Ferromagnético Bare Metal Stent para captura de células endoteliais e Retenção

O objetivo geral do experimento a seguir é desenvolver um stent metálico descoberto ferromagnético capaz de capturar e reter células endoteliais marcadas com nanopartículas magnéticas. Isso é alcançado projetando um stent de aço inoxidável 2205 utilizando softwares de desenho assistido por computador ou CAD e análise de elementos finitos ou FEA para compreender adequadamente o comportamento mecânico do material e da estrutura do stent durante a compressão e expansão. Em seguida, o stent fabricado é mecanicamente comprimido e expandido para demonstrar a integridade mecânica, e a retenção do campo magnético do stent é estudada, o que valida o comportamento magnético.

Em seguida, os stents são implantados em porcos e células endoteliais marcadas com nanopartículas magnéticas são administradas para verificar a captura e retenção celular na circulação coronariana. Os resultados mostram que o stent ferromagnético desenvolvido neste estudo é capaz de capturar e reter células endoteliais marcadas magneticamente, com base na análise histológica de vasos sanguíneos removidos de experimentos in vivo. As implicações dessa técnica estendem-se para o desenvolvimento de diversos dispositivos cardiovasculares, pois a endotelialização rápida pode promover a cicatrização e melhorar a compatibilidade sanguínea.

Em geral, indivíduos novos neste método enfrentarão dificuldades devido à complexidade dos procedimentos de CAD e MEF envolvidos no projeto de stents; o cultivo celular também pode representar um desafio para iniciantes. Devido à importância de manter um ambiente asséptico rigoroso, desejamos melhorar a cicatrização de stents e desenvolvemos a ideia de utilizar forças magnéticas para fixar células vivas aos stents. A demonstração visual deste método é essencial, pois as etapas de desenvolvimento do stent e de aquecimento celular são difíceis de aprender devido à complexidade do comportamento do material durante a prensagem e expansão e à novidade do captura magnética de células pelo stent.

Para começar, utilize um software CAD para criar um cilindro oco extrudido, selecionando uma característica de base extrudida com espessura da parede igual à espessura do estruto do stent. Projete um padrão de stent em um plano de esboço diferente, tangencial ao cilindro extrudido. Faça a largura do padrão plano corresponder à circunferência do cilindro oco extrudido.

Usando o recurso de envolvimento, transfira o design do padrão plano para o cilindro oco. Salve a peça em seu formato nativo e também em formato ACEs para exportação destinada à análise por elementos finitos. Para realizar a análise por elementos finitos, importe a geometria sólida salva em formato ACEs para o módulo de peça do software de análise por elementos finitos, para análise adicional no modelador de peças do modelo do software. Crie dois cilindros analíticos coaxiais ao stent. Dê dois cliques no item da árvore de instâncias do modelador de montagem para montar as peças em posições relativas com um módulo de malha do software de análise por elementos finitos.

Especifique o elemento, do tipo elemento hexaédrico de 20 nós com integração reduzida. Defina o tamanho do elemento e gere a malha do stent dentro das propriedades de interação da árvore do modelo. Defina pares de contato rígidos sem atrito entre o stent e os dois cilindros, respectivamente.

Associe o comportamento tensão-deformação dos ELAs do aço inoxidável 2205 ao modelo do stent. Defina as condições de contorno para, primeiramente, comprimir o cilindro externo até um milímetro, o que simula o crimpamento. Remova o cilindro externo para simular a relaxação do stent crimpado.

Expanda o cilindro interno até três milímetros para simular a expansão e, finalmente, remova o cilindro interno para simular o recuo do stent. Após a conclusão da simulação, abra o arquivo de resultados e processe-os para analisar as deformações principais de forma iterativa. Aperfeiçoe o projeto do stent para atingir uma deformação principal de 20%, que é inferior ao limite de falha do material.

Após obter os tubos de aço inoxidável 2205 e cortar os stents de acordo com o protocolo descrito no texto sob uma capela de exaustão, utilizando equipamento de proteção adequado, faça a decapagem ácida do stent para passivar a superfície dos stents eletropolidos, imergindo-os em ácido clorídrico a 50% por 10 minutos, seguido por bicarbonato de sódio a 10% por mais 10 minutos para completar a decapagem ácida. Lave os stents com etanol seguido por água desionizada. Em seguida, para testar o engate dos stents, segure um stent e um balão triplo.

Em uma ferramenta manual de crimpagem, pressione a alavanca para deformar o stent a ser crimpar sobre o balão. Após inspecionar o stent crimpar sob o microscópio quanto a uma crimpagem uniforme e quaisquer sinais de falha, expanda o stent até o diâmetro projetado de três milímetros utilizando água para pressurizar o balão triplo. Examine os stents expandidos quanto a fraturas microscópicas e expansão uniforme utilizando um ímã de neodímio forte.

