Model świni ex vivo do badań hydrodynamicznych eksperymentalnych procedur zastawki aortalnej i nowatorskich urządzeń medycznych
25 sierpnia 2023
Przedstawiamy metodę montażu zaworu aortalnego świni na powielaczu impulsów w celu przetestowania jego właściwości hydrodynamicznych. Metoda ta może być stosowana do określania zmiany hydrodynamiki po zastosowaniu procedury eksperymentalnej lub nowatorskiego wyrobu medycznego przed użyciem w dużym modelu zwierzęcym.
Istnieją ograniczone możliwości testowania nowych procedur kardiologicznych i badawczych urządzeń medycznych przed użyciem w modelu na dużych zwierzętach. Nasz protokół daje możliwość dopracowania takich procedur i urządzeń w kontekście istotnym z biologicznego i anatomicznego punktu widzenia przed rozpoczęciem badań na dużych zwierzętach. Inne techniki montażu zastawki aortalnej na powielaczu impulsowym wymagają włożenia lub zamocowania sztywnej konstrukcji do pierścienia zastawki aortalnej, co zniekształca właściwości hydrodynamiczne zastawki.
Nasz protokół oferuje innowacyjny sposób kaniulacji LVOT tak, aby wszystkie zmierzone właściwości hydrodynamiczne były prawidłowe. Metoda ta ma na celu ocenę przydatności materiałów zastępczych ulotek do stosowania jako łatka naprawcza lub proteza zastawki. Jest to kluczowe narzędzie dla naszych przyszłych badań, w których opracowujemy biomimetyczne materiały polimerowe do stosowania jako trwałe substytuty zaworów o właściwościach mechanicznych i hydrodynamicznych podobnych do tkanek natywnych.
Na początek pobierz świeżą próbkę serca świni po kardiektomii. Wyciąć tętnicę płucną z aorty nożyczkami Metzenbauma, aż do wyświetlenia tkanki komorowej. Następnie należy wypreparować prawą i lewą tętnicę wieńcową i podwiązać je za pomocą jedwabnych opasek u ich początku od zatok aortalnych, nie zwężając zatok
.Przeciąć tętnice wieńcowe dystalnie do jedwabnych krawatów. Za pomocą nożyczek Metzenbauma naciąć prawą komorę między aortą a tętnicą płucną u podstawy zastawki płucnej. Zaczynając od przodu, kontynuuj nacięcie obwodowo wzdłuż przegrody śródkomorowej, aby usunąć ścianę wolną od prawej komory.
Kontynuuj nacięcie z tyłu przez pierścień zastawki trójdzielnej wzdłuż przegrody międzyprzedsionkowej, aby usunąć całą prawą tkankę przedsionkową. Następnie za pomocą nożyczek Metzenbauma naciąć lewy przedsionek przez ujście prawej żyły płucnej równolegle do aorty. Kontynuuj to nacięcie w kierunku spoidła przednio-bocznego zastawki mitralnej.
Przyciąć nadmiar lewej tkanki przedsionka, zachowując obwodowo trzymilimetrowy mankiet tkanki przedsionkowej na aorcie i pierścień zastawki mitralnej. Teraz przedłuż nacięcie na lewej komorze przez spoidło przednio-boczne zastawki mitralnej, nie uszkadzając mięśnia brodawkowatego przednio-bocznego. Podziel struny ścięgniste od mięśnia brodawkowatego przednio-bocznego do tylnej płatka zastawki mitralnej, zachowując przyczepy do przedniej płatka zastawki mitralnej.
Przedłuż nacięcie do wierzchołka serca. Przytnij nadmiar tkanki lewej komory poniżej mięśni brodawkowatych, zachowując oba mięśnie brodawkowate. Po przygotowaniu drogi odpływu lewej komory lub LVOT należy odciąć nadmiar tkanki limfatycznej, łącznej lub tętnicy płucnej z aorty.
Za pomocą nożyczek Metzenbauma naciąć górną część łuku aorty od aorty zstępującej do lewej tętnicy podobojczykowej. Kontynuuj nacięcie na górnej części łuku aorty od lewej tętnicy podobojczykowej do pnia ramienno-głowowego. Aby kaniulować LVOT, włóż oprawę do LVOT pod przednią ulotką zastawki mitralnej.
Owiń lewą ścianę wolną od komory wokół urządzenia i przytnij nadmiar tkanki, aby utrzymać szczelne owinięcie wokół urządzenia. Następnie usuń połowę grubości ściany wolnej od lewej komory, zaczynając od przegrody międzykomorowej. Przyciąć jeden centymetr tkanki z górnego rogu owijki ściennej wolnej od lewej komory.
Umieść oprawę w LVOT tak, aby otwór mocujący pręt nośny znajdował się jeden centymetr za nacięciem lewej komory. Za pomocą jednej lub dwóch sześciocalowych opasek zaciskowych przymocuj przednią ulotkę zastawki mitralnej do uchwytu umieszczonego między ścięgnami struny ulotki. Następnie za pomocą igły stożkowej zszyj mankiet lewej tkanki przedsionka na aorcie do pierścienia zastawki mitralnej.
Kontynuuj ścieg biegowy na lewej komorze bez rozrywania tkanki. Za pomocą rozszerzaczy Hagar zmierz średnicę zastawki aortalnej. Następnie podnieś próbkę, chwytając aortę, aby określić neutralną pozycję aorty.
Włóż powielacz impulsów lub przyrząd do PD do aorty, upewniając się, że otwory mocujące pręt są wyrównane z neutralnym położeniem aorty. Sprawdź długość próbki, wkładając pręty nośne do otworów mocujących. Za pomocą jednej lub dwóch sześciocalowych opasek zaciskowych przymocuj oprawę PD do aorty.
Następnie, za pomocą dostarczonych z zestawem PD, zamocuj pręty nośne na miejscu. Następnie zabezpiecz LVOT wokół oprawy PD za pomocą jednej lub dwóch ośmiocalowych opasek zaciskowych. Umieść próbkę w PD i rozpocznij badanie hydrodynamiczne.
Wartości do badań hydrodynamicznych natywnej zastawki aortalnej mieściły się w normalnym zakresie ze średnią frakcją niedomykalności wynoszącą 5,74%Wartości badań hydrodynamicznych nie wykazały istotnych różnic między próbkami utrwalonymi formaliną a próbkami utrwalonymi aldehydem glutarowym. Po zabiegu Ozakiego wartości uzyskane za pomocą materiału łatki kontrolnej sugerowały spójne wyniki wymiany zaworów.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nową metodę montażu świńskiej zastawki aortalnej w duplikatorze tętna, umożliwiającą ocenę jej właściwości hydrodynamicznych. Technika ta pozwala na ewaluację zmian w hydrodynamice po procedurach eksperymentalnych lub przed testami nowych urządzeń medycznych na dużych zwierzętach.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Badania układu sercowo-naczyniowego
- Testowanie wyrobów medycznych
- Hydrodynamika
Wprowadzenie
- Przed zastosowaniem modeli na dużych zwierzętach możliwości testowania procedur kardiologicznych są ograniczone.
- Obecne metody mogą zaburzać właściwości hemodynamiczne zastawek.
- W celu przeprowadzenia dokładnych ocen konieczne są innowacyjne techniki kaniulacji.
- Badania koncentrują się na opracowywaniu materiałów biomimetycznych do produkcji zamienników zastawek.
Cel badania
- Zapewnienie niezawodnej metody badania hemodynamiki zastawki aorty.
- Ocena przydatności materiałów do naprawy zastawki lub protez.
- Udoskonalenie urządzeń medycznych w odpowiednim kontekście biologicznym.
Zastosowane metody
- Montaż zastawki aorty świni w duplikatorze tętna.
- Ocena właściwości hydrodynamicznych bez deformowania zastawki.
- Ocena materiałów do zastępowania płatków w naprawie zastawki.
- Wykorzystanie biomimetycznych materiałów polimerowych w badaniach.
Główne wyniki
- Metoda ta pozwala zachować właściwości hemodynamiczne zastawki aortalnej.
- Umożliwia ona dokładny pomiar zmian hemodynamicznych.
- Ułatwia opracowanie trwałych zamienników zastawek.
- Stanowi podstawę dla przyszłych badań na dużych zwierzętach.
Wnioski
- Proponowana metoda stanowi kluczowe narzędzie w badaniach kardiologicznych.
- Usprawnia ona testowanie nowych urządzeń i procedur medycznych.
