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Fabricação de calibre pequeno endopróteses Usando Electrospinning e balão expansíveis Bare Metal Stents

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DOI:

10.3791/54731

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26 de outubro de 2016

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1Division of Engineering, Mayo Clinic, 2Department of Cardiovascular Diseases, Mayo Clinic, 3Department of Cardioangiology, ICRC, St. Anne's University Hospital, 4Department of Vascular Surgery, Mayo Clinic, 5Department of Physiology and Biomedical Engineering, Mayo Clinic

Neste artigo

Resumo

No protocolo, apresentamos um método para fabricar um stent de pequeno calibre imprensando um stent expansível por balão entre duas camadas de poliuretano nanofibroso eletrofiado.

Resumo

As endopróteses são amplamente utilizadas para o tratamento de várias condições, como lesões aórticas, aneurismas, êmbolos devido a procedimentos de intervenção coronária e perfurações na vasculatura. Essas endopróteses são fabricadas cobrindo um stent com uma membrana de polímero. Um stent ideal deve ter um stent biocompatível coberto por uma membrana polimérica porosa, tromborresistente e biocompatível que mimetize a matriz extracelular, promovendo assim a cicatrização do local da lesão. O objetivo deste protocolo é fabricar um stent-enxerto de pequeno calibre, encapsulando um stent expansível por balão dentro de duas camadas de nanofibras de poliuretano eletrofiadas. A eletrofiação de poliuretano demonstrou auxiliar na cicatrização, imitando a matriz extracelular nativa, promovendo assim a endotelização. As nanofibras de poliuretano eletrogiratórias em um mandril de rotação lenta nos permitiram controlar com precisão a espessura da membrana nanofibrosa, o que é essencial para obter uma endoprótese expansível por balão de pequeno calibre. A validação mecânica por crimpagem e expansão da endoprótese mostrou que a membrana de poliuretano nanofibroso é suficientemente flexível para crimpagem e expansão, mantendo-se patente sem mostrar sinais de rasgo ou delaminação. Além disso, as endopróteses fabricadas usando os métodos descritos aqui podem ser implantadas usando um procedimento de intervenção coronária usando cateteres-guia de tamanho padrão.

Introdução

procedimentos de intervenção coronária causar lesões da parede do vaso significativa devido ao rompimento da parede da placa e navio. Isso resulta em restenose, embolia periférica em enxertos de veias, e descontinuidade de lúmen coronárias 1-4. Para evitar estas complicações, uma estratégia promissora será para cobrir a superfície vascular no local da angioplastia, o que potencialmente inibir a restenose, reduzir os riscos de descontinuidade do lúmen do vaso, e evitar embolia periférica. Estudos anteriores compararam stents metálicos para endopróteses com resultados positivos para endopróteses 5. Os pesquisadores utilizaram vários materiais para a fabricação de membranas para cobrir os stents. Isto inclui materiais sintéticos como tetraphthalate de polietileno (PET), politetrafluoroetileno (PTFE), poliuretano (PU), e silício ou tecido de vaso autólogo para a fabricação de próteses cobertas 6-9. Um material de enxerto ideal utilizada para cobrir a prótese endovascular deve ser tromboresistente, não biodegradable, e deve integrar-se com o tecido nativo sem proliferação excessiva e inflamação 10. O material de enxerto utilizada para cobrir a prótese endovascular também deve promover a cura do enxerto de stent.

Endopróteses são amplamente utilizados para o tratamento da CoAo, pseudo-aneurismas da artéria carótida, fístulas arteriovenosas, degenerou enxertos venosos, e grande para aneurismas cerebrais gigantes. Mas o desenvolvimento de calibre pequeno extensor-enxertos é limitada pela capacidade de manter baixo perfil e flexibilidade, o que ajuda na implementação dos stent-enxertos 11-14. PU é um polímero elastomérico com boa resistência mecânica, que é uma característica desejada para alcançar um perfil baixo e uma boa flexibilidade 15,16. Além de ter boa capacidade de entrega, endopróteses deve também promover a cura rápida e endotelização. PU coberto stent-enxertos demonstraram melhor biocompatibilidade e Endotelização 17 reforçada. Os investigadores têmanteriormente tentou endothelialize PU coberto endopróteses semeando-los com células endoteliais 17. Eletrofiação de PU para criar matriz de nanofibras foi demonstrado ser uma técnica valiosa para a produção de enxertos vasculares 18,19. A existência de nanofibras que imitam a arquitectura de matriz extracelular nativa é também conhecido para promover a proliferação de células endoteliais 20,21. Eletrofiação também permite o controlo sobre a espessura do material 22. enxertos vasculares de pequeno diâmetro feito de PU têm sido estudados para promover a cura, utilizando modificações, tais como revestimentos de superfície, anti-coagulantes, e inibidores de proliferação de células. Todas essas modificações são projetados para mediar a aceitação de acolhimento e promover a cura do enxerto 23.

