybetaine coating and factor XII inhibitor reduces clot formation while preserving normal tissue coagulation during extracorporeal life support. Biomaterials. 272, 120778(2021).
  12. Amoako, K. A., Sundaram, H. S., Suhaib, A., Jiang, S., Cook, K. E. Multimodal, biomaterial-focused anticoagulation via superlow fouling zwitterionic functional groups coupled with anti-platelet nitric oxide release. Adv Mater Interfaces. 3 (6), 1500646(2016).
  13. Hong, D., et al. Achieving ultralow fouling under ambient conditions via surface-initiated ARGET ATRP of carboxybetaine. ACS Appl Mater Interfaces. 9 (11), 9255-9259 (2017).
  14. Sundaram, H. S., et al. Achieving one-step surface coating of highly hydrophilic poly (carboxybetaine methacrylate) polymers on hydrophobic and hydrophilic surfaces. Adv Mater Interfaces. 1 (6), 1400071(2014).
  15. Srinivasan, S., Chhatre, S. S., Mabry, J. M., Cohen, R. E., McKinley, G. H. Solution spraying of poly (methyl methacrylate) blends to fabricate microtextured, superoleophobic surfaces. Polymer. 52 (14), 3209-3218 (2011).
  16. Steele, A., Bayer, I., Loth, E. Inherently superoleophobic nanocomposite coatings by spray atomization. Nano Lett. 9 (1), 501-505 (2009).
  17. Wang, Y. B., Shi, K. H., Jiang, H. L., Gong, Y. K. Significantly reduced adsorption and activation of blood components in a membrane oxygenator system coated with crosslinkable zwitterionic copolymer. Acta Biomater. 40, 153-161 (2016).
  18. El-Ferzli, G. T., et al. A nitric oxide-releasing self-assembled peptide amphiphile nanomatrix for improving the biocompatibility of microporous hollow fibers. Asaio J. 61 (5), 589-595 (2015).
  19. Belanger, A., Decarmine, A., Jiang, S., Cook, K., Amoako, K. A. Evaluating the effect of shear stress on graft-to zwitterionic polycarboxybetaine coating stability using a flow cell. Langmuir. 35 (5), 1984-1988 (2018).
  20. Kim, S., et al. A biostable, anti-fouling zwitterionic polyurethane-urea based on PDMS for use in blood-contacting medical devices. J Mater Chem B. 8 (36), 8305-8314 (2020).
  21. Kimmel, J. D., Arazawa, D. T., Ye, S. H., Shankarraman, V., Wagner, W. R., Federspiel, W. J. Carbonic anhydrase immobilized on hollow fiber membranes using glutaraldehyde activated chitosan for artificial lung applications. J Mater Sci Mater Med. 24, 2611-2621 (2013).
  22. Fischer, S., et al. Bridge to lung transplantation with the novel pumpless interventional lung assist device NovaLung. J Thorac Cardiovasc Surg. 131 (3), 719-723 (2006).
  23. Ukita, R., et al. Zwitterionic poly-carboxybetaine coating reduces artificial lung thrombosis in sheep and rabbits. Acta Biomater. 92, 71-81 (2019).
  24. Gupta, S., Amoako, K. A., Suhaib, A., Cook, K. E. Multi-modal, surface-focused anticoagulation using poly-2-methoxyethylacrylate polymer grafts and surface nitric oxide release. Adv Mater Interfaces. 1 (8), 1400012(2014).
  25. Wang, W., et al. Hemocompatibility and oxygenation performance of polysulfone membranes grafted with polyethylene glycol and heparin by plasma-induced surface modification. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 105 (7), 1737-1746 (2017).
  26. Abednejad, A. S., Amoabediny, G., Ghaee, A. Surface modification of polypropylene blood oxygenator membrane by poly ethylene glycol grafting. Adv Mater Res. 816, 459-463 (2013).
