Opracowanie platformy drukowanej w technologii 3D do kontroli krwotoków
Aby zapobiec krwawieniu okołoperacyjnemu – głównej przyczynie zachorowalności i śmiertelności w konwencjonalnym modelu AVS indukowanym przez drut prowadzący – zaprojektowano wydrukowaną w technologii 3D platformę wsparcia naczyniowego (Rysunek 1). Platformę wykonano metodą stereolitografii (SLA) z biokompatybilnej żywicy fotopolimerowej (zgodnej z normami USP Class VI / ISO 10993), o grubości strukturalnej 1,07 mm. Po wydrukowaniu części zostały przemyte alkoholem izopropylowym w celu usunięcia nieutwardzonej żywicy, a następnie utwardzone pod wpływem światła ultrafioletowego. Udostępniono kompletny plik projektowy (.stp), aby platformę można było odtworzyć na standardowych systemach SLA. Platforma posiada odwróconą w kształcie litery V powierzchnię wierzchołkową z kątem wierzchołkowym 120° (Rysunek 1A–B), która dopasowuje się do krzywizny wyizolowanej prawej wspólnej tętnicy szyjnej, nie powodując nadmiernej kompresji ściany. Liczne schodkowe wcięcia boczne (Rysunek 1C–D) pozwalają operatorowi na zahaczenie o wcześniej umieszczone szwy i przyłożenie regulowanego napięcia wzdłużnego do naczynia. Napięcie zwiększa się stopniowo do momentu, aż pulsacja tętnicza przestanie być widoczna – jest to punkt końcowy, który wskazuje na uzyskanie odpowiedniej tymczasowej hemostazy. Takie podejście zapewnia stabilne pole operacyjne do arteriotomii i wprowadzenia drutu prowadzącego, unikając jednocześnie nadmiernego zmiażdżenia ściany naczyniowej.
Śródoperacyjne potwierdzenie ułożenia drutu prowadzącego
Poprawność umieszczenia drutu prowadzącego weryfikowano na dwóch etapach procedury. Po pierwsze, pod bezpośrednią wizualizacją stereomikroskopową obserwowano wprowadzanie drutu prowadzącego do światła RCCA przez poprzeczną arteriotomię w kierunku wstecznym (Rysunek 2A). Po drugie, obrazowanie echokardiograficzne w czasie rzeczywistym potwierdziło, że końcówka drutu prowadzącego przeszła przez zastawkę aortalną i wniknęła do lewej komory. Obrazowanie w trybie B zidentyfikowało drut prowadzący jako hiperechogenny artefakt liniowy przecinający płaszczyznę zastawki aortalnej (Rysunek 2B). Obrazowanie kolorowym Dopplerem wykazało miejscowy przepływ turbulentny na poziomie zastawki aortalnej, co stanowiło dodatkowe potwierdzenie pozycji drutu prowadzącego pomiędzy płatkami zastawki (Rysunek 2C; Wideo uzupełniające 1).
Przeżywalność okołooperacyjna i wskaźnik sukcesu modelu
Integracja platformy z regulowanym naciągiem z przebiegiem operacyjnym zaowocowała wysoką wczesną przeżywalnością. Analiza Kaplana-Meiera wykazała 95% przeżywalność w 24 h po operacji (19 z 20 myszy; Rycina 3A). Badanie pośmiertne jedynego osobnika, który nie przeżył, nie wykazało oznak masywnego krwotoku, uszkodzeń strukturalnych ani niedokrwienia mięśnia sercowego, co sugeruje, że zgon był wynikiem powikłań związanych z anestezją, a nie urazu chirurgicznego. Sukces modelu w 4. tygodniu oceniano na podstawie zdefiniowanego kryterium: maksymalna prędkość przepływu przez zastawkę przekraczająca 2,000 mm/s, wraz z potwierdzającymi znaleziskami histologicznymi. spośród 19 przeżywających zwierząt, 18 (94,7%) spełniło ten próg, co dało całkowity wskaźnik sukcesu modelu na poziomie 90% w całej kohorcie (18 z 20 myszy; Rycina 3B). Wyniki były porównywalne pomiędzy płciami: przeżywalność po 24 h wyniosła 9 z 10 u samców i 10 z 10 u samic, a wskaźnik sukcesu modelu w 4. tygodniu wyniósł 9 z 10 (90%) w obu płciach; jedyny zgon okołooperacyjny dotyczył samca (związany z anestezją), a jedyny przypadek niepowodzenia modelu dotyczył przeżywającej samicy.
