Protocol voor Relatieve Hydrodynamische Beoordeling van Tri-folder Polymer Valves
17 oktober 2013
Is er hernieuwde belangstelling voor het ontwikkelen polymeer kleppen. Hier, de doelstellingen zijn om de haalbaarheid van het wijzigen van een commerciële impuls duplicator aan tri-folder geometrieën tegemoet en een protocol te definiëren polymeer ventiel hydrodynamische gegevens te presenteren in vergelijking met autochtone en kunstklep data onder bijna-identieke omstandigheden verzameld demonstreren.
Het algemene doel van het volgende experiment is om aan te tonen hoe een commercieel verkrijgbare in vitro pulsduplicator kan worden aangepast voor opkomende tri-kleppige, polymeerhartklepprothesen en om de hydrodynamische metrische gegevens van de assemblage te evalueren. Dit wordt bereikt door een buis en klephouder te assembleren om een tri-kleppige klepconfiguratie in de pulsduplicator te accommoderen. Als tweede stap worden polymeerkleppen op hun plaats genaaid en getest om hun hydrodynamische metrische gegevens te meten. Ook worden inheemse varkenskleppen en mechanische hartkleppen getest om wijzigingen in het hardwareontwerp van de synthetische klep te valideren.
De resultaten tonen aan dat het gemodificeerde pulsduplicatorsysteem kan worden gebruikt om polymeerkleppen te evalueren met inheemse varkens- en mechanische klephydrodynamica, waardoor inzichten worden geboden in de functionele aspecten van het ontwerp van polymeerkleppen. Over het algemeen raken individuen die nieuw zijn in deze methode in de war omdat de technieken vervelend zijn en er veel concepten met betrekking tot hydrodynamische metrische gegevens zijn die nodig zijn voor een grondige evaluatie van klepprothesen en die niet typisch worden onderwezen in een traditioneel ingenieursopleidingscurriculum. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar de functionele ontwikkeling van opkomende hartklepprothesentechnologieën, omdat hydrodynamische beoordeling inzichten biedt over hoe de ontwerpkenmerken van de prothetische hartklep verder kunnen worden verbeterd. Samen met Manuel.
Hem bijstaan. In deze demonstratie zal Carl Lande bro, een bachelorstudent in mijn laboratorium, assisteren. Dit protocol begint met de fabricage van de assemblage.
Dit omvat een klephouder die wordt gebruikt om de klepbladen in te naaien, een buis die de klephouder en omliggende accessoires huisvest die de assemblage op het pulsduplicatorsysteem bevestigen. Een commercieel verkrijgbaar pulsduplicatorsysteem is ook vereist. Voordat het systeem voor het eerst wordt gebruikt, moet de hele lus worden voorbereid. Reinig het lussysteem met zeep en water.
Vervang tijdens dit proces eventueel afgebroken buizen. Kalibreren vervolgens de instrumenten die op de lus zijn aangesloten, namelijk de pomp, de stroomsonde en de druktransmitters. De kalibratie begint met een 1% saline-oplossing, gevolgd door een bloedanaloge glycerine-oplossing.
Kalibreer deze meestal voor metingen op atrium-, aorta- en ventrikellocaties. Na kalibratie, ga door met het voorbereiden van de kleppen. Verkrijg vier verse varkensharten met de aorta intact van A-U-S-D-A goedgekeurde slachthuis.
Pak een hart uit en spoel het af met gedeïoniseerd water en plaats het in een receptak gevuld met 1% antimycotisch antibioticum in PBS op ijs. Vervoer het naar het hydrodynamische testlaboratorium. Plaats een van de harten in een dissectiepan en verwijder voorzichtig het pericardium.
Bekijk de ventrale kant, inspecteer de vier kamers en lokaliseer de aortaboog op de intacte aorta. Scheid vervolgens het hart in twee helften. Snijd horizontaal drie vierde van een inch onder de annulus op de overgang tussen de aorta en de linkerventrikel en isoleer de intacte aorta die is bevestigd aan het linkerventrikelweefselsegment.
Onderzoek de aortaklep die zich in de aortawortel bevindt op schade of verkalking. Dit is het gebied tussen de opgaande aorta en de onderste annulus. Als het er goed uitziet, splitst u de aorta ongeveer een inch boven de annulus, anders gooit u het weefsel weg.
Scheid vervolgens het linkerventrikelweefselsegment onder de annulus om de aortaklep te isoleren met de geïsoleerde klep. Ga door met het naaien om een klep aan de houder te bevestigen. Plaats het eerst in de klephouder.
Lign de basis van de klep met de basis van de posthouder. Bevestig vervolgens de klep tijdelijk met een paperclip. Wees voorzichtig om de commissura of de cusps niet te beschadigen.
Plaats nu het naaien aan de onderkant van de klephouder. Leid de naald door het eerste gat en naar de onderkant. Naai vervolgens in een lusvormige stijl de klep aan de klephouder langs de posts.
Ga door met het naaien langs de omtrek van de houder. Voltooi het naaien met een extra naad rond de uiteinden van de posts voor extra beveiliging. Eenmaal genaaid, bevestigt u de klep aan alle posts.
Verwijder de paperclip in deze demonstratie. Een vi vitro pulsduplicatorsysteem wordt gebruikt. De stappen zullen anders zijn met andere systemen.
Begin de evaluatie door de hartslag van het systeem in te stellen op 70 slagen per minuut. Selecteer vervolgens een stroomsignaal om de pomp aan te drijven, wat in dit geval het S 35-signaal is. Schakel nu de versterker en de zuigerpomp in en laat ze 15 minuten opwarmen.
Bij het testen van een bi-kleppige klep, plaats deze in het systeem in de aortapositie voor een genaaide klep. Plaats het eerst in de glazen buis voor de op maat gemaakte assemblage door de buis te schuiven tussen de bovenste en onderste stukken en zet ze vast met zijschroeven. We hebben net de polymeerklep geïnsert.
Dit is dezelfde procedure die we gebruiken om de inheemse klep in te brengen. Plaats vervolgens de assemblage tussen de aortakamer en de originele aortaklephouder met de klep op positie, smeer vacuümvet op alle verbindingen die kunnen lekken. Voeg vervolgens twee liter 35% glycerine in saline toe aan het atriale compartiment.
Nu het systeem gevuld is, is de belangrijkste stap om ervoor te zorgen dat alle componenten goed gekalibreerd zijn. Twee mensen werken samen om het systeem op te zetten. Zorg er nu voor dat de stroomsonde is ingesteld op de aortapositie en schakel hem in met behulp van de instructies onder het kalibreertab in de software, kalibreer de pomp en vervolgens de stroomsonde en vervolgens de druktransmitters.
Zodra de kalibraties zijn voltooid, start u de pomp op een lage RPM totdat de vloeistof het aortacompartiment vult. Controleer op lekken en verzegel ze met extra vacuümvet. Draai de twee stopcocks naar de open positie.
Dit zijn de aorta- en ventrikeltransducers. Verhoog de RPM van de pomp totdat het slagvolume 80 milliliter per slag bereikt. Laat het systeem 10
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie demonstreert de haalbaarheid van het aanpassen van een commerciële pulsdubbeuator om geschikt te maken voor driebladige polymere hartkleppen. Daarnaast wordt er een protocol gedefinieerd voor het evalueren van hydrodynamische parameters van deze kleppen in vergelijking met natuurlijke en mechanische kleppen.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Biomedische Techniek
- Cardiovasculaire Hulpmiddelen
- Hydrodynamica
Achtergrond
- Opkomende technologieën voor polymere hartkleppen vereisen een grondige evaluatie.
- Hydrodynamische parameters zijn essentieel voor het beoordelen van de prestaties van de klep.
- Bestaande methoden dekken mogelijk niet voldoende de betrokken complexiteiten.
- Inzicht in deze parameters kan leiden tot verbeterde ontwerpen van prothesen.
Doel van de studie
- Om een pulsduplicator aan te passen voor het testen van driebladige kleppen.
- Om een protocol op te stellen voor hydrodynamische beoordeling.
- Om polymeerkleppen te vergelijken met hun natuurlijke en mechanische tegenhangers.
Gebruikte methoden
- Assemblage van een klephouder en buis voor een driebladige configuratie.
- Hechten van polymeerkleppen en voorbereiding op hydrodynamische testen.
- Kalibratie van het pulsduplicatorsysteem met zoutoplossingen en glycerine-oplossingen.
- Testen van natuurlijke varkenskleppen en mechanische kleppen voor validatie.
Belangrijkste Resultaten
- De gemodificeerde polsduplicator evalueert effectief de hydrodynamica van polymeerkleppen.
- De verkregen inzichten kunnen toekomstige ontwerpen van polymeerkleppen informeren.