  27. Kocakulak, M., Özgürtaş, T., Ayhan, H. Effect of poly (2-methoxyethyl acrylate)-coated oxygenators on haemolysis. J Biomater Sci Polym Ed. 17 (4), 449-460 (2006).
  28. Pieri, M., et al. A new phosphorylcholine-coated polymethylpentene oxygenator for extracorporeal membrane oxygenation: a preliminary experience. Perfusion. 28 (2), 132-137 (2013).
  29. De Somer, F., et al. Phosphorylcholine coating of extracorporeal circuits provides natural protection against blood activation by the material surface. Eur J Cardiothorac Surg. 18 (5), 602-606 (2000).
  30. Zhang, Y., et al. Anti-fouling surfaces for extracorporeal membrane oxygenation by surface grafting of hydrophilic sulfoxide polymers. Biomacromolecules. 23 (10), 4318-4326 (2022).
  31. Melchior, R. W., Sutton, S. W., Harris, W., Dalton, H. J. Evolution of membrane oxygenator technology for utilization during pediatric cardiopulmonary bypass. Pediatr Health Med Ther. 7, 45-56 (2016).
  32. Amoako, K., et al. Zwitterionic polysulfobetaine coating and antiplatelet liposomes reduce fouling in artificial lung circuits. Macromol Biosci. 23 (4), 2200479(2023).
  33. Amoako, K., et al. PULM3: The effects of a two-step coating process and flow on artificial lung fiber fouling. Asaio J. 69 (Supplement 2), 88(2023).
  34. Lee, H., Scherer, N. F., Messersmith, P. B. Single-molecule mechanics of mussel adhesion. Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (35), 12999-13003 (2006).
  35. Krogsgaard, M., Behrens, M. A., Pedersen, J. S., Birkedal, H. Self-healing mussel-inspired multi-pH-responsive hydrogels. Biomacromolecules. 14 (2), 297-301 (2013).
  36. Ryu, J. H., Lee, Y., Kong, W. H., Kim, T. G., Park, T. G., Lee, H. Catechol-functionalized chitosan/pluronic hydrogels for tissue adhesives and hemostatic materials. Biomacromolecules. 12 (7), 2653-2659 (2011).
  37. Ou, X., et al. Structure and sequence features of mussel adhesive protein lead to its salt-tolerant adhesion ability. Sci Adv. 6 (39), eabb7620(2020).
  38. Nobili, M., Sheriff, J., Morbiducci, U., Redaelli, A., Bluestein, D. Platelet activation due to hemodynamic shear stresses: damage accumulation model and comparison to in vitro measurements. Asaio J. 54 (1), 64-72 (2008).
  39. Toomasian, J. M., Bartlett, R. H. Hemolysis and ECMO pumps in the 21st century. Perfusion. 26 (1), 5(2011).
  40. Jiang, S., Cao, Z. Ultralow-fouling, functionalizable, and hydrolysable zwitterionic materials and their derivatives for biological applications. Adv Mater. 22 (9), 920-932 (2010).
  41. Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318 (5849), 426-430 (2007).
  42. Ding, Y. H., Floren, M., Tan, W. Mussel-inspired polydopamine for bio-surface functionalization. Biosurface Biotribology. 2 (4), 121-136 (2016).
  43. Lynge, M. E., van der Westen, R., Postma, A., Städler, B. Polydopamine-a nature-inspired polymer coating for biomedical science. Nanoscale. 3 (12), 4916-4928 (2011).
  44. Khan, N. U., Al-Aloul, M., Shah, R., Yonan, N. Early experience with the Levitronix Centrimag® device for extra-corporeal membrane oxygenation following lung transplantation. Eur J Cardiothorac Surg. 34 (6), 1262-1264 (2008).
  45. Werkkala, K., et al. Clinical durability of the CARMEDA bioactive surface in EXCOR ventricular assist device pumps. Asaio J. 62 (2), 139-142 (2016).
  46. Mahoney, C. B. Heparin-bonded circuits: clinical outcomes and costs. Perfusion. 13 (3), 192-204 (1998).
  47. Koster, A., et al. Heparin antibodies and thromboembolism in heparin-coated and noncoated ventricular assist devices. J Thorac Cardiovasc Surg. 121 (2), 331-335 (2001).
  48. Wendel, H. P., Scheule, A. M., Eckstein, F. S., Ziemer, G. Haemocompatibility of paediatric membrane oxygenators with heparin-coated surfaces. Perfusion. 14 (1), 21-28 (1999).
  49. Stenach, N., Korn, R. L., Fisher, C. A., Jeevanandam, V., Addonizio, V. P., et al. The effects of heparin bound surface modification (Carmeda® Bioactive Surface) on human platelet alterations during simulated extracorporeal circulation. J Extracorporeal Technol. 24 (3), 97-102 (1992).
  50. Korn, R. L., et al. The effects of Carmeda Bioactive Surface on human blood components during simulated extracorporeal circulation. J Thorac Cardiovasc Surg. 111 (5), 1073-1084 (1996).
  51. Wendel, H. P., Heller, W., Gallimore, M. J., Hoffmeister, H. E. Heparin-coated oxygenators significantly reduce contact system activation in an in vitro cardiopulmonary bypass model. Blood Coagul Fibrinolysis. 5 (5), 673-678 (1994).
  52. Ueda, T., Oshida, H., Kurita, K., Ishihara, K., Nakabayashi, N. Preparation of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine copolymers with alkyl methacrylates and their blood compatibility. Polym J. 24 (11), 1259-1269 (1992).
  53. Preston, T. J., et al. Modified surface coatings and their effect on drug adsorption within the extracorporeal life support circuit. J Extracorporeal Technol. 42 (3), 199-202 (2010).
  54. Reser, D., et al. Retrospective analysis of outcome data with regards to the use of Phisio®-, Bioline®-or Softline®-coated cardiopulmonary bypass circuits in cardiac surgery. Perfusion. 27 (6), 530-534 (2012).
  55. Ask, A., Holt, D., Smith, L. In vivo comparison study of FDA-approved surface-modifying additives and poly-2-methoxyethylacrylate circuit surfaces coatings during cardiopulmonary bypass. J Extracorporeal Technol. 38 (1), 27-32 (2006).
  56. Montoya, J. P., Shanley, C. J., Merz, S. I., Bartlett, R. H. Plasma leakage through microporous membranes: Role of phospholipids. Asaio J. 38 (3), M399-M405 (1992).
  57. Musch, G., et al. Small pore size microporous membrane oxygenator reduces plasma leakage during prolonged extracorporeal circulation: a case report. Int J Artif Organs. 19 (3), 177-180 (1996).
  58. Mottaghy, K., et al. Technical aspects of plasma leakage prevention in microporous capillary membrane oxygenators. Asaio J. 35 (3), 640-643 (1989).
  59. Bragard, I., et al. Breaking bad news in the emergency department: a randomized controlled study of a training using role-play simulation. Crit Care. 22 (Suppl. 1), (2018).
  60. Bertini, P., et al. ECMO in COVID-19 patients: a systematic review and meta-analysis. J Cardiothorac Vasc Anesth. 36 (8), 2700-2706 (2022).
  61. Alessandri, F., Di Nardo, M., Ramanathan, K., Brodie, D., MacLaren, G. Extracorporeal membrane oxygenation for COVID-19-related acute respiratory distress syndrome: a narrative review. J Intensive Care. 11 (1), 5(2023).
  62. Doolittle, R. F. Fibrinogen and fibrin. Annu Rev Biochem. 53 (1), 195-229 (1984).

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

Enten van vezelbundelszwitterionische polymeerentenoppervlaktemodificatieantifouling coatingplasmabehandelingfibrinogeenassayplaatjesfoulingprote neabsorptiepolydopamine linker

Gerelateerde artikelen