- Podejście to może prowadzić do poprawy wyników w zakresie naprawy zastawek oraz protetyki.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Przedkliniczny rozwój urządzeń i procedur kardiologicznych napotyka krytyczną lukę między inżynierią laboratoryjną a walidacją na dużych zwierzętach, co często ogranicza pewność prognostyczną i zwiększa ryzyko biologiczne. Ta platforma do ex vivo testowania hydrodynamicznego zastawek świńskich umożliwia rygorystyczną, ilościową ocenę wpływu urządzeń i procedur w biologicznie istotnym systemie przed rozpoczęciem badań na zwierzętach. Podejście to wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka oraz selekcję projektów w ramach portfolio dla nowych interwencji w zastawce aortalnej i kandydatów na biomateriały.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju bifarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia walidację funkcjonalną nowych materiałów do naprawy zastawek oraz koncepcji urządzeń w kontekście anatomicznie istotnym.
- Wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka poprzez ilościowe określenie parametrów hydrodynamicznych przed i po interwencji.
- Ułatwia porównawczą ocenę potencjalnych materiałów lub technik w odniesieniu do punktów odniesienia dla zastawek natywnych.
Przesiewy i opracowanie analizy
- Zapewnia zestandaryzowaną, powtarzalną platformę do opracowywania testów hydrodynamicznych i przesiewu urządzeń.
- Generuje ilościowe wyniki, takie jak frakcja cofania krwi i parametry przepływu, umożliwiając obiektywne porównanie.
- Umożliwia iteracyjną optymalizację prototypów urządzeń i przebiegu procedur przed badaniami in vivo.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie oceny urządzeń i biomateriałów w fazie przedklinicznej do parametrów anatomicznych i fizjologicznych istotnych dla danej choroby.
- Zapewnia ciągłość procesu, od wyboru materiałów na etapie odkrycia po przedkliniczną walidację wydajności funkcjonalnej.
- Zmniejsza ryzyko niepowodzenia na późnych etapach dzięki identyfikacji nieoptymalnych kandydatów przed rozpoczęciem testów na zwierzętach.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta metoda testów hydrodynamicznych ex vivo stanowi pomost pomiędzy wczesnym etapem odkryć a walidacją przedkliniczną, zapewniając krytyczny etap procesu roboczego pomiędzy inżynierią laboratoryjną a badaniami na dużych zwierzętach.
- Biologia odkrywcza (Discovery Biology): Ilościowe określanie wpływu procedur eksperymentalnych lub materiałów na funkcję zastawki, co wspiera walidację celów w oparciu o postawione hipotezy.
- Przesiewy (Screening): Dostarczanie powtarzalnych, ilościowych danych hydrodynamicznych w celu optymalizacji wyboru i selekcji kandydatów.
- Analityka: Umożliwienie statystycznego porównania wydajności zastawki przed i po interwencji z wykorzystaniem znormalizowanych wskaźników.
- Badania translacyjne: Zapewnienie, że kandydowani urządzenia i materiały spełniają fizjologiczne progi wydajności przed przejściem do modeli zwierzęcych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Stworzenie platformy wielokrotnego użytku dla ciągłych innowacji w zakresie urządzeń, biomateriałów i procedur w ramach portfeli badawczo-rozwojowych w dziedzinie układu sercowo-naczyniowego.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w ocenie urządzeń i biomateriałów.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje testy przedkliniczne, poprawiając powtarzalność i skalowalność w ramach projektów.
- Wartość strategiczna: Umożliwia wcześniejsze podejmowanie decyzji typu go/no-go, optymalizując alokację zasobów i zmniejszając odsetek niepowodzeń na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów o wysokim stopniu pewności.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna z zakresu anatomii serca, sekcji chirurgicznej oraz pomiarów hydrodynamicznych.
- Konieczny jest dostęp do instrumentarium duplikatora tętna oraz infrastruktury analitycznej do ilościowych odczytów.
- Wymagana jest standaryzacja protokołów przygotowania preparatów i analizy danych pomiędzy zespołami.
- Możliżna jest konieczność adaptacji metody dla różnych typów zastawek lub klas urządzeń.
- Kluczowe jest użycie świeżej tkanki, ponieważ utrwalenie zmienia właściwości hydrodynamiczne i może zafałszować wyniki.
