Ontwikkeling van een 3D-geprint platform voor bloedstelpuntbeheersing
Om perioperatieve bloedingen aan te pakken — de belangrijkste bron van morbiditeit en mortaliteit in het conventionele guidewire-geïnduceerde AVS-model — is een 3D-geprint vasculair ondersteuningsplatform ontworpen (Figuur 1). Het platform is gefabriceerd via stereolithografie (SLA)-printen met een biocompatibele (USP Class VI / ISO 1093-conforme) fotopolymeerhars, met een structurele dikte van 1,07 mm. Na het printen werden de onderdelen gewassen in isopropylalcohol om niet uitgeharde hars te verwijderen en vervolgens nagehard onder ultraviolet licht. Het volledige ontwerpbestand (.stp) is beschikbaar zodat het platform kan worden gereproduceerd op standaard SLA-systemen. Het platform is voorzien van een omgekeerd V-vormig apicaal oppervlak met een apexhoek van 120° (Figuur 1A–B), dat zich aanpast aan de kromming van de geïsoleerde rechter arteria carotis communis zonder overmatige wandcompressie te veroorzaken. Meerdere trapsgewijze zijinkepingen (Figuur 1C–D) stellen de operator in staat om de vooraf geplaatste hechtingen vast te pakken en verstelbare longitudinale spanning op het vat uit te oefenen. De spanning wordt incrementeel verhoogd totdat de arteriële pulsatie niet langer zichtbaar is — een visueel eindpunt dat wijst op adequate tijdelijke hemostase. Deze aanpak biedt een stabiel chirurgisch veld voor de arteriotomie en de insertie van de guidewire, terwijl overmatige verbrijzelingsletsels aan de vaatwand worden vermeden.
Intraoperatieve bevestiging van de positie van de geleidedraad
De correcte plaatsing van de geleidedraad werd in twee fasen tijdens de procedure geverifieerd. Ten eerste werd onder directe stereomicroscopische visualisatie waargenomen dat de geleidedraad in retrograde richting via de transversale arteriotomie het lumen van de RCCA binnenging (Figuur 2A). Ten tweede bevestigde real-time echocardiografische beeldvorming dat de punt van de geleidedraad de aortaklep was gepasseerd en de linker ventrikel was binnengegaan. B-mode beeldvorming identificeerde de geleidedraad als een hyperechogeen lineair artefact dat door het vlak van de aortaklep liep (Figuur 2B). Kleurendoppler-beeldvorming toonde gelokaliseerde turbulente stroom op het niveau van de aortaklep, wat aanvullende bevestiging gaf van de positionering van de geleidedraad over de klepbladen (Figuur 2C; Aanvullende video 1).
Perioperatieve overleving en succespercentage van het model
Integratie van het spanningsinstelbare platform in de chirurgische workflow resulteerde in een hoge vroege overleving. Kaplan-Meier-analyse toonde een overlevingspercentage van 95% aan 24 u post-operatief (19 van de 20 muizen; Figuur 3A). Post-mortem onderzoek van de enige niet-overlevende muis leverde geen bewijs op van ernstige bloedingen, structurele schade of cardiale ischemie, wat suggereert dat het overlijden toe te schrijven was aan complicaties gerelateerd aan de anesthesie in plaats van aan chirurgisch trauma. Het succes van het model na 4 weken werd geëvalueerd aan de hand van een vooraf gedefinieerd criterium: een piektransvalvulaire stroomsnelheid die 2.0 mm/s overschrijdt, samen met ondersteunende histologische bevindingen. Van de 19 overlevende dieren voldeden er 18 (94,7%) aan deze drempelwaarde, wat resulteerde in een totale succesrate van het model van 90% over de gehele cohort (18 van de 20 muizen; Figuur 3B). De uitkomsten waren vergelijkbaar tussen de geslachten: de overleving na 24 u was 9 van de 10 bij mannetjes en 10 van de 10 bij vrouwtjes, en de succesrate van het model na 4 weken was 9 van de 10 (90%) bij beide geslachten; het enige perioperatieve sterfgeval betrof een mannetje (anesthesie-gerelateerd), en het enige modelfalen betrof een overlevend vrouwtje.