Magnetize os stents diametralmente segurando o stent em uma das faces planas, com seu diâmetro ao longo das linhas do campo magnético. Alternativamente, magnetize os stents axialmente segurando o stent ao lado da superfície cilíndrica, com seu eixo ao longo das linhas do campo magnético. Mantenha o stent próximo ao ímã forte por aproximadamente um minuto.

Para a magnetização, monte os stents individualmente em mandris de vidro e, em seguida, fixe os mandris de vidro na mandíbula de precisão do dispositivo de sondagem magnética. Com os estágios X, Y, Z, monte o dispositivo de sondagem magnética para posicionar com precisão a sonda microsensor magnética próxima ao stent, sem tocar a superfície. Meça a leitura de referência do microsensor magnético em uma posição distante do stent e, então, utilize os estágios x, y, Z para posicionar a sonda e medir o campo magnético residual na superfície do stent.

Após derivar células endoteliais progenitoras ou EOCs a partir do sangue periférico suíno conforme descrito no protocolo de cultura no texto, cultivar as células em um frasco T75 até que atinjam aproximadamente 80% de confluência. Após a síntese de nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro ou pyon, adicionar pyon às EOCs em meio de cultura celular na concentração de 200 microgramas por mililitro. Incubar a 37 graus Celsius por 16 horas.

Aspire suavemente o meio de cultura celular e adicione 10 mililitros de PBS ao frasco. Em seguida, agite suavemente e aspire. O PBS Adicione cinco microgramas por mililitro de corante fluorescente, como CM DAI, a 10 mililitros de meio de cultura para corar as células conforme as instruções do fabricante e incube a 37 graus Celsius por 30 minutos.

Use PBS para lavar suavemente as células como antes, então adicione solução de tripsina-EDTA 0,25% e incube a 37 graus Celsius por cinco minutos para destacar as células do frasco. Transfira a suspensão celular para um tubo cônico de 15 mililitros. Use PBS para completar o volume e centrifugue a 500 ×g por cinco minutos para obter o pellet celular após a decantação.

Utilize PBS para ressuspender as células em uma concentração de um a 2 milhões de células por mililitro. Para estudos celulares in vitro, projete e fabrique um suporte simples para manter o stent logo acima da superfície de uma lamínula de vidro. Utilize um dauer eletromagnético para desmagnetizar um stent ou, com um ímã forte de neodímio, magnetize um stent diametralmente ou axialmente; pipete o espécime marcado com e ooc suspenso em PBS na placa contendo os stents magnetizados axialmente, magnetizados diametralmente ou não magnetizados (controle).

Em seguida, com um microscópio invertido de fluorescência, obtenha imagens dos stents com EOCs suspensos em PBS para realizar a implantação dos stents após administrar medicação antiplaquetária a quatro porcos Yorkshire saudáveis e anestesiá-los de acordo com o protocolo descrito no texto. Utilize uma técnica padrão de cateterização cardíaca para implantar um stent magnetizado e um não magnetizado na artéria coronária direita, ou RCA. Após avançar o balão e o stent com um balão sobre o fio-guia, oclua o fluxo sanguíneo na porção proximal da RCA em relação aos stents implantados. Em seguida, durante um período de dois minutos, administre aproximadamente 2 milhões de EOCs autólogos marcados com siscões suspensos em quatro mililitros de PBS através do cateter central. Após mais dois minutos de oclusão, restabeleça o fluxo sanguíneo na RCA, retire o stent e realize a histologia. De acordo com o protocolo descrito no texto, conforme mostrado aqui, o design iterativo do stent baseado na análise de elementos finitos (FEA) indicou um stent capaz de ser comprimido e expandido com uma deformação principal de 20%, valor inferior à deformação última de 30%.

Um stent cortado a laser, eletropolido, crimpado em um cateter com balão trifle e expandido até três milímetros usando um balão trifle não apresentou sinais de fratura. As imagens do stent deformado mostraram boa concordância com a deformação calculada por análise de elementos finitos (FEA) e as imagens de microscopia também não revelaram fraturas, conforme esperado a partir das medições do campo magnético retido. Células marcadas com SPY foram preferencialmente atraídas para segmentos Ben em stents magnetizados axialmente e de forma mais uniforme atraídas para segmentos retos.

Em stents magnetizados diametralmente, imagens de histologia mostraram coloração por ferro próximo às estruturas do stent, confirmando a atração e retenção de EOCs no stent durante o período de implantação de sete dias. Ao tentar este procedimento, é importante compreender os conceitos de MEF e CAD com parâmetros de entrada inadequados. Obter-se-ia um projeto de stent incorreto, que seria excessivamente rígido ou com tendência à fratura do stent.

Após este procedimento, outros métodos, como testes de fadiga acelerada e testes de toxicidade, podem ser realizados para responder perguntas adicionais, como: Qual é a durabilidade de longo prazo e a biocompatibilidade dos stents? Após vários anos de desenvolvimento, agora dispomos de uma tecnologia funcional que foi validada em um modelo suíno.

Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como desenvolver um stent ferromagnético e testar a captura e retenção de células arteriais marcadas magneticamente.