Echokardiograficzne potwierdzenie stenozy aorty
Echokardiografia przezklatkowa przeprowadzona 4 tygodnie po operacji potwierdziła zmiany hemodynamiczne odpowiadające ciężkiej stenozie aorty w grupie AWI. Ilościowe wartości echokardiograficzne przedstawiono jako średnią ± błąd standardowy średniej (SEM); parametry czynnościowe i przebudowy lewej komory analizowano u 6 myszy z grupy Sham i 6 myszy z grupy AWI, natomiast szczytową prędkość przezstworkową zmierzono u wszystkich przeżyjących myszy AWI oraz kontroli Sham (n = 19 AWI, n = 6 Sham). Frakcja wyrzutowa lewej komory była nieco niższa w grupie AWI niż w kontroli Sham w 4. tygodniu (56,21 ± 1,15% vs. 61,57 ± 2,12%; p = 0,0503; Rycina 3C), jednak różnica ta nie osiągnęła istotności statystycznej. Zapisy dopplerowskie w trybie impulsowym wykazały wyraźny wzrost prędkości strumienia przezstworkowego w grupie AWI, która osiągnęła 2740,89 ± 104,10 mm/s, w porównaniu z 988,00 ± 126,24 mm/s w grupie kontrolnej Sham (Rycina 3D). Analiza ilościowa potwierdziła wysoce istotny wzrost szczytowej prędkości strumienia przezstworkowego w grupie AWI w stosunku do kontroli Sham (p < 0,0001; Rycina 3E). Zgodnie z wczesną fazą adaptacji do przeciążenia ciśnieniowego, w grupie AWI wystąpiła koncentryczna przebudowa lewej komory: grubość przedniej ściany w rozkurczu była istotnie zwiększona (LVAWd 1,14 ± 0,02 vs. 0,96 ± 0,03 mm; p = 0,0016; Rycina 3F), natomiast grubość tylnej ściany w rozkurczu oraz masa lewej komory były wyższe, lecz nie osiągnęły istotności statystycznej (LVPWd 1,01 ± 0,12 vs. 0,76 ± 0,02 mm, p = 0,0650, Rycina 3G; masa LV 124,51 ± 10,63 vs. 104,47 ± 2,45 mg, p = 0,0961, Rycina 3H).
Walidacja histopatologiczna przebudowy i zwapnienia zastawek
Badanie histologiczne korzeni aorty potwierdziło wyniki echokardiograficzne. Ilościowe wartości histologiczne przedstawiono jako średnią ± SEM i przeanalizowano u 6 myszy w grupie Sham oraz 6 myszy w grupie AWI. Barwienie H&E w grupie AWI wykazało wyraźne pogrubienie płatków oraz dezorganizację strukturalną, cechy te nie wystąpiły w grupie kontrolnej Sham (Rycyna 3I). Morfometria ilościowa potwierdziła istotny wzrost średniej grubości płatków zastawki w grupie AWI w porównaniu z grupą Sham (p < 0,0001; Rycina 3J). Barwienie metodą von Kossa wykazało rozległe zwapnienia dystroficzne w pogrubiałych płatkach zastawek w grupie AWI, zidentyfikowane jako ciemnobrązowe do czarnych złogi mineralne. W grupie kontrolnej Sham odnotowano śladowe osadzanie minerałów (Rycina 3K). Ilościowa analiza obrazu wykazała istotny wzrost całkowitej powierzchni zwapnień (µm2) w grupie AWI w stosunku do grupy kontrolnej Sham (p < 0,0001; Rycina 3L).