Echocardiografische bevestiging van aortaklepstenose
Transthoracale echocardiografie 4 weken na de operatie bevestigde hemodynamische veranderingen die consistent waren met ernstige aortastenose in de AWI-groep. Kwantitatieve echocardiografische waarden worden weergegeven als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM); functionele parameters en remodelleringsparameters van de linker ventrikel werden geanalyseerd bij 6 Sham- en 6 AWI-muizen, terwijl de piek transvalvulaire snelheid werd gemeten bij alle overlevende AWI-muizen en Sham-controles (n = 19 AWI, n = 6 Sham). De ejectiefractie van de linker ventrikel was in de AWI-groep na 4 weken licht lager dan in de Sham-controles (56,21 ± 1,15% vs. 61,57 ± 2,12%; p = 0,0503; Figuur 3C), een verschil dat geen statistische significantie bereikte. Pulsed-wave Doppler-opnames toonden een sterke toename van de transvalvulaire jet-snelheid in de AWI-groep, die 2740,89 ± 104,10 mm/s bereikte, vergeleken met 98,0 ± 126,24 mm/s in de Sham-controlegroep (Figuur 3D). Kwantitatieve analyse bevestigde een zeer significante verhoging van de piek transvalvulaire jet-snelheid in de AWI-groep ten opzichte van de Sham-controles (p < 0,01; Figuur 3E). Consistent met een vroege fase van adaptatie aan drukoverbelasting vertoonde de AWI-groep concentrische remodellering van de linker ventrikel: de diastolische wanddikte van de voorwand was significant toegenomen (LVAWd 1,14 ± 0,02 vs. 0,96 ± 0,03 mm; p = 0,016; Figuur 3F), terwijl de diastolische wanddikte van de achterwand en de massa van de linker ventrikel hoger waren maar geen statistische significantie bereikten (LVPWd 1,01 ± 0,12 vs. 0,76 ± 0,02 mm, p = 0,0650, Figuur 3G; LV-massa 124,51 ± 10,63 vs. 104,47 ± 2,45 mg, p = 0,0961, Figuur 3H).
Histopathologische validatie van valvulaire remodellering en calcificatie
Histologisch onderzoek van de aortawortels bevestigde de echocardiografische bevindingen. Kwantitatieve histologische waarden worden weergegeven als gemiddelde ± SEM en werden geanalyseerd in 6 Sham- en 6 AWI-muizen. H&E-kleuring in de AWI-groep toonde een uitgesproken verdikking van de klepbladen en structurele desorganisatie, kenmerken die afwezig waren in de Sham-controles (Figuur 3I). Kwantitatieve morfometrie bevestigde een significante toename van de gemiddelde dikte van de klepbladen in de AWI-groep vergeleken met de Sham-groep (p < 0,01; Figuur 3J). Von Kossa-kleuring toonde uitgebreide dystrofe calcificatie aan binnen de verdikte klepbladen van de AWI-groep, geïdentificeerd als donkerbruine tot zwarte minerale afzettingen. Sham-controles vertoonden verwaarloosbare minerale depositie (Figuur 3K). Kwantitatieve beeldanalyse onthulde een significante toename van het totale calcificatieoppervlak (µm2) in de AWI-groep ten opzichte van de Sham-controles (p < 0,001; Figuur 3L).

