Протокол Относительная оценка гидродинамических трехстворчатый клапан полимеров
17 октября 2013 г.
Там был возобновлен интерес к разработке полимера клапанов. Здесь целью является продемонстрировать возможность изменения коммерческих копировальных импульсом для размещения трехстворчатый геометрии и определить протокол представить полимера данных гидродинамического клапана по сравнению с отечественными и протезов клапанов данные, собранные в условиях близких к идентичных условиях.
Общая цель следующего эксперимента состоит в том, чтобы продемонстрировать, как коммерчески доступный дупликатор импульсов in vitro может вместить новые три створки, полимерные протезы сердечных клапанов, а также оценить гидродинамические показатели сборки. Это достигается за счет сборки трубки и держателя клапана для размещения конфигурации трехствольчатого клапана в импульсном дупликаторе В качестве второго шага полимерные клапаны зашиваются на месте и тестируются для измерения их гидродинамических показателей. Нативные свиные клапаны и механические сердечные клапаны также тестируются для проверки аппаратных изменений системы в механической конструкции синтетического клапана.
Результаты показывают, что модифицированная система импульсного дупликатора может быть использована для оценки полимерных клапанов с нативной гидродинамикой свиных и механических клапанов, что дает представление о функциональных аспектах конструкции полимерных клапанов. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, запутаются, потому что методы утомительны, и существует множество концепций, связанных с гидродинамическими метриками, которые необходимы для тщательной оценки протезов клапанов и которые обычно не преподаются в традиционной учебной программе по инженерии. Применение этого метода распространяется на функциональное развитие новых технологий протезирования сердечных клапанов, поскольку гидродинамическая оценка дает представление о том, как еще больше улучшить конструктивные характеристики протеза клапана Har, наряду с Мануэлем.
Помогаю ему. В этой демонстрации будет участвовать брат Карл Ланде и студент бакалавриата в моей лаборатории. Этот протокол начинается с изготовления сборки.
Это включает в себя держатель клапана, используемый для наложения швов на створок клапана, трубку, используемую для размещения держателя клапана, и окружающие аксессуары, которые крепят сборку к системе импульсного дубликатора. Также требуется коммерчески доступная система дупликаторов импульсов Перед использованием системы сначала заправьте весь контур. Очистите систему контура водой с мылом.
Во время этого процесса замените все поврежденные трубки. Затем откалибруйте приборы, подключенные к контуру, которыми являются насос, датчик потока и датчики давления. Калибровка начинается с 1%-ного солевого раствора, за которым следует аналог глицерина в крови.
Как правило, их калибруют для проведения измерений в предсердиях, аорте и желудочках. После калибровки приступайте к подготовке клапанов. Получите четыре свежих свиных сердца с неповрежденной аортой на скотобойне, одобренной A-U-S-D-A.
Распакуйте и промойте сердце деионизированной водой и поместите его в емкость, наполненную 1% антимикотическим антибиотиком из PBS на льду. Транспортируйте его в лабораторию гидродинамических испытаний. Поместите одно из сердечек в кастрюлю для пресечения и аккуратно удалите его перикард.
Глядя на вентральную сторону, осмотрите четыре камеры и найдите дугу аорты на неповрежденной аорте. Затем разделите сердце на половинки. Разрежьте горизонтально на три четверти дюйма ниже кольцевого кольца на стыке между аортой и левым желудочком и изолируйте неповрежденную аорту, прикрепленную к сегменту ткани левого желудочка.
Осмотрите аортальный клапан, расположенный в корне аорты, на предмет повреждения или кальциноза. Это область между восходящей аортой и нижним кольцом. Если все выглядит хорошо, разделите аорту примерно на дюйм выше аннулуса, в противном случае выбросьте ткань.
Затем отделите сегмент ткани левого желудочка ниже кольца, чтобы изолировать аортальный клапан с изолированным клапаном. Продолжайте наложение швов, чтобы закрепить клапан на держателе. Сначала поместите его внутрь держателя клапана.
Совместите основание клапана с основанием держателя столба. Затем временно закрепите клапан скрепкой. Будьте осторожны, чтобы не повредить спайку или выступы.
Теперь наложите швы на дно держателя клапана. Проведите иглу через первое отверстие и вниз на дно. Затем петлей пришить клапан к держателю клапана вдоль столбов.
Продолжайте наложение швов по окружности держателя. Завершите наложение швов дополнительным швом вокруг кончиков стоек для дополнительной безопасности. После наложения швов закрепите клапан на всех стойках.
Снимите скрепку в этой демонстрации. Используется система дупликатора импульсов vi vi. В других системах шаги будут отличаться.
Начните оценку, установив частоту сердечных сокращений системы на 70 ударов в минуту. Затем выберите форму сигнала потока для привода насоса, которой в данном случае является форма волны S 35. Теперь включите усилитель и поршневой насос и дайте им прогреться в течение 15 минут.
