Методическая статья

Изготовление малых калибров стент-графтов Использование электроформования и на воздушном шаре Расширяемый Bare Metal стенты

8.8K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/54731

⸱

26 октября 2016 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

В протоколе мы представляем метод изготовления стент-графта малого калибра путем размещения баллонного расширяемого стента между двумя слоями нановолокнистого полиуретана с электроспинацией.

Аннотация

Стент-графты широко используются для лечения различных состояний, таких как поражения аорты, аневризмы, эмболии из-за коронарных вмешательств и перфорации в сосудистой системе. Такие стент-графты изготавливаются путем покрытия стента полимерной мембраной. Идеальный стент-графт должен иметь биосовместимый стент, покрытый пористой, тромборезистентной и биосовместимой полимерной мембраной, которая имитирует внеклеточный матрикс, тем самым способствуя заживлению места повреждения. Целью этого протокола является изготовление стент-графта малого калибра путем инкапсуляции баллонного расширяемого стента в два слоя электровращающихся полиуретановых нановолокон. Было показано, что электроспиннинг полиуретана помогает в заживлении, имитируя нативный внеклеточный матрикс, тем самым способствуя эндотелизации. Электроспиннинг полиуретановых нановолокон на медленно вращающейся оправке позволил нам точно контролировать толщину нановолокнистой мембраны, что имеет важное значение для получения баллонного расширяемого стент-графта малого калибра. Механическая валидация путем обжима и расширения стент-графта показала, что нановолокнистая полиуретановая мембрана достаточно гибкая для обжима и расширения, оставаясь при этом открытой без каких-либо признаков разрыва или расслоения. Кроме того, стент-графты, изготовленные с использованием описанных здесь методов, могут быть имплантированы с использованием процедуры коронарного вмешательства с использованием направляющих катетеров стандартного размера.

Введение

Коронарные процедуры вмешательства вызывают значительное повреждение сосудистой стенки из-за срыва бляшек и стенками сосудов. Это приводит к стеноза, периферического эмболию венозных шунтов, а также разрыва коронарных просвета 1-4. Чтобы избежать этих осложнений, многообещающей стратегией будет покрывать поверхность сосудов в месте ангиопластики, который потенциально ингибировать рестеноз, снижения рисков, связанных с разрывом просвета сосуда и профилактики периферической эмболии. Предыдущие исследования сравнили голые металлические стенты с стент-графтов с положительными результатами для стентов-трансплантатов 5. Исследователи использовали несколько материалов для изготовления мембран для покрытия стенты. Это включает в себя синтетические материалы , такие как полиэтилен tetraphthalate (РЕТ), политетрафторэтилен (ПТФЭ), полиуретан (PU) и кремния или аутогенной ткани сосуда для производства покрытых стентов 6-9. Идеальный привитой материал, используемый для покрытия стента должен быть тромборезистентность, не biodegradable, и должны интегрироваться с нативной ткани без чрезмерной пролиферации и воспаления 10. Привитой материал, используемый для покрытия стента должен также способствовать заживлению стента-трансплантата.

Стент-трансплантаты широко используются для лечения коарктации аорты, псевдо-аневризм сонной артерии, артериовенозной фистулы, выродился венозных шунтов, а крупные до гигантских аневризм сосудов головного мозга. Однако развитие малого калибра стент-трансплантатами ограничена способностью поддерживать низкий профиль и гибкость, которая помогает в развертывании стент-трансплантатами 11-14 лет. ПУ представляет собой эластомерный полимер с хорошей механической прочностью , которая является желательным признаком для достижения низкого профиля и хорошую гибкость 15,16. В дополнение к наличию хорошей исполнимости, стент-трансплантаты должны также способствуют быстрому заживлению и эндотелиализацию. PU покрытый стент-трансплантаты продемонстрировали лучшую биосовместимость и расширение эндотелиализацию 17. Исследователиранее пытались endothelialize PU покрытый стент-трансплантаты посевом их с эндотелиальными клетками 17. Электроформования ПУ для создания нановолокон матрицы было показано , является ценным методом для производства сосудистых трансплантантов 18,19. Существование нановолокон , которые имитируют архитектуру родного внеклеточного матрикса Известно также , чтобы способствовать пролиферации эндотелиальных клеток 20,21. Электроформования также позволяет контролировать по толщине материала 22. Малый калибр сосудистых трансплантатов из ПУ были изучены для ускорения заживления с помощью модификации, такие как поверхностные покрытия, антикоагулянты и огнезащиты пролиферации клеток. Все эти модификации разработаны посредничать принятие хозяина и способствовать заживлению трансплантата 23.

