Summary
Vi præsenterer en metode til montering af en svin aortaklapp på en pulsduplikator for at teste dens hydrodynamiske egenskaber. Denne metode kan bruges til at bestemme ændringen i hydrodynamik efter anvendelse af en forsøgsprocedure eller nyt medicinsk udstyr før brug i en stor dyremodel.
Abstract
Mulighederne for at teste nye hjerteprocedurer og undersøgende medicinsk udstyr før brug i en dyremodel er begrænsede. I denne undersøgelse præsenterer vi en metode til montering af en svine aortaklapp i en pulsduplikator for at evaluere dens hydrodynamiske egenskaber. Disse egenskaber kan derefter evalueres før og efter den undersøgte procedure udføres og/eller det undersøgende medicinske udstyr anvendes. Sikring af tilstrømningssegmentet giver nogle vanskeligheder på grund af manglen på periferentielt myokardium i venstre ventrikulær udstrømningskanal. Denne metode løser dette problem ved at sikre tilstrømningssegmentet ved hjælp af mitralventilens forreste folder og derefter sy den venstre ventrikulære frie væg omkring tilstrømningsarmaturet. Udstrømningssegmentet sikres simpelthen ved at indsætte armaturet i et snit i det overlegne aspekt af aortabuen. Vi fandt, at prøver havde signifikant forskellige hydrodynamiske egenskaber før og efter vævsfiksering. Dette fund fik os til at bruge friske prøver i vores test og bør overvejes, når vi bruger denne metode. I vores arbejde brugte vi denne metode til at teste nye intrakardiale plastermaterialer til brug i valvulær position ved at udføre en aortaklappens neocuspidiseringsprocedure (Ozaki-procedure) på de monterede svineaortaklapper. Disse ventiler blev testet før og efter proceduren for at vurdere ændringen i hydrodynamiske egenskaber sammenlignet med den oprindelige ventil. Heri rapporterer vi en platform til hydrodynamisk test af eksperimentelle aortaklappeprocedurer, der muliggør sammenligning med den oprindelige ventil og mellem forskellige enheder og teknikker, der anvendes til den undersøgte procedure.
Introduction
Aortaklappesygdom udgør en betydelig folkesundhedsbyrde, navnlig aortastenose, som rammer 9 millioner mennesker verden over1. Strategier til at løse denne sygdom er i øjeblikket under udvikling og omfatter reparation af aortaklappen og udskiftning af aortaklappen. Især i den pædiatriske befolkning er der et betydeligt incitament til at reparere snarere end udskifte ventilen, da de aktuelt tilgængelige proteser er tilbøjelige til strukturel ventildegeneration (SVD) og ikke er væksttolerante, hvilket kræver reoperation til genudskiftning, når patienten vokser. Selv Ross-proceduren, som erstatter den syge aortaklapp (AV) med den oprindelige lungeventil (PV), kræver en protese eller transplantat i lungepositionen, der også er underlagt SVD og ofte begrænset væksttolerance2. Nye tilgange til aortaklappesygdom er under udvikling, og der er behov for test i en biologisk relevant kontekst forud for anvendelse i en stor dyremodel.
Vi har udviklet en metode til test af en AV til svin, der kan give indsigt i ventilens funktion før og efter en undersøgelsesprocedure eller anvendelse af et nyt medicinsk udstyr. Ved at montere porcine AV på en kommercielt tilgængelig pulsduplikatormaskine er vi i stand til at sammenligne de hydrodynamiske egenskaber, der almindeligvis anvendes i undersøgelsen og i sidste ende godkendelse af ventilproteser, herunder regurgitationsfraktion (RF), effektivt åbningsareal (EOA) og gennemsnitlig positiv trykforskel (PPD)3,4. Interventionen kan derefter finjusteres i en biologisk relevant sammenhæng før brug i en stor dyremodel, hvilket begrænser antallet af dyr, der er nødvendige for at producere en procedure eller protese, der kan bruges i mennesker. De hjerter, der anvendes til dette eksperiment, kan hentes fra det lokale slagteri eller affaldsvæv fra andre forsøg, så det er ikke nødvendigt at ofre et dyr udelukkende med henblik på dette eksperiment.