- Uitdagingen in de methodologie benadrukken de noodzaak van gespecialiseerde training.
- De studie biedt een basis voor verder onderzoek naar klepprothesen.
Conclusies
- Hydrodynamische beoordeling is essentieel voor de ontwikkeling van polymeerkleppen.
- Gemodificeerde systemen kunnen gaten in de huidige evaluatietechnieken overbruggen.
- Toekomstig werk moet zich richten op het verfijnen van deze methoden voor bredere toepassing.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Dit protocol maakt een hydrodynamische beoordeling in een vroeg stadium mogelijk van driebladige polymere hartkleppen met behulp van een aangepaste commerciële pulsdublicator, waardoor objectieve functionele gegevens worden verkregen ter ondersteuning van ontwerpiteraties. Door een directe vergelijking met native en mechanische kleppen onder identieke omstandigheden mogelijk te maken, wordt de meetvariabiliteit verminderd en wordt mechanische risicoreductie ondersteund bij de ontwikkeling van cardiovasculaire hulpmiddelen. De benadering biedt een schaalbaar, reproduceerbaar platform voor het evalueren van opkomende klepprostheses tijdens de ontdekkings- en preklinische fasen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van hypothesen over klepontwerpen mogelijk via kwantitatieve hydrodynamische metrieken onder fysiologisch relevante stroomcondities.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerd systeem voor functionele beoordeling dat de variabiliteit tussen testruns en operatortechnieken vermindert.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert reproduceerbare, kwantitatieve resultaten zoals drukval, debiet en regurgitatievolume voor vergelijkende klepscreening.
- Operationele waarde: Ondersteunt de gereedheid van assays door een commercieel systeem aan te passen voor flexibele drieblattige geometrieën, waardoor hergebruik van het platform mogelijk wordt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert translationele continuïteit door een zij-aan-zij evaluatie van polymeerkleppen mogelijk te maken tegenover native porcine en mechanische benchmarks.
- Operationele waarde: Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling mogelijk door vroeg in de ontwerpcyclus objectieve hydrodynamische prestatiegegevens te verschaffen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert in het ontdekkingscontinuüm door hypothesegedreven evaluatie van het ontwerp te ondersteunen, kwantitatieve screening van klepprototypes mogelijk te maken en preklinische validatie te informeren via gebenchmarkte hydrodynamische profilering.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetests en biologisch risicobeheer door de functionele prestaties van klepontwerpen te meten in een gecontroleerde omgeving met pulserende stroming.
- Screening: Zorgt voor standaardisatie van assays en kwantitatieve hydrodynamische output, waardoor een objectieve vergelijking tussen verschillende iteraties van de klep mogelijk is.
- Analytics: Levert meetbare resultaten voor comparatieve analyse, waaronder drukval bij voorwaartse stroming, de root-mean-square stromingssnelheid van de aortawortel, sluitingsdynamiek, lekkage en energieverlies.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt discovery-onderzoek met preklinisch werk door validatie mogelijk te maken tegenover native kleppen en gouden-standaard mechanische kleppen onder identieke testcondities.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare hydrodynamische testcapaciteit die kan worden toegepast op meerdere campagnes voor klepontwerp zonder dat daarvoor de ontwikkeling van een op maat gemaakt systeem vereist is.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in het ontwerp van kleppen door objectieve, vergelijkbare hydrodynamische gegevens over verschillende kleptypes te leveren.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie via een aangepast commercieel systeem met gedefinieerde kalibratie- en voorbereidingsstappen.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go beslissingen door biologische risico's in een laat stadium te verminderen door vroege functionele risicoreductie van polymere klepprototypes.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van klepontwerpen mogelijk op basis van kwantificeerbare hydrodynamische prestaties ten opzichte van gevestigde benchmarks.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in cardiovasculaire hydrodynamica, klepheet-technieken en de bediening van een pulsdublicatiesysteem.
- Afhankelijk van de toegang tot een commercieel pulsdublicatiesysteem dat kan worden aangepast voor de accommodatie van driebladige kleppen.
- Vereist cross-team standaardisatie van de procedures voor klepvoorbereiding, hechting en systeemkalibratie.
- Omvat aanpassingen bij de toepassing van het protocol op verschillende polymeermaterialen, klepmaten of stroomcondities.
- Beperkt door de technische complexiteit van de opstelling en de noodzaak van gespecialiseerde training in de interpretatie van hydrodynamische metrieken.