Наша группа разработала воздушный шар расширяемой голый металлический стент , который может быть развернут на животных моделях 24-26. Сочетание electrospun полиуретановой сетки и шараУн с возможностью расширения стента позволило нам генерировать малого калибра на воздушном шаре расширяемые стент-трансплантаты. Большинство имеющихся в настоящее время стент-графтов вводят через бедренную артерию во время интервенционной процедуры, но лишь немногие коммерческие покрытые стенты могут быть введены 1 французский размер больше , чем требуется для маркированного надутого воздушного шара 27. В данном исследовании мы разработали малого калибра сосудистого стента-трансплантата путем инкапсулирования баллон стента между двумя слоями electrospun ПУ, которые могут быть доставлены в коронарной артерии с использованием стандартного 8-9 французский направляющий катетер в чрескожной интервенционной процедуры.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. электроформования полиуретана на коллектор оправки

  1. Подготовить оправку для электроформования
    1. Melt примерно 8 мл биосовместимого, пищевого качества, растворимого в воде материала носителя в градуированный цилиндр (диаметр примерно 9 мм и 110 мм по глубине) при 155 ° С, используя печь.
    2. Dip диаметром 3 мм и длиной 100 мм из нержавеющей стали оправку, чтобы получить покрытие из материала подложки на поверхности оправки. Перед окунанием, поместите оправок в печи при температуре 155 ° С в течение приблизительно 15 мин, чтобы поднять температуру поверхности оправки, которая помогает в смачивания поверхности с расплавленным материалом носителя.
    3. Пусть ближний свет оправка остыть до приблизительно 140 ° С, в то время как расплавленный материал подложки затвердевает формирования равномерного тонкого покрытия на поверхности оправки. Во время процесса охлаждения, повесьте оправку по вертикали таким образом, что сила тяжести вызывает избыток материала подложки стечь. Это покрытие позволяет легкоудаление готового стента-трансплантата с оправки.
  2. Установка дорна коллектора системы электроформования (как показано на рисунке 1)
    1. Выравнивание лабораторный смеситель горизонтально и соединить пластмассовый стержень, который будет содержать стальную оправку из нержавеющей на противоположном конце внутри вытяжного шкафа.
    2. Растворить материал носителя от кончика оправки, погружая только кончик оправки в воде, чтобы приспособить пластиковую опорную штангу в конце оправки. Поддержка пластиковый опорный стержень на свободном конце оправки для помощи в равномерном вращении коллектора оправке.
    3. Используйте установочные винты в пластиковых опорных стержней для крепления стальной сердечник из нержавеющей и избежать скольжения во время электроформования.
    4. Смолоть коллектор оправки путем присоединения U-образный провод заземления к оправке из нержавеющей стали. Используйте резиновые уплотнительные кольца, чтобы держать провод заземления к сторонам оправки.
  3. Settiнг до жидкостной системы полиуретановый экструзии системы электроформования
    1. Смешайте диметилацетамиде (DMA) 25% (м / об) полиуретан (ПУ) маточного раствора , чтобы получить 15% (/ V м) ПУ в DMA раствор (например, добавить 6 мл ДМА до 9 мл 25% -ного раствора ПУ).
      ВНИМАНИЕ! Работа внутри вытяжного шкафа с надлежащей индивидуальной защиты.
    2. Наполните стеклянный шприц 5 мл с помощью тупой конец иглы из нержавеющей стали (фильеры) с 15% -ным раствором ПУ.
    3. Предварительно запрограммируйте шприцевой насос, чтобы выдавить при 0,01 мл / мин на основании внутреннего диаметра шприца.
    4. Установите шприц с мундштука на шприцевой насос горизонтально с кончиком иглы приблизительно 20 см от коллектора оправке. Изолировать шприц из проводящих частей шприца насоса с помощью резиновых листов, чтобы избежать электрического искрения.
    5. Подключите генератор высокого напряжения к фильеры шприца с использованием аллигатора клипа.
  4. Запустить шприцевой насос на 0,01 мл / мин и Rotaт.е оправку с лабораторным смесителем работает на малой скорости (например, 50 оборотов в минуту).
  5. Применить дифференциальное напряжение 20 кВ через фильеру и оправки коллектора. PU нановолокна начнет осаждение на вращающейся оправке, и тонкий слой будет виден в течение нескольких минут. Убедитесь, что вытяжной шкаф выключен и выхлопной закрыта, чтобы избежать потери electrospun нановолокон.