I vores arbejde brugte vi denne metode til at udvikle et nyt plastermateriale til reparation og udskiftning af ventiler. Vi testede den hydrodynamiske funktion af en række plastermaterialer ved at udføre en neocuspidiseringsprocedure for aortaklappen (Ozaki-procedure 5,6,7) på AV'er fra svin og teste dem i pulsduplikatoren før og efter proceduren. Dette gjorde det muligt for os at finjustere materialet baseret på dets hydrodynamiske ydeevne. Denne metode giver således en platform til hydrodynamisk test af eksperimentelle procedurer og nyt medicinsk udstyr til brug på AV inden anvendelse i en stor dyremodel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Al forskning blev udført i overensstemmelse med institutionelle retningslinjer for pasning af dyr.
1. Overvejelser og forberedelser til forsøget
- Brug en passende pulsduplikator (PD) til simulering af hjerteudgang gennem AV. PD skal kunne rumme biologiske materialer og kunne rengøres.
- Brug PD-indstillinger, der er passende til test af AV: 70 ml forskydningsvolumen og 70 slag i minuttet (5 l / min hjerteudgang), 35% af hjertecyklussen i systole, 100 mmHg gennemsnitlig transvalvulær trykgradient, 120 maksimal trykgradient og 80 minimum trykgradient.
- Brug stuetemperatur (RT) normalt saltvand (0,9% NaCl) som væskemedium.
- Find eller opret (ved hjælp af 3D-udskrivning eller en lignende metode) passende armaturer til montering af svin AV til test på PD.
- Brug armaturer, der er modelleret efter armaturerne, der leveres med pulsduplikatoren med følgende specifikationer: Sørg for, at armaturets indvendige diameter svarer til diameteren på den AV, der undersøges, fastgørelseslængden er mindst 2 cm, og den anvendelige fastgørelsesbredde er mindst 4 cm (figur 1).
- Brug gummi O-ringe som pakninger på enderne af armaturerne.
- Få en hjerteprøve efter kardioktomi (figur 2A).
- Brug svinehjerteprøver fra slagteriet eller affaldsvæv fra dyr, der ellers er sunde og ikke har været en del af nogen forsøgsprotokoller, der vil påvirke deres hjerter.
- Få prøve efter kardioktomi eller udfør post-mortem kardioktomi, herunder transsektion af den overlegne vena cava, ringere vena cava, hovedlungearterie (PA), alle lungevener og aorta ved det distale aspekt af aortabuen.
BEMÆRK: Friske prøver, mindre end 6 timer post mortem eller opbevaret i sterilt saltvand med en 1% antibiotisk opløsning (penicillin og streptomycin) i et 4 oC køleskab i op til 7 dage, bør anvendes til dette forsøg. Væv fastgjort i formalin eller glutaraldehyd vil producere ændrede hydrodynamiske resultater på grund af øget stivhed.
Figur 1: Brugerdefinerede 3D-printede armaturer til montering af svins aortaklapper på pulsduplikatoren. Som nævnt i protokollen skal fastgørelseslængden være mindst 2 cm, og den anvendelige fastgørelsesbredde skal være mindst 4 cm. Klik her for at se en større version af denne figur.
2. Resektion af højresidede strukturer
- Disseker PA fra aorta med Metzenbaum-saksen, indtil ventrikelvæv er synligt (figur 2B).
- Disseker og ligat med silke binder begge koronararterier ved deres oprindelse fra aortabihulerne, pas på ikke at indsnævre bihulerne.
- Transekter koronararterierne distale til silkebåndene.
- Snit højre ventrikel (RV) mellem aorta og PA i bunden af lungeventilen ved hjælp af Metzenbaum-saks (figur 2C).
- Begynd anteriort, fortsæt snittet omkreds langs den interventrikulære septum for at fjerne RV-fri væg (figur 2D, E).
- Fortsæt snittet bagud gennem tricuspidventilannulus langs det interatriale septum for at fjerne alt højre atrievæv (figur 2F).