При испытании двуствольчатого клапана поместите его в систему в аортальном положении для клапана с наложенным швом. Сначала поместите его внутрь стеклянной трубки для индивидуальной сборки, соединив трубку с верхней и нижней частями и закрепив их боковыми винтами. Мы только что вставили полимерный клапан.
Это та же процедура, которую мы используем для вставки родного клапана. Затем поместите узел между камерой аорты и оригинальным держателем аортального клапана с установленным клапаном, намажьте вакуумной смазкой все соединения, которые могут протекать. Далее добавьте в предсердный отсек два литра 35%-ного глицерина в физиологическом растворе.
Теперь, когда система заполнена, самым важным шагом является обеспечение хорошей калибровки всех компонентов. Два человека работают вместе, чтобы настроить систему. Теперь убедитесь, что датчик потока установлен в положение аорты, и включите его, следуя инструкциям на вкладке калибровки в программном обеспечении, откалибруйте насос, а затем датчик потока, а затем датчики давления.
После завершения калибровки запустите насос на низких оборотах, пока жидкость не заполнит аортальный отсек. Проверьте наличие утечек и загерметизируйте их дополнительной вакуумной смазкой. Поверните два запорных крана в открытое положение.
Они представляют собой аортальные и желудочковые датчики. Увеличивайте обороты насоса до тех пор, пока объем хода не достигнет 80 миллилитров на удар. Дайте системе поработать в течение 10 минут, пока поток не стабилизируется.
В этом можно убедиться, наблюдая за формами потока и волны давления на экране. Когда изменения между циклами незамечены или очень незначительны, система стабилизируется. Теперь в тестовом программном обеспечении VI выберите режим получения и нажмите на Собрать 10 циклов из режима анализа, нажмите на таблицу и сохраните файл.
Кроме того, сохраните изображение осциллограмм с помощью фотоснимка. Вариант пятый, полимерные четыре нативных свиных и два двуствольных клапана. Скорость потока измеряли с помощью электромагнитного расходомера, подключенного к неинвазивному проточному зонду, расположенному на границе желудочка и аортальной камеры.
Давление в желудочках измеряли в камере желудочка с помощью наложенного на него датчика давления с микронаконечником. В результате выводятся значения для нативных и В-ствольных клапанов диаметром 29 мм. Из литературы.
Давление в аорте измерялось сразу после положения аортального клапана с помощью микродатчика давления. Опять же, приведены ранее сообщенные значения для клапанов диаметром 29 мм. Таким образом, многие параметры были рассчитаны на основе проведенных измерений расхода и давления.
Размер испытанных клапанов составил в среднем около 22 миллиметров в диаметре по створок. Клапаны было трудно достать. Следовательно, размер их выборки невелик.
После освоения этого метода, включая подготовку образцов и гидродинамическую оценку, можно выполнить примерно за два с половиной часа. С помощью специальной сборки мы смогли продемонстрировать, что мы создали способ, с помощью которого мы можем разместить конструкции трехствольных клапанов или трехствольных полимерных клапанов, а затем включить эти типы клапанов или эти полимерные клапаны в существующую коммерческую пульсирующую петлю для функциональной гидродинамической оценки. В то же время мы смогли продемонстрировать, что можем объективно сравнить эти клапаны с родным клапаном, который также является трехстворчатым по геометрии.
В нашем случае мы используем нативные аортальные клапаны свиньи, потому что эти клапаны очень похожи на человеческие. Наконец, следуя этим процедурам, мы также можем рассмотреть другие области исследований, такие как разработка клапанов, собранных на каркасе, которые могут быть использованы для тканевой инженерии, сердечных клапанов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании демонстрируется возможность модификации коммерческого имитатора пульсационного кровотока для установки полимерных сердечных клапанов с тремя створками. Также определяется протокол оценки гидродинамических показателей таких клапанов в сравнении с нативными и механическими клапанами.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биомедицинская инженерия
- Сердечно-сосудистые устройства
- Гидродинамика
Теоретические сведения
- Новые технологии полимерных сердечных клапанов требуют тщательной оценки.
- Гидродинамические показатели имеют решающее значение для оценки работы клапана.
- Существующие методы могут недостаточно охватывать возникающие сложности.
- Понимание этих показателей может привести к совершенствованию конструкций протезов.
Цель исследования
- Модифицировать импульсный дубликатор для тестирования трехстворчатых клапанов.
- Разработать протокол гидродинамической оценки.
- Сравнить полимерные клапаны с нативными и механическими аналогами.
Используемые методы
- Сборка держателя клапана и трубки для трехстворчатой конфигурации.