O nosso grupo tem desenvolvido uma expansível nu metal stent balão, que pode ser implantado em modelos animais 24-26. A combinação de uma malha electrospun poliuretano e uma esferaoon stent expansível nos permitiu gerar pequeno balão calibre expansíveis endopróteses. A maioria das endopróteses disponíveis actualmente são introduzidos através da artéria femoral durante um procedimento intervencional, mas apenas alguns comerciais stents revestidos pode ser introduzido um tamanho French maior do que a requerida para um balão insuflado 27-un. Neste estudo, desenvolvemos um pequeno calibre vascular endoprótese através do encapsulamento de um stent balão expansível entre duas camadas de electrospun PU que podem ser entregues a uma artéria coronária usando um 8-9 cateter guia francês padrão em um procedimento intervencionista percutâneo.

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Protocolo

1. Electrospinning de poliuretano no Mandril Collector

  1. Prepare mandril para electrospinning
    1. Derreter aproximadamente 8 ml de biocompatível, de grau alimentar, material de suporte solúvel em água num cilindro graduado (aproximadamente 9 mm de diâmetro e 110 mm de profundidade) a 155 ° C utilizando um forno.
    2. Mergulhar um mandril 100 milímetros de comprimento em aço inoxidável de diâmetro 3 mm e para se obter um revestimento de material de suporte sobre a superfície do mandril. Antes da imersão, coloca os mandris no forno a 155 ° C durante aproximadamente 15 min para aumentar a temperatura da superfície do mandril, o que ajuda a molhar a superfície com o material de suporte fundida.
    3. Deixe o mandril mergulhados arrefecer até aproximadamente 140 ° C enquanto o material de suporte fundido solidifica formando um revestimento fino uniforme sobre a superfície do mandril. Durante o processo de resfriamento, pendurar o mandril verticalmente, de modo que a gravidade faz com que o excesso de material de apoio para escorrer. Este revestimento permite a fácila remoção do stent-enxerto acabado a partir do mandril.
  2. Configuração do colector mandril do sistema de electrospinning (como mostrado na Figura 1)
    1. Alinhar o misturador laboratorial horizontal e ligar uma haste de plástico que irá realizar o mandril de aço inoxidável na extremidade oposta no interior do exaustor de fumos.
    2. Dissolve-se o material de suporte a partir da ponta do mandril, submergindo apenas a ponta do mandril em água para acomodar a haste do suporte de plástico na extremidade do mandril. Apoiar a haste de suporte de plástico na extremidade livre do mandril para auxiliar na rotação uniforme do colector mandril.
    3. Use parafusos de ajuste nas hastes de suporte de plástico para proteger o mandril de aço inoxidável e não escorregar durante eletrofiação.
    4. Aterrar o coletor de mandril, anexando um fio terra em forma de U para o mandril de aço inoxidável. Use de borracha O-rings para segurar o fio de terra para os lados do mandril.
  3. Setting-se sistema de extrusão de poliuretano líquido do sistema de electrospinning
    1. Misture dimetilacetamida (DMA) com 25% (m / v) solução de poliuretano (PU) da para se obter 15% (m / v) de PU em DMA solução (por exemplo, adiciona-se 6 ml de DMA a solução PU 9 ml de 25%).
      CUIDADO! Trabalhar dentro de um exaustor com equipamento de protecção individual adequado.
    2. Encha uma seringa de vidro de 5 ml com fim brusco agulha de aço inoxidável (fieira) com uma solução de PU 15%.
    3. Programar a bomba de seringa para extrudir a 0,01 ml / min, com base no diâmetro interno da seringa.
    4. Montar a seringa com fieira na bomba de seringa horizontalmente, com a ponta da agulha aproximadamente 20 cm do colector mandril. Isolar a seringa a partir das partes condutoras da bomba de seringa utilizando folhas de borracha para evitar a formação de arco eléctrico.
    5. Ligue o gerador de alta tensão para a fieira da seringa usando uma pinça.
  4. Fazer funcionar a bomba de seringa a 0,01 ml / min e Rotate o mandril com o misturador de laboratório rodando em baixa velocidade (por exemplo, 50 rpm).
  5. Aplicar um diferencial de voltagem de 20 kV entre a fieira e o mandril colector. nanofibras PU irá começar a depositar sobre o mandril rotativo e uma camada fina será visível em poucos minutos. Garantir a coifa está desligada e de escape é fechada para evitar a perda de nanofibras electrospun.

