Изготовление малых калибров стент-графтов Использование электроформования и на воздушном шаре Расширяемый Bare Metal стенты
26 октября 2016 г.
В протоколе мы представляем метод изготовления стент-графта малого калибра путем размещения баллонного расширяемого стента между двумя слоями нановолокнистого полиуретана с электроспинацией.
Общая цель данного процесса производства заключается в разработке малокалиберного стент-графта путем инкапсуляции баллон-расширяемого стента в два слоя электроспиннинговых полиуретановых нановолокон. Данное исследование помогает нам создавать малокалиберные стент-графты, которые заживают очень быстро, что потенциально открывает новые возможности для медицинского применения, которые ранее не использовались. Преимуществом данного метода является то, что стент-графты изготавливаются из полимерных нановолокон, имитирующих внеклеточный матрикс.
Процесс изготовления также является простым и обеспечивает благоприятные механические свойства и адгезию клеток. Для начала расплавьте около 8 milliliters биосовместимого водорастворимого вспомогательного материала пищевого класса в мерном цилиндре при 155 degrees Celsius. Также разогрейте стержень из нержавеющей стали длиной 100 millimeter и шириной 3 millimeter до 155 degrees Celsius.
Затем выключите печь и погрузите оправку в вспомогательный материал. После этого подвесьте оправку вертикально в печи и дайте материалу затвердеть, что должно произойти при температуре около 140 °C. Излишки материала должны стечь с конца.
Затем подготовьтеCollecting mandrel (вращающийся сборщик) системы электроспиннинга. Для этого потребуется лабораторный миксер с закрепленным пластиковым стержнем, который заканчивается зажимом для мандреля. Растворите вспомогательный материал с кончика мандреля, чтобы его можно было закрепить в зажиме.
Затем установите резиновые уплотнительные кольца с обеих сторон мандреля, чтобы защитить электропряденый материал от заземляющего провода, и заземлите мандрель с помощью U-образного заземляющего провода. После этого закрепите открытый конец мандреля коротким зажимом на дальнем конце для поддержки. С другого конца закрепите мандрель на вращающемся стержне лабораторного миксера.
Закрепите обе опоры на мандреле с помощью винтов и заземлите мандрель. Теперь подготовьте систему экструзии жидкого полиуретана. Сначала заполните стеклянный шприц объемом 5 мл, подходящий для шприцевого насоса, свежеприготовленным 15% раствором полиуретана и установите иглу из нержавеющей стали с тупым концом, которая будет выполнять роль фильеры.
Учитывая внутренний диаметр шприца, запрограммируйте насос на выдавливание раствора со скоростью 0,01 мл/мин. Чтобы предотвратить возникновение электрического пробоя, изолируйте шприц от токопроводящих частей шприцевого насоса с помощью резиновых листов. Затем установите шприц в насос так, чтобы кончик фильеры находился на расстоянии 20 см от стержневого коллектора.
Затем с помощью зажима «крокодил» подключите генератор высокого напряжения к фильере. Перед началом электроспиннинга выключите вытяжку вытяжного шкафа. Для начала работы запустите шприцевой насос и вращайте стержень со скоростью примерно 50 RPM.
Затем приложите разность потенциалов 20 kilovolts между фильерой и collecting mandrel. Полиуретановые нановолокна начнут осаждаться на вращающемся mandrel, и через несколько минут станет виден тонкий слой. Дайте полиуретановым нановолокнам наслаиваться в течение двух часов для формирования однородной трубки.
После получения нановолокон снова включите вытяжку вытяжного шкафа и извлеките мандрель из пластиковых опор. Затем осторожно наденьте баллонно-расширяемый стент на электроспиннинговую трубку, стараясь не повредить ее. При необходимости слегка расширьте стент, чтобы он надевался легче.