- Пришивание полимерных клапанов и подготовка к гидродинамическим испытаниям.
- Калибровка системы пульс-дупликатора с использованием растворов физиологического раствора и глицерина.
- Тестирование нативных свиных и механических клапанов для валидации.
Основные результаты
- Модифицированный пульс-дупликатор эффективно позволяет оценить гидродинамику полимерных клапанов.
- Полученные данные могут быть использованы при разработке будущих конструкций полимерных клапанов.
- Трудности в методологии подчеркивают необходимость специализированного обучения.
- Данное исследование закладывает основу для дальнейших изысканий в области протезирования клапанов.
Выводы
- Гидродинамическая оценка имеет решающее значение для разработки полимерных клапанов.
- Модифицированные системы позволяют восполнить недостатки существующих методов оценки.
- Будущие исследования должны быть сосредоточены на совершенствовании этих методов для более широкого применения.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Данный протокол позволяет проводить гидродинамическую оценку трехстворчатых полимерных сердечных клапанов на ранних стадиях с использованием модифицированного коммерческого пульс-дупликатора, предоставляя объективные функциональные данные для доработки конструкции. Обеспечивая возможность прямого сравнения с нативными и механическими клапанами в идентичных условиях, этот метод снижает вариабельность измерений и способствует минимизации рисков, связанных с механизмами работы устройства, при разработке сердечно-сосудистых имплантатов. Данный подход представляет собой масштабируемую и воспроизводимую платформу для оценки перспективных протезов клапанов на этапах поиска и доклинических исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять гипотезы по конструкции клапана с помощью количественных гидродинамических показателей в физиологически релевантных условиях потока.
- Практическая ценность: предоставляет стандартизированную систему функциональной оценки, что снижает вариативность результатов между сериями испытаний и зависит от техники оператора.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает получение воспроизводимых количественных показателей, таких как перепад давления, скорость потока и объем регургитации, для сравнительного скрининга клапанов.
- Практическая ценность: Способствует подготовке анализа за счет адаптации коммерческой системы под гибкие геометрии трехстворчатых клапанов, что позволяет повторно использовать платформу.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: способствует преемственности трансляционных исследований, позволяя проводить сравнительную оценку полимерных клапанов с нативными свиными клапанами и механическими эталонами.
- Практическая ценность: позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем развитии проекта, предоставляя объективные данные о гидродинамических характеристиках на ранних этапах цикла проектирования.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в процесс разработки, обеспечивая поддержку оценки дизайна на основе гипотез, позволяя проводить количественный скрининг прототипов клапанов и предоставляя данные для доклинической валидации посредством эталонного гидродинамического профилирования.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и снижение биологических рисков путем измерения функциональных характеристик конструкций клапанов в контролируемой среде с пульсирующим потоком.
- Скрининг: обеспечивает стандартизацию анализа и количественные гидродинамические показатели, которые позволяют проводить объективное сравнение различных итераций клапанов.
- Аналитика: предоставляет измеряемые показатели для сравнительного анализа, включая перепад давления при прямом потоке, среднеквадратичную скорость потока в корне аорты, динамику закрытия, утечку и потерю энергии.
- Трансляционные исследования: связывает этап открытий с доклинической работой, позволяя проводить валидацию по сравнению с нативными и золотым стандартом механических клапанов в идентичных условиях испытаний.
- Корпоративное повторное использование: создает многоразовую систему гидродинамических испытаний, которая может быть применена в нескольких кампаниях по разработке клапанов без необходимости разработки специализированных систем.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозов при проектировании клапанов за счет предоставления объективных и сопоставимых гидродинамических данных для различных типов клапанов.
- Операционная ценность: Повышает воспроизводимость и стандартизацию благодаря использованию модифицированной коммерческой системы с определенными этапами калибровки и подготовки.
- Стратегическая ценность: Облегчает принятие решений о целесообразности дальнейшей разработки («go/no-go»), снижая биологические риски на поздних стадиях за счет раннего функционального анализа прототипов полимерных клапанов.
- Влияние на портфель разработок: Позволяет проводить приоритезацию конструкций клапанов с учетом рисков на основе количественных показателей гидродинамических характеристик относительно установленных эталонов.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области сердечно-сосудистой гидродинамики, методах наложения швов на клапаны и эксплуатации системы пульсирующего дубликатора.
- Необходим доступ к коммерческой системе пульсирующего дубликатора, допускающей модификацию для размещения трехстворчатого клапана.
- Требуется межкомандная стандартизация процедур подготовки клапана, наложения швов и калибровки системы.
- При применении протокола к различным полимерным материалам, размерам клапанов или условиям потока необходимо учитывать особенности адаптации.
- Возможности ограничены технической сложностью установки и необходимостью специального обучения интерпретации гидродинамических показателей.