2. Electrospinning uma endoprótese

  1. nanofibras Electrospin PU sobre um mandril rotativo durante 2 horas para criar um tubo uniforme (tal como explicado no passo 1).
  2. Remover o mandril a partir da haste de plástico que está ligado ao misturador de laboratório para instalar o stent metálico. Ligue o exaustor de fumos e gases de escape aberta antes de remover o mandril para assegurar que remanescente vapores de solventes são removidos.
  3. Deslize o stent balão expansível 26 de aço inoxidável para o tubo electrospun para um local desejado. Pode ser necessário para expandir ligeiramente a prótese endovascular de modo que Slips sem danificar o tubo electrospun.
  4. Crimp o stent para se certificar de que o stent está firmemente fixado no material do tubo sobre o mandril e não solto o suficiente para deslizar. Isto também vai ajudar a evitar a delaminação das camadas interior e exterior.
  5. Carregar o mandril com o tubo e stent novamente sobre a haste de plástico misturador de laboratório durante electrospinning a camada exterior do stent-enxerto.
  6. nanofibras Electrospin durante 3 horas, tal como explicado no passo 1 para fabricar a camada externa do stent-enxerto.
  7. Depois de electrospinning o exterior posterior, de modo circunferencial cortar o material PU cerca de 1 mm em relação às extremidades da prótese endovascular utilizando um bisturi.
  8. Embeber o mandril com o stent-enxerto em água desionizada para dissolver o material de suporte do mandril que irá libertar o stent-enxerto do mandril. Substituir com água fresca, conforme necessário para dissolver completamente o material de suporte.
  9. Uma vez que o material de suporte é dissolvido, remover suavemente a endoprótese de tele mandril e deixar secar. Considere embeber a endoprótese removido em água deionizada para dissolver qualquer material de apoio permaneçam antes de permitir ao ar seco.

3. Os testes de endopróteses Industrializados

  1. Deslize a endoprótese em um balão de três dobras 3 mm.
  2. Crimp da endoprótese no balão usando uma mão ferramenta de compressão.
  3. Inspecione a endoprótese frisado usando um microscópio para cravar uniforme e quaisquer outros sinais de insuficiência como delaminação ou punção do material de cobertura devido à deformação stent.
  4. Expanda a endoprótese ao diâmetro projetado de 3 mm através da pressurização do balão com três dobras com um dispositivo de inflação e água. Mais uma vez, examinar a endoprótese expandida para a expansão uniforme e sinais de falência.

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Resultados

A nossa configuração ElectroSpinner (Figura 1) resultou em nanofibras de poliuretano de alta qualidade (Figura 2). Um stent-enxerto é fabricado por electrospinning uma camada interna de poliuretano sobre um mandril, deslizando um stent metálico sobre esta camada, e electrospinning uma segunda camada exterior de poliuretano (Figura 3). nanofibras de poliuretano são electrospun a uma taxa de 50 mm / h, o que resulta em uma camada interna de 100 um e uma camada exter...

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Discussão

Desenvolvemos uma técnica de fabricação para uma endoprótese de pequeno calibre que pode ser implantada usando um procedimento padrão de intervenção coronária percutânea (ICP). As endopróteses atualmente disponíveis são limitadas em sua capacidade de manter um perfil baixo e flexibilidade para implantação. Os stents convencionais desenvolvidos por nosso grupo em nossos estudos anteriores provaram auxiliar na rápida cicatrização da artéria com stent24,26. Vários polímeros foram eletrofiados por outros grupos e ...

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Divulgações

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

Gostaríamos de agradecer à Divisão de Engenharia da Mayo Clinic por seu suporte técnico. Este estudo foi financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional - FNUSA-CICV (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), Institutos Nacionais de Saúde (T32 HL007111), Subsídio de Desenvolvimento de Cientistas da American Heart Association (AHA #06-35185N) e The Grainger Innovation Fund - Grainger Foundation.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Seringa de vidroAir Tite7.140-33Seringa para fieira
Cilindro graduado 5 mlFisher Scientific08-552-4GCilindro graduado de pirex de 5 ml com cerca de 9 mm de diâmetro e 11 cm de comprimento
Gerador de alta tensãoBertan Accociates, Inc.205A-30PUsado para aplicar diferença de tensão entre fieira e coletor
Misturador de laboratório com controle de rpmScilogexSCI-84010201Disponível em vários fornecedores de equipamentos de laboratório
PoliuretanoDSMBioSpan SPUBiospan Folha de borracha de poliuretano segmentada
McMaster Carr1370N11Usado para isolar a seringa durante a eletrofiação
Mandril de aço inoxidávelN/AN/AFabricado 
Agulha de aço inoxidávelHamilton91018Usado como fieira em eletrofiação
de suporteEnvisionTecB04-HT-DEMOMATMaterial solúvel em água biocompatível
Bomba de seringaHarvard Aparelho55-3333
Material

Referências

  1. Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
  2. Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
  3. Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
  4. Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
  5. Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
  6. Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
  7. Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
  8. Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
  9. Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
  10. Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
  11. Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
  12. Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
  13. Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
  14. Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
  15. Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
  16. Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
  17. Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
  18. Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
  19. Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
  20. Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
  21. Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
  22. Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
  23. Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
  24. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. Ann. Biomed. Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  25. Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099(2015).
  26. Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100(2015).
  27. de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
  28. Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
  29. Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).

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