Rycina 1: Konstrukcja wydrukowanej w technologii 3D platformy wspierającej naczynia przedstawiona w czterech rzutach. (A>) Widok skośny z przodu-lewej strony. (B>) Widok skośny z tyłu-prawej strony. (C>) Widok profilu bocznego ogólnej geometrii podłużnej platformy. (D>) Widok pod kątem z wyróżnionym obszarem wierzchołka w kształcie odwróconej litery V. Opisy komponentów: 110, korpus platformy; 120, ramiona boczne; 121, schodkowe wcięcia boczne; 130, koniec roboczy; 140, wierzchołek wprowadzenia w kształcie odwróconej litery V; 150, powierzchnia wspierająca kontaktująca się z naczyniem; 160, zbocze przejściowe między sąsiednimi wcięciami; 190, prawa tętnica szyjna wspólna (RCCA). Platforma jest wykonana z biokompatybilnej żywicy fotopolimerowej (grubość strukturalna: 1,07 mm). Rysunek strukturalny 3D został wygenerowany przez autorów z oryginalnego pliku projektowego CAD (.stp) platformy wspierającej naczynia przy użyciu FreeCAD, bezpłatnego oprogramowania do wizualizacji i modelowania CAD o otwartym kodzie źródłowym. Nie adaptowano żadnych publikacji stron trzecich ani rysunków objętych prawem autorskim. Oryginalny plik projektowy CAD jest dostępny jako plik uzupełniający. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Intraoperacyjne i echokardiograficzne potwierdzenie ułożenia drutu prowadzącego. (A) Fotografia intraoperacyjna przedstawiająca wsteczne wprowadzenie drutu prowadzącego (strzałka) przez poprzeczną arteriotomię do światła prawej tętnicy szyjnej wspólnej (RCCA) pod bezpośrednią wizualizacją stereomikroskopową. (B) Obraz echokardiograficzny w trybie B przedstawiający drut prowadzący (zidentyfikowany jako hiperechogenny artefakt liniowy; strzałka) przechodzący przez zastawkę aortalną i wchodzący do lewej komory. (C) Obraz echokardiograficzny z kolorowym dopplerem wykazujący zlokalizowany przepływ turbulentny na poziomie zastawki aortalnej, co potwierdza ułożenie drutu prowadzącego przez płatki zastawki. Wizualizacja przepływu przez zastawki w czasie rzeczywistym za pomocą kolorowego dopplera podczas pozycjonowania drutu prowadzącego jest pokazana w Supplementary Video 1. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rycina 3: Przeżywalność, wyniki hemodynamiczne, przebudowa komory oraz wyniki histopatologiczne w zoptymalizowanym modelu uszkodzenia aorty drutem (AWI). (A) Krzywa przeżycia Kaplana-Meiera po 24 h dla myszy AWI (n = 20). (B) Odsetek sukcesów (czerwony) w stosunku do niepowodzeń (czarny) w grupie AWI po 4 tygodniach (n = 20); za sukces uznano maksymalną prędkość przez zastawkową > 2,000 mm/s. (C) Frakcja wyrzutowa (EF; p = 0.0503). (D) Reprezentatywne echokardiogramy Dopplera falowego (PW) z myszy z grupy Sham (lewo) i AWI (prawo). (E) Maksymalna prędkość przez zastawkową (n = 19 AWI, n = 6 Sham; p < 0.0001). (F) Grubość przedniej ściany lewej komory w rozkurczu (LVAWd; p = 0.0016). (G) Grubość tylnej ściany lewej komory w rozkurczu (LVPWd; p = 0.0650). (H) Masa lewej komory (p = 0.0961). (I) Reprezentatywne przekroje pierścienia aorty barwione HE (Sham, lewo; AWI, prawo). (J) Grubość płatków zastawki aortalnej (p < 0.0001). (K) Reprezentatywne przekroje pierścienia aorty barwione metodą Von Kossa (Sham, lewo; AWI, prawo). (L) Całkowita powierzchnia złogów wapnia (µm2; p < 0.0001). Paski skali = 500 µm. Na wszystkich ilościowych wykresach słupkowych słupki reprezentują wartości średnie, a słupki błędów reprezentują błąd standardowy średniej (SEM). Porównania ilościowe między grupami Sham i AWI w panelach C, E–H, J oraz L przeprowadzono za pomocą nieparzystego dwustronnego testu t Studenta. Dane ilościowe pochodzą z grup Sham i AWI (n = 6 na grupę), z wyjątkiem maksymalnej prędkości przez zastawkowej w panelu E, która była mierzona u wszystkich przeżyłych myszy AWI oraz kontroli Sham (n = 19 AWI, n = 6 Sham). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Film uzupełniający 1: Wizualizacja przepływu krwi przez zastawkę w kolorowym Dopplerze echokardiograficznym podczas pozycjonowania drutu prowadzącego. Film przedstawia obrazowanie w kolorowym Dopplerze w czasie rzeczywistym na poziomie zastawki aortalnej podczas procedury AWI, ukazując miejscowy przepływ turbulentny wywołany pozycjonowaniem drutu prowadzącego przez płatki zastawki. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.