Figuur 1Ontwerp van het 3D-geprinte vasculaire ondersteuningsplatform, getoond in vier aanzichten. (A) Schuin vooraanzicht van links. (B) Achter-rechts schuin aanzicht. (C) Zijprofielweergave van de algehele longitudinale geometrie van het platform. (D) Gezien vanuit een hoek, met nadruk op het omgekeerde V-vormige apexgebied. Componentlabels: 10, platformlichaam; 120, zijarmen; 121, trapsgewijze zijinkepingen; 130, werkend uiteinde; 140, omgekeerde V-vormige insertie-apex; 150, vaatcontacterend ondersteunend oppervlak; 160, overgangsheling tussen aangrenzende inkepingen; 190, rechter arteria carotis communis (RCCA). Het platform is vervaardigd uit biocompatibele fotopolymeerhars (structurele dikte: 1,07 mm). De 3D-structurele tekening is door de auteurs gegenereerd uit het oorspronkelijke CAD-ontwerpbestand (.stp) van het vasculaire ondersteuningsplatform met behulp van FreeCAD, een gratis en open-source CAD-visualisatie- en modelleringssoftware. Er is geen gebruikgemaakt van publicaties of auteursrechtelijk beschermde tekeningen van derden. Het oorspronkelijke CAD-ontwerpbestand is beschikbaar als aanvullend bestand. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2Intraoperatieve en echocardiografische bevestiging van de positie van de geleidingsdraad. (A) Intraoperatieve foto waarop de retrograde inbreng van de geleidingsdraad (pijl) via de transversale arteriotomie in het lumen van de rechter arteria carotis communis (RCCA) te zien is onder directe stereomicroscopische visualisatie. (B) B-mode echocardiografisch beeld waarop de geleidingsdraad (geïdentificeerd als een hyperechogene lineaire artefact; pijl) te zien is die de aortaklep passeert en de linker ventrikel binnengaat. (C) Color Doppler echocardiografische afbeelding die een gelokaliseerde turbulente stroom op het niveau van de aortaklep demonstreert, wat de positionering van de geleidingsdraad door de klepbladen bevestigt. Real-time Color Doppler-visualisatie van de transvalvulaire stroom tijdens de positionering van de geleidingsdraad wordt getoond in Aanvullende video 1. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Overlevings-, hemodynamische, ventriculaire remodellerings- en histopathologische uitkomsten van het geoptimaliseerde aortadraadletselmodel (AWI-model). (A) Kaplan-Meier-overlevingscurve na 24 uur van AWI-muizen (n = 20). (B) Model van succes (rood) versus falen (zwart) in de AWI-groep na 4 weken (n = 20); succes werd gedefinieerd als de piektransvalvulaire snelheid > 2.0 mm/s. (C) ejectiefractie (EF; p = 0.0503). (DRepresentatieve gepulste-golf (PW) Doppler-echocardiogrammen van een Sham-muis (links) en een AWI-muis (rechts).E) Maximale transvalvulaire snelheid (n = 19 AWI, n = 6 Sham; p < 0.0001). (F) Diastolische dikte van de anterieure linker ventrikelwand (LVAWd; p = 0.0016). (G) Diastolische dikte van de posterieure linker ventrikelwand (LVPWd; p = 0.0650). (H) Linkerventrikelmassa (p = 0.0961). (I) Representatieve HE-gekleurde coupes van de aortawortel (Sham, links; AWI, rechts). (J) Dikte van de aortaklepbladjes (p < 0.0001). (K) Representatieve met Von Kossa gekleurde secties van de aortawortel (Sham, links; AWI, rechts). (L) Totaal calciumafzettingsoppervlak (µm2; p < 0,01). Schaalbalken = 500 µmVoor alle kwantitatieve staafdiagrammen vertegenwoordigen de staven de gemiddelde waarden en de foutenbalken de standaardfout van het gemiddelde (SEM). Kwantitatieve vergelijkingen tussen de Sham- en AWI-groepen in panelen C, E–H, J en L werden uitgevoerd met een ongepaarde tweezijdige Student's t-toets. Kwantitatieve gegevens zijn afkomstig van de Sham- en AWI-groepen (n = 6 per groep), behalve voor de piektransvalvulaire snelheid in paneel E, die werd gemeten bij alle overlevende AWI-muizen en Sham-controles (n = 19 AWI, n = 6 Sham). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Aanvullende video 1: Color Doppler-echocardiografische visualisatie van de transvalvulaire bloedstroom tijdens de positionering van de geleidingsdraad. De video demonstreert real-time Color Doppler-beeldvorming op het niveau van de aortaklep tijdens de AWI-procedure, waarbij gelokaliseerde turbulente stroom zichtbaar is, veroorzaakt door de positionering van de geleidedraad door de klepbladen. Klik hier om dit bestand te downloaden.