Затем обжмите стент в нужном месте, чтобы он плотно прилегал к трубке и не смещался. Это поможет предотвратить расслоение внутреннего и внешнего слоев. Верните мандрель в установку и продолжайте электроспиннинг в прежнем режиме в течение трех часов для формирования внешнего слоя на стент-графте.
Затем, не снимая с мандреля, скальпелем удалите излишки полиуретана, сделав циркулярный разрез примерно в одном миллиметре от каждого конца стента. После этого погрузите мандрель и стент-графт в деионизированную воду для растворения вспомогательного материала. При необходимости меняйте воду до полного растворения вспомогательного материала.
Затем аккуратно снимите стент-графт с мандреля и дайте ему высохнуть на воздухе. Чтобы протестировать стент-графт, наденьте его на трехмиллиметровый трехслойный баллон и зафиксируйте на баллоне с помощью ручного кримпера. Под микроскопом осмотрите сжатый стент-графт на предмет равномерности кримпирования и наличия любых других признаков повреждения, таких как расслоение или прокол материала покрытия, которые могут возникнуть при деформации стента.
Если результат удовлетворительный, расширьте стент-графт до трех миллиметров, создав давление в трехскладном баллоне с помощью устройства для раздувания и воды. После расширения снова осмотрите стент-графт под микроскопом. Убедитесь в равномерности расширения и отсутствии признаков повреждения.
С помощью установки для электроспиннинга можно производить высококачественные полиуретановые нановолокна. Электроспиннинг полиуретановых нановолокон с использованием данной установки позволяет создавать однородный слой полиуретана из расчета 50 микрон нановолокон в час. Обжим и расширение полученного стент-графта малого диаметра показывают, что данные устройства могут быть развернуты с помощью стандартного трехслойного баллона без неравномерного расширения или признаков разрушения материала.
После выполнения данной процедуры можно применить другие методы, такие как имплантация в модель животного, для исследования функциональности, долговечности и рабочих характеристик устройства. При выполнении данной процедуры важно помнить, что работа должна проводиться в вытяжном шкафу с выключенной вытяжкой во время электроспиннинга и с включенной вытяжкой перед извлечением образца.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен метод изготовления стент-графта малого калибра путем инкапсулирования баллонно-расширяемого стента в два слоя электроспиннинговых полиуретановых нановолокон. Данная методика направлена на создание стент-графтов с высокой скоростью заживления и потенциалом для применения в новых областях медицины.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биомедицинская инженерия
- Материаловедение
- Разработка медицинских изделий
Теоретическая часть
- Стенд-графты применяются в различных медицинских целях.
- Существующие методы могут не обеспечивать оптимальные регенеративные свойства.
- Полимерные нановолокна способны имитировать внеклеточный матрикс.
- Совершенствование конструкции стент-графтов может улучшить результаты лечения пациентов.
Цель исследования
- Разработать стент-графт малого калибра с улучшенными регенеративными свойствами.
- Изучить новые возможности медицинского применения стент-графтов.
- Упростить процесс изготовления при сохранении высокого качества изделий.
Используемые методы
- Растопите биосовместимый водорастворимый вспомогательный материал пищевого качества.
- Нагрейте стержень из нержавеющей стали до 155 °C.
- Выполните электроспиннинг полиуретановых нановолокон вокруг стента.
- Оцените механические свойства и адгезию клеток к стент-графту.
Основные результаты
- Стенд-графты продемонстрировали благоприятные механические свойства.
- Адгезия клеток была улучшена благодаря нановолокнистой структуре.
- Инкапсуляция стента с использованием описанного метода прошла успешно.
- Данный метод является перспективным для будущего применения в медицине.
Выводы
- Данный метод представляет собой простой подход к изготовлению стент-графтов.
- Существует потенциал для быстрого заживления и поиска новых областей применения.
- Необходимы дальнейшие исследования для изучения клинической значимости.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Данный протокол позволяет изготавливать стент-графты малого калибра с биомиметическими полиуретановыми нановолокнами, которые способствуют эндотелизации и быстрому заживлению. Этот подход решает ключевую проблему разработки сердечно-сосудистых устройств: создание тромборезистентных биосовместимых графтов для перкутанного введения с помощью стандартных коронарных катетеров. Благодаря сочетанию электроспиннинговых нановолокон с баллон-расширяемыми стентами данный метод обеспечивает масштабируемый путь для доклинической оценки технологий восстановления сосудов.
Стратегические области применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Обеспечивает биомиметический субстрат для изучения адгезии эндотелиальных клеток и устойчивости к тромбозу в моделях восстановления сосудов.
- Практическая ценность: Позволяет быстро создавать прототипы архитектуры стент-графтов для скрининга взаимодействий между полимерами и клетками на основе выдвигаемых гипотез.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: создание стандартизированных нановолоконных покрытий для количественной оценки эндотелизации и тромборезистентности в условиях потока.
- Практическая ценность: обеспечение воспроизводимого изготовления стент-графтов с контролируемой толщиной мембраны для обеспечения согласованности результатов анализов в разных лабораториях.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Обеспечивает создание имплантируемых малокалиберных устройств, совместимых с системами коронарного вмешательства, для тестирования моделей острых повреждений.
- Практическая ценность: Позволяет проводить механическую валидацию (кримпинг/расширение) для оценки долговечности и проходимости перед исследованиями по имплантации на животных.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный метод вписывается в континуум от открытия до доклинических исследований, обеспечивая итеративный дизайн сосудистых графтов для идентификации ведущих кандидатов и механистической валидации перед проведением исследований для подачи заявки на регистрацию нового лекарственного препарата (IND).
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез о путях эндотелизации с использованием регулируемых нановолоконных мембран в качестве культурных субстратов, имитирующих патологические состояния.
- Скрининг: позволяет создавать стандартизированные стент-графты для скрининга составов полимеров, способствующих быстрому покрытию эндотелием и препятствующих образованию тромбов.
- Аналитика: дает количественные показатели, включая толщину мембраны (50 microns/hour), целостность при кримпировании и равномерность расширения для принятия решений о целесообразности дальнейшего использования.
- Трансляционные исследования: позволяет создавать устройства, которые можно имплантировать с помощью стандартных трехкратно складываемых баллонных катетеров, что обеспечивает возможность прямого тестирования на доклинических моделях сосудистого повреждения.
- Корпоративное повторное использование: создает платформенную технологию, адаптируемую к различным типам стентов и полимерным системам для широкого применения при восстановлении сосудов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую уверенность в функциональности сосудистых протезов за счет создания тромборезистентного интерфейса, имитирующего внеклеточный матрикс.
- Практическая ценность: обеспечивает простой и масштабируемый процесс изготовления с минимальными требованиями к оборудованию (электроспиннер, шприцевой насос, вращатель стержня).
- Стратегическая ценность: снижает биологические риски на поздних стадиях за счет возможности ранней оценки потенциала заживления и механической стабильности устройств малого калибра.
- Влияние на портфель разработок: способствует приоритезации кандидатов на сосудистые протезы с учетом рисков на основе кинетики эндотелизации и совместимости при имплантации.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области переработки полимеров, подбора параметров электроспиннинга и методов работы со стентами.
- Необходима контролируемая установка для электроспиннинга с генератором высокого напряжения, шприцевым насосом и вращающимся стержнем-коллектором.
- Требуется стандартизация концентрации раствора (15% полиуретана), скорости потока (0.01 mL/min) и напряжения (20 kV) для обеспечения воспроизводимого осаждения нановолокон.
- При переносе метода на стенты с другой геометрией или иные полимерные системы необходимо учитывать особенности адаптации для сохранения однородности мембраны.
- Существуют практические ограничения, такие как степень полноты растворения вспомогательного материала и центровка стержня при двухслойном электроспиннинге.