Figur 2: Kardiektomiprøve og resektion af højresidede strukturer. A) Prøve af kardioktomi. (B) Hovedlungearterien dissekeret fra aorta, indtil ventrikulært væv er synligt. (C) Indskæring af højre ventrikel (RV) i bunden af lungeventilen. (D) Fortsættelse af snittet langs den interventrikulære septum anteriort. (E) Fjernelse af den RV-fri væg ved at fortsætte snittet omkreds langs den interventrikulære septum. F) Prøveeksemplar med højresidede strukturer fjernet. Klik her for at se en større version af denne figur.
3. Forberedelse af venstre ventrikulær udstrømningskanal (LVOT) til kanylering med PD-armaturet
- Skær venstre atrium (LA) gennem højre lungeveneostium parallelt med aorta ved hjælp af Metzenbaum-saks (figur 3A).
BEMÆRK: Selvom der findes begrænset variabilitet, slutter porcins lungeveneanatomi generelt i to lungeveneostia, der kommer ind i LA8. - Fortsæt snittet mod mitralventilens anterolaterale kommission (MV), og efterlad mindst en 3 mm manchet atrievæv på aorta-siden.
- Trim overskydende LA-væv, og bevar 3 mm manchetten af atrievæv på aorta og MV annulus omkreds (figur 3B).
- Forlæng snittet på venstre ventrikel (LV) gennem MV's anterolaterale kommission, idet man sørger for at bevare den anterolaterale papillære muskel (figur 3C).
- Opdel chordae tendineae fra den anterolaterale papillære muskel til den bageste MV-folder, og bevar vedhæftede filer til den forreste MV-folder.
- Fortsæt snittet til toppen af hjertet.
- Trim overskydende LV-væv under papillærmusklerne, og bevar begge papillære muskler (figur 3D).
Figur 3: Forberedelse af venstre ventrikulær udstrømningskanal til kanylering med pulsduplikatorarmaturet. (A) Indskæring af venstre atrium (LA) gennem ostium i højre lungevene. (B) Overskydende LA-væv, der er trimmet, idet mindst 3 mm manchet atrievæv opretholdes på aorta, og mitralklappens annulus omkreds opretholdes. (C) Udvidelse af snittet på venstre ventrikel (LV) gennem mitralventilens anterolaterale kommission. (D) Fjernelse af overskydende LV-væv under papillærmusklerne. Saks er synlig i øverste højre hjørne af billedet. Klik her for at se en større version af denne figur.
4. Forberedelse af aorta til kanylering med PD-armaturet
- Trim overskydende lymfatisk, bindevæv eller lungearterievæv fra aorta (figur 4A).
- Skær det overlegne aspekt af aortabuen fra den nedadgående aorta til venstre subklaviske arterie ved hjælp af Metzenbaum-saks (figur 4B).
- Fortsæt snittet på det overlegne aspekt af aortabuen fra venstre subklaviske arterie til brachiocephalic trunk (figur 4C, D).
BEMÆRK: Grene af svins aortabue fra distal til proksimal omfatter venstre subklaviske arterie og brachiocephalic bagagerum, hvilket giver anledning til højre subklaviske arterie, højre halspulsåre og venstre halspulsåre9.
Figur 4: Forberedelse af aorta til kanylering med pulsduplikatorarmaturet. (A) Aortabuen med overskydende væv fjernet. Bemærk de to buekar i svins aortabu, brachiocephalic bagagerummet og den venstre subklaviske arterie. (B) Start af snittet langs det overlegne aspekt af aortabuen fra den nedadgående aorta til venstre subklaviske arterie. (C) Fortsættelse af snittet langs det overlegne aspekt af aortabuen fra venstre subklaviske arterie til brachiocephalic trunk. (D) Afsluttet aortabusnit. Klik her for at se en større version af denne figur.
5. Kanylering af LVOT med PD-armaturet
- Test placeringen af armaturet i LVOT og trim overskydende LV-væv.
- Indsæt armaturet i LVOT under MV's forreste folder.
- Sæt den LV-fri væg rundt om armaturet.
- Trim overskydende LV-væv for at opretholde en tæt indpakning omkring armaturet.
- Halvdelen af tykkelsen af den frie LV-væg fjernes startende ved den interventrikulære septum, og der opretholdes mindst 1 cm epikardium ved den frie kant for at opretholde suturlinjens integritet (figur 5A).
- Trim 1 cm væv af det øverste hjørne af LV-fri vægfolie (figur 5A).