2. электроформования стент-трансплантат

  1. Electrospin PU нановолокна на вращающейся оправке в течение 2 часов, чтобы создать единую трубу (как описано в пункте 1).
  2. Извлеките оправку из пластикового стержня, соединенного с лабораторным смесителем, чтобы установить металлическую поверхность стента. Включите вытяжкой и открытой выхлопа перед извлечением оправки, чтобы гарантировать, что остатки растворителя газы удаляются.
  3. Наденьте баллонный расширяемый стент из нержавеющей стали 26 на electrospun трубку в нужное место. Это может быть необходимо слегка расширить стента, так что SLiпс без повреждения electrospun трубки.
  4. Обжимные стента, чтобы убедиться, что стент плотно установлен на материале трубы на оправке и не достаточно свободно скользить. Это также поможет предотвратить расслаивание внутренних и внешних слоев.
  5. Нагрузка оправку с трубкой и стент снова на пластмассовом стержне лабораторного смесителя для электроформования внешний слой стента-трансплантата.
  6. Electrospin нановолокна в течение 3 ч, как описано в шаге 1, чтобы изготовить внешний слой стента-трансплантата.
  7. После того, как электроформования внешнее позже, по окружности резать материал PU приблизительно 1 мм от концов стента с помощью скальпеля.
  8. Замачивание оправку с стент-трансплантат в деионизированной воде для растворения материала носителя с оправки, которая будет высвобождать стента трансплантат от оправки. Заменить свежей водой по мере необходимости для полного растворения материала подложки.
  9. После того, как материал носителя растворяется, аккуратно удалить стент-трансплантат из тон оправку и дайте высохнуть. Рассмотрим замачивания снятую стент-трансплантат в деионизированной воде, чтобы растворить оставшуюся материал подложки, прежде чем позволить высохнуть на воздухе.

3. Тестирование производимым стент-графтов

  1. Вставьте стент-трансплантат на Trifold баллона 3 мм.
  2. Обжать стент-трансплантат на баллон с помощью ручного обжимного инструмента.
  3. Осмотрите извитой стента трансплантат с помощью микроскопа для равномерного обжима и любые другие признаки отказа, как расслаивание или прокола материала покрытия из-за деформации стента.
  4. Расширение стента трансплантата проектируемого диаметром 3 мм с помощью опрессовки Trifold баллон с устройством инфляции и водой. Опять же, рассмотрим расширенный стент-трансплантат для равномерного расширения и признаков отказа.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Наша установка electrospinner (Рисунок 1) привело к высококачественных полиуретановых нановолокон (рисунок 2). Стент-графт изготавливается путем электроформования внутренний слой из полиуретана на оправку, скользя голый металлический стент над этим слоем и электроформования второй наружный слой из полиуретана (рисунок 3). Полиуретановые нановолокна electrospun со скоростью 50 мкм / ч, что приводит к внутреннему слою 100 мкм и наружный слой 150 мкм на стент-транспл...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Мы разработали технологию изготовления стент-графта малого калибра, который может быть развернут с использованием стандартной процедуры чрескожного коронарного вмешательства (ЧКВ). Доступные в настоящее время стент-графты ограничены в своей способности сохранять низкий профиль и гибкость для развертывания. Голые металлические стенты, разработанные нашей группой в наших предыдущих исследованиях, доказали свою эффективность в быстром заживлении стентированной артерии24,26. Различные полимеры были подвергнуты эле...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить инженерное подразделение клиники Майо за их техническую поддержку. Данное исследование было проведено при финансовой поддержке Европейского фонда регионального развития - FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), Национальными институтами здравоохранения (T32 HL007111), Грантом развития ученых Американской кардиологической ассоциации (AHA #06-35185N) и Инновационным фондом Грейнджера - Фондом Грейнджера.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Стеклянный шприцAir Tite7.140-33Шприц для спиннерет
Градуированный цилиндр 5 млFisher Scientific08-552-4G5 мл Градуированный цилиндр около 9 мм диаметром и длиной 11 см
Высоковольтный генераторBertan Accociates, Inc.205A-30PИспользуется для подачи разности напряжений на фильеру и коллектор
Лабораторный смеситель с контролем частоты вращенияScilogexSCI-84010201Доступен у различных поставщиков лабораторного оборудования
ПолиуретановыйDSMBioSpan SPUСегментированный полиуретановый
резиновый листMcMaster Carr1370N11Используется для изоляции шприца во время электроспиннинга
Оправка из нержавеющей сталин/д н/дМануфактурд 
Игла из нержавеющей сталиHamilton91018Используется в качестве спиннера в электропрядении
Вспомогательный материалEnvisionTecB04-HT-DEMOMATБиосовместимый водорастворимый материал
Шприцевой насосHarvard Apparatus55-3333

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи