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Artigo de método

Um Modelo Ex Vivo Porcino para Testes Hidrodinâmicos de Procedimentos Experimentais de Valva Aórtica e Novos Dispositivos Médicos

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DOI:

10.3791/65885

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25 de agosto de 2023

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1Department of Surgery, Columbia University Medical Center, 2College of Physicians and Surgeons, Columbia University, 3School of Medicine and Surgery, University of Bologna, 4Division of Cardiac, Thoracic, and Vascular Surgery, Section of Pediatric and Congenital Cardiac Surgery, New York-Presbyterian Morgan Stanley Children’s Hospital, Columbia University Medical Center

Neste artigo

Resumo

Apresentamos um método de montagem de uma valva aórtica porcina em um duplicador de pulso para testar suas propriedades hidrodinâmicas. Este método pode ser usado para determinar a mudança na hidrodinâmica após a aplicação de um procedimento experimental ou novo dispositivo médico antes do uso em um modelo animal de grande porte.

Resumo

As opções para testar novos procedimentos cardíacos e dispositivos médicos investigativos antes do uso em um modelo animal são limitadas. Neste estudo, apresentamos um método de montagem de uma valva aórtica porcina em um duplicador de pulsos para avaliar suas propriedades hidrodinâmicas. Essas propriedades podem então ser avaliadas antes e depois da realização do procedimento sob investigação e/ou da aplicação do dispositivo médico investigativo. A fixação do segmento de entrada apresenta certa dificuldade devido à ausência de miocárdio circunferencial na via de saída do ventrículo esquerdo. Esse método resolve essa questão fixando o segmento de influxo usando a cúspide anterior da valva mitral e, em seguida, suturando a parede livre do ventrículo esquerdo ao redor do dispositivo de influxo. O segmento de saída é fixado simplesmente inserindo o acessório em uma incisão na face superior do arco aórtico. Observamos que os espécimes apresentaram propriedades hidrodinâmicas significativamente diferentes antes e após a fixação tecidual. Esse achado nos induziu a utilizar espécimes frescos em nossos testes e deve ser considerado ao utilizar este método. Em nosso trabalho, usamos esse método para testar novos materiais de remendo intracardíaco para uso na posição valvar, realizando um procedimento de neocuspidização da valva aórtica (procedimento de Ozaki) nas valvas aórticas porcinas montadas. Essas válvulas foram testadas antes e após o procedimento para avaliar a mudança nas propriedades hidrodinâmicas em comparação com a valva nativa. Neste trabalho, relatamos uma plataforma para testes hidrodinâmicos de procedimentos experimentais da valva aórtica que permite a comparação com a valva nativa e entre diferentes dispositivos e técnicas utilizadas para o procedimento sob investigação.

Introdução

A valvopatia aórtica representa um importante ônus para a saúde pública, particularmente a estenose aórtica, que afeta 9 milhões de pessoas em todo omundo1. As estratégias para abordar essa doença estão evoluindo atualmente e incluem o reparo da valva aórtica e a troca valvar aórtica. Na população pediátrica, especialmente, há um incentivo significativo para o reparo em vez da substituição da valva, uma vez que as próteses atualmente disponíveis são propensas à degeneração estrutural valvar (DVS) e não são tolerantes ao crescimento, necessitando de reoperação para reposição à medida que o paciente cresce. Mesmo a cirurgia de Ross, que substitui a valva aórtica (AV) doente pela valva pulmonar nativa (VP), requer uma prótese ou enxerto em posição pulmonar, que também está sujeito à DVS e, muitas vezes, à tolerância limitada ao crescimento2. Novas abordagens para a doença valvar aórtica estão sendo desenvolvidas, e há necessidade de testes em um contexto biologicamente relevante antes da aplicação em um modelo animal de grande porte.

Desenvolvemos um método para testar um AV suíno que pode fornecer informações sobre a função da válvula antes e depois de um procedimento experimental ou aplicação de um novo dispositivo médico. Ao montar a AV porcina em uma máquina duplicadora de pulsos comercialmente disponível, podemos comparar as características hidrodinâmicas que são comumente usadas na investigação e, finalmente, aprovação de próteses valvares, incluindo fração de regurgitação (FR), área de orifício efetivo (EOA) e diferença de pressão positiva média (PPD)3,4. A intervenção pode então ser ajustada em um contexto biologicamente relevante antes do uso em um modelo animal de grande porte, limitando assim o número de animais necessários para produzir um procedimento ou prótese que possa ser usada em humanos. Os corações utilizados para este experimento podem ser obtidos do matadouro local ou resíduos de tecidos de outros experimentos, portanto, não é necessário sacrificar um animal apenas para os fins deste experimento.

Em nosso trabalho, usamos este método para desenvolver um novo material de remendo para reparo e substituição valvar. Testamos a função hidrodinâmica de uma variedade de materiais de remendo realizando um procedimento de neocuspidização da valva aórtica (procedimento de Ozaki 5,6,7) em AVs porcinos e testando-os no duplicador de pulso antes e após o procedimento. Isso nos permitiu ajustar o material com base em seu desempenho hidrodinâmico. Assim, este método fornece uma plataforma para testes hidrodinâmicos de procedimentos experimentais e novos dispositivos médicos para uso na AV antes da aplicação em um modelo animal de grande porte.

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Protocolo

Todas as pesquisas foram realizadas de acordo com as diretrizes institucionais para o cuidado com os animais.

1. Considerações e preparativos para a experiência

  1. Utilizar um duplicador de pulso (DP) adequado para a simulação do débito cardíaco através da AV. O PD precisará ser capaz de acomodar materiais biológicos e ser capaz de ser limpo.
    1. Utilizar configurações de DP apropriadas para testar a VA: volume de deslocamento de 70 mL e 70 batimentos por minuto (débito cardíaco de 5 L/min), 35% do ciclo cardíaco em sístole, gradiente de pressão transvalvar médio de 100 mmHg, gradiente de pressão máximo de 120 e gradiente de pressão mínimo de 80.
    2. Utilizar soro fisiológico à temperatura ambiente (TR) (NaCl 0,9%) como meio fluido.
  2. Localize ou crie (usando impressão 3D ou um método semelhante) luminárias adequadas para montar o AV suíno para teste no PD.
    1. Utilize luminárias modeladas nas luminárias fornecidas com o duplicador de pulso com as seguintes especificações: certifique-se de que o diâmetro interno da luminária seja semelhante ao diâmetro da AV em estudo, o comprimento da fixação seja de pelo menos 2 cm e a largura útil da fixação seja de pelo menos 4 cm (Figura 1).
    2. Use O-rings de borracha como juntas nas extremidades das luminárias.
  3. Obter uma peça de coração após a cardioectomia (Figura 2A).
    1. Use espécimes cardíacos suínos do matadouro ou resíduos de tecidos de animais saudáveis e que não fizeram parte de nenhum protocolo experimental que afetará seus corações.
    2. Obter espécime após a cardiectomia ou realizar cardiectomia post-mortem, incluindo transecção da veia cava superior, veia cava inferior, tronco da artéria pulmonar (AP), todas as veias pulmonares e aorta na face distal do arco aórtico.
      OBS: Espécimes frescos, com menos de 6 h post-mortem ou armazenados em soro fisiológico estéril com solução antibiótica a 1% (penicilina e estreptomicina) em refrigerador a 4 oC por até 7 dias, devem ser utilizados para este experimento. Tecidos fixados em formalina ou glutaraldeído produzirão resultados hidrodinâmicos alterados devido ao aumento da rigidez.

figure-protocol-1
Figura 1: Dispositivos personalizados impressos em 3D para montagem das válvulas aórticas porcinas no duplicador de pulso. Conforme observado no protocolo, o comprimento do acessório deve ser de pelo menos 2 cm e a largura útil do acessório deve ser de pelo menos 4 cm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Ressecção de estruturas do lado direito

  1. Dissecar a AP da aorta com tesoura de Metzenbaum até que o tecido ventricular seja visível (Figura 2B).
  2. Dissectar e ligar com seda amarra ambas as artérias coronárias em sua origem dos seios aórticos, tomando cuidado para não estreitar os seios.
  3. Transeccionar as artérias coronárias distais aos laços de seda.
  4. Incisar o ventrículo direito (VD) entre a aorta e o AP na base da valva pulmonar com tesoura de Metzenbaum (Figura 2C).
  5. Iniciando anteriormente, continuar a incisão circunferencialmente ao longo do septo interventricular para remover a parede livre do VD (Figura 2D, E).
  6. Continuar a incisão posteriormente através do anel da valva tricúspide ao longo do septo interatrial para remover todo o tecido atrial direito (Figura 2F).

figure-protocol-2
Figura 2: Peça de cardiectomia e ressecção de estruturas do lado direito. (A) Espécime de cardiectomia. (B) Artéria pulmonar principal dissecada da aorta até que o tecido ventricular seja visível. (C) Incisar o ventrículo direito (VD) na base da valva pulmonar. (D) Continuando a incisão ao longo do septo interventricular anteriormente. (E) Remoção da parede livre de VD continuando a incisão circunferencialmente ao longo do septo interventricular. (F) Espécime com estruturas do lado direito removidas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

3. Preparo da via de saída do ventrículo esquerdo (VSVE) para canulação com a prótese de PD

  1. Incidir o átrio esquerdo (AE) através do óstio da veia pulmonar direita paralelo à aorta com tesoura de Metzenbaum (Figura 3A).
    NOTA: Embora exista variabilidade limitada, a anatomia da veia pulmonar porcina geralmente termina em dois óstios da veia pulmonar que entram no AE8.
  2. Continuar a incisão em direção à comissura anterolateral da valva mitral (VM), deixando pelo menos um manguito de 3 mm de tecido atrial no lado da aorta.
  3. Aparar o excesso de tecido AE, mantendo o manguito de 3 mm de tecido atrial na aorta e circunferencialmente o anel VM (Figura 3B).
  4. Estender a incisão sobre o ventrículo esquerdo (VE) através da comissura ântero-lateral da VM, tomando o cuidado de preservar o músculo papilar anterolateral (Figura 3C).
  5. Divida as cordas tendíneas do músculo papilar anterolateral até a cúspide posterior da VM, preservando as fixações à cúspide anterior da VM.
  6. Continue a incisão até o ápice do coração.
  7. Aparar o excesso de tecido do VE abaixo dos músculos papilares, preservando ambos os músculos papilares (Figura 3D).

figure-protocol-3
Figura 3: Preparo da via de saída do ventrículo esquerdo para canulação com o dispositivo duplicador de pulso. (A) Incisar o átrio esquerdo (AE) através do óstio da veia pulmonar direita. (B) Excesso de tecido do AE aparado, mantendo pelo menos um manguito de 3 mm de tecido atrial na aorta e mantendo o anel valvar mitral circunferencialmente. (C) Extensão da incisão sobre o ventrículo esquerdo (VE) através da comissura ântero-lateral da valva mitral. (D) Remoção do excesso de tecido do VE abaixo dos músculos papilares. A tesoura é visível no canto superior direito da imagem. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. Preparo da aorta para canulação com a fixação da DP

  1. Cortar qualquer excesso de tecido linfático, conjuntivo ou da artéria pulmonar da aorta (Figura 4A).
  2. Incisar o aspecto superior do arco aórtico desde a aorta descendente até a artéria subclávia esquerda com tesoura de Metzenbaum (Figura 4B).
  3. Continuar a incisão na face superior do arco aórtico desde a artéria subclávia esquerda até o tronco braquiocefálico (Figura 4C, D).
    NOTA: Os ramos do arco aórtico porcino de distal para proximal incluem a artéria subclávia esquerda e o tronco braquiocefálico, que dá origem à artéria subclávia direita, artéria carótida direita e artéria carótidaesquerda9.

figure-protocol-4
Figura 4: Preparo da aorta para canulação com a fixação do duplicador de pulso. (A) Arco aórtico com excesso de tecido retirado. Observar os dois vasos do arco aórtico porcino, o tronco braquiocefálico e a artéria subclávia esquerda. (B) Início da incisão ao longo da face superior do arco aórtico desde a aorta descendente até a artéria subclávia esquerda. (C) Continuando a incisão ao longo da face superior do arco aórtico desde a artéria subclávia esquerda até o tronco braquiocefálico. (D) Incisão completa do arco aórtico. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Canulação da VSVE com o dispositivo PD

  1. Testar o posicionamento do acessório na VSVE e aparar o excesso de tecido do VE.
    1. Insira o dispositivo na VSVE sob a cúspide anterior da VM.
    2. Enrole a parede livre de LV ao redor da luminária.
    3. Corte o excesso de tecido do VE para manter um envoltório apertado ao redor do aparelho.
    4. Remover metade da espessura da parede livre do VE a partir do septo interventricular, mantendo pelo menos 1 cm de epicárdio na borda livre para manter a integridade da linha de sutura (Figura 5A).
    5. Recorte 1 cm de tecido do canto superior do envoltório de parede livre do VE (Figura 5A).
  2. Posicione o acessório na VSVE com o orifício de fixação da haste de suporte 1 cm atrás da incisão do VE (Figura 5B).
    1. Tome cuidado para não inserir o acessório muito longe na VSVE, de modo que ele dilate o anel AV.
  3. Fixar a cúspide anterior do VM ao acessório com uma ou duas hastes de 6 polegadas posicionadas entre as cordas tendíneas da cúspide (Figura 5C).
  4. Sutura a parede livre do VE ao redor do acessório (Figura 5D).
    1. Comece suturando o manguito de tecido do AE na aorta ao anel MV usando uma sutura simples e contínua com uma agulha de ponto de cone.
    2. Continue o ponto de corrida no VE, não rasgando o tecido do VE.

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Figura 5: Canulação da via de saída do ventrículo esquerdo com a fixação do duplicador de pulso. (A) Metade da espessura da parede livre do VE removida com 1 cm de epicárdio mantido na borda livre. A linha pontilhada indica a área de 1 cm a ser removida do canto superior do envoltório de parede livre de VE. (B) Orifício de fixação da haste de apoio posicionado 1 cm atrás da incisão na parede livre do VE. (C) Zip tie fixando a cúspide anterior da VM à luminária proximal. (D) Parede livre de VE suturada ao redor do acessório. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Canulação da aorta com fixação em DP e preparo final para teste de DP

  1. Medir o diâmetro da VA usando dilatadores Hegar para auxiliar na interpretação dos resultados do teste de DP.
  2. Identificar a posição neutra da aorta levantando o espécime da mesa segurando a aorta (Figura 6A).
  3. Insira o dispositivo de fixação PD na aorta, tendo o cuidado de alinhar os orifícios de fixação da haste na posição neutra da aorta.
  4. Verifique o comprimento do corpo de prova inserindo as hastes de suporte.
  5. Fixe o acessório DP na aorta usando uma ou duas gravatas de 6 polegadas (Figura 6B).
  6. Fixe a VSVE ao redor do acessório PD usando uma ou duas amarras de 8 polegadas.
  7. Fixe as hastes de apoio no lugar usando parafusos fornecidos com o conjunto PD.
  8. Coloque o corpo de prova em DP e inicie o ensaio (Figura 6C, Vídeo 1 e Vídeo 2).
  9. Sutura quaisquer vazamentos conforme necessário.

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Figura 6: Canulação da aorta e ensaio no duplicador de pulsos. (A) Levantar o espécime da mesa junto à aorta para identificar a posição neutra da aorta. (B) Fixação distal na aorta com zíperes. (C) Amostra montada no duplicador de pulsos para ensaios hidrodinâmicos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

7. Realizar procedimento experimental

OBS: Realizar procedimentos experimentais como o procedimento de Ozaki conforme descrito anteriormente 5,6,7 e repetir o teste de DP.

  1. Se o tecido tiver ficado ressecado durante o procedimento, aperte os zíperes e reforce a linha de sutura conforme necessário.

8. Armazenamento a longo prazo do espécime (se desejado)

  1. Colocar o espécime em formalina a 10% por 168 h (1 semana)10,11.
  2. Após a fixação do tecido, lavar o espécime com água deionizada e colocá-lo em etanol 70% para armazenamento a longo prazo.

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Resultados

Os dados representativos coletados do duplicador de pulso incluem fração de regurgitação (FR), área de orifício efetivo (EOA) e diferença de pressão positiva média (PPD). A RF e EOA, em particular, são usadas nas normas ISO para válvulas protéticas (ISO 5840) e serão importantes para coletar se produtos de válvulas protéticas estiverem sob investigação. O PPD oferece informações sobre quanta pressão é necessária para abrir a válvula e é comumente referenciado quando se discute a substituição de prótese valvar

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Discussão

O método aqui apresentado fornece uma plataforma para testes hidrodinâmicos da AV, a fim de examinar o efeito de um procedimento experimental ou de um novo dispositivo médico. Através da montagem da válvula aórtica nativa em uma máquina duplicadora de pulsos, podemos determinar o efeito do procedimento experimental sobre todos os parâmetros hidrodinâmicos utilizados na investigação e aprovação de novas próteses valvares (ISO 5840). Isso oferece uma oportunidade de ajustar procedimentos e próteses antes do uso em um model...

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Divulgações

Os autores não têm conflitos de interesse financeiros relevantes a declarar.

Agradecimentos

Gostaríamos de agradecer ao laboratório da Dra. Gordana Vunjak-Novakovic, incluindo Julie Van Hassel, Mohamed Diane e Panpan Chen, por nos permitir usar o tecido de resíduos cardíacos de seus experimentos. Este trabalho foi apoiado pela Congenital Heart Defect Coalition em Butler, NJ, e pelo National Institutes of Health em Bethesda, MD (5T32HL007854-27).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Impressora 3DUltimaker UltimakerS5Usado para imprimir acessórios personalizados para testes hidrodinâmicos
Crile-Wood Needle DriverEmerald Instruments2.0638.15Usado para suturar ventrículo
Debakey FórcepsJarit320-110Usado para dissecação e preparação de amostras (pode usar vários se estiver trabalhando com um assistente)
Etanol 200 provaDecon Labs Inc. DSP-MD.43Usado para armazenamento fixo de tecidos
Formalina 10%Epredia5701Usado para fixação de tecidos
Gerald ForcepsJarit285-126Usado para dissecação e preparação de amostras
Frascos de vidroQAPPDAB07QCP54Z3Usado para armazenamento
de tecidos Glutaraldeído 25%Microscopia Eletrônica Ciências16400Usado para tecidos solução
tampão HEPES 1 MFisherBP299-100Usado para fazer glutaraldeído 0,6%
Mayo TesouraJarit099-200Usado para cortar sutura
Metzenbaum TesouraJarit099-262Usado para dissecção e preparação de amostras
O-ringSterling Seal & Fornecimento Inc.AS568-117Usado como uma junta na extremidade dos acessórios impressos em 3D
Resina de ácido poliláticoUltimaker1609Usado para acessórios de impressão 3D
Sutura de polipropilenoCovidienVP-762-XUsado para sutura de ventrículo, agulha cônica
Duplicador de pulsoBDC LaboratoriesHDTi-6000Usado para testes hidrodinâmicos
Laços de sedaCovidienS-193Usado para ligar artérias coronárias
Braçadeira de amígdalaAesculapBH957RUsado para dissecção de artéria coronária
Abraçadeiras (6 polegadas)Advanced Cable Ties, Inc.AL-06-18-9-CUsado para prender a amostra aos acessórios, 157,14 mm de comprimento (6 polegadas), 2,5 mm de largura
Braçadeiras (8 polegadas)GTSEGTSE-20025B.1000Usado para prender a amostra aos acessórios, 203 mm de comprimento (8 polegadas), 2,5 mm de largura

Referências

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