- Placer armaturet i LVOT med støttestangens fastgørelseshul 1 cm bag LV-snittet (figur 5B).
- Pas på ikke at indsætte armaturet for langt ind i LVOT, så det udvider AV-annulus.
- Fastgør MV's forreste folder til armaturet ved hjælp af en eller to 6-tommers lynlåsbånd placeret mellem indlægssedlens chordae tendineae (figur 5C).
- Sutur den LV-frie væg omkring armaturet (figur 5D).
- Start med at sy manchetten af LA-væv på aorta til MV-annulus ved hjælp af en simpel løbende sutur med en konisk punktnål.
- Fortsæt løbesømmen på LV, ikke rive LV-vævet.
Figur 5: Kanylering af venstre ventrikulær udstrømningskanal med pulsduplikatorarmaturet. (A) En halv tykkelse af LV-fri væg fjernet med 1 cm epikardium opretholdt ved den frie kant. Den stiplede linje angiver det område på 1 cm, der skal fjernes fra det øverste hjørne af LV-fri vægindpakning. (B) Støttestangens fastgørelseshul placeret 1 cm bag LV-frivægssnittet. (C) Lynlås, der fastgør MV's forreste folder til den proksimale armatur. (D) LV-fri væg sutureret rundt om armaturet. Klik her for at se en større version af denne figur.
6. Kanylering af aorta med PD-armatur og sidste forberedelse til PD-test
- Mål diameteren af AV ved hjælp af Hegar dilatatorer til at hjælpe med fortolkningen af resultaterne af PD test.
- Aortaens neutrale position identificeres ved at løfte prøven af bordet ved at tage fat i aorta (figur 6A).
- Indsæt PD-armaturet i aorta, og sørg for at stille stangfastgørelseshullerne op i aortas neutrale position.
- Kontroller prøvens længde ved at indsætte støttestængerne.
- Fastgør PD-armaturet til aorta ved hjælp af en eller to 6-tommer lynlåsbånd (figur 6B).
- Fastgør LVOT omkring PD-armaturet ved hjælp af en eller to 8-tommer lynlåsbånd.
- Fastgør støttestængerne på plads ved hjælp af skruer, der følger med PD-sættet.
- Prøven anbringes i PD, og testen startes (figur 6C, video 1 og video 2).
- Sutur eventuelle lækager efter behov.
Figur 6: Kanylering af aorta og test i pulsduplikatoren. (A) Løft prøven fra bordet ved aorta for at identificere aortas neutrale position. (B) Distal armatur fastgjort i aorta med lynlås. C) Prøve monteret i pulsduplikatoren til hydrodynamisk prøvning. Klik her for at se en større version af denne figur.
7. Udfør eksperimentel procedure
BEMÆRK: Udfør eksperimentelle procedurer som Ozaki-proceduren som tidligere beskrevet 5,6,7, og gentag PD-test.
- Hvis vævet er blevet udtørret under proceduren, skal du stramme lynlåsbåndene og forstærke suturlinjen efter behov.
8. Langtidsopbevaring af prøven (hvis ønsket)
- Prøven anbringes i formalin 10% i 168 timer (1 uge)10,11.
- Efter vævsfiksering vaskes prøven med deioniseret vand og anbringes i ethanol 70% til langtidsopbevaring.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De repræsentative data indsamlet fra pulsduplikatoren inkluderer regurgitationsfraktion (RF), effektivt åbningsområde (EOA) og gennemsnitlig positiv trykforskel (PPD). RF og EOA bruges især i ISO-standarderne for proteseventiler (ISO 5840) og vil være vigtige at indsamle, hvis proteseventilprodukter undersøges. PPD giver information om, hvor meget tryk der kræves for at åbne ventilen og refereres ofte, når man diskuterer udskiftning af proteseventil 3,4. HDTi-6000 pulsduplikatoren (BDC Laboratories, Wheat Ridge, CO), der anvendes i dette eksperiment, kan indsamle andre værdier, hvis det ønskes, herunder lukkevolumen, lækagevolumen, totalt regurgitantvolumen, totalt fremadstrømningsvolumen, systolisk varighed, maksimal positiv trykforskel og gennemsnitlig fremadgående strømning.
Værdierne for hydrodynamisk test (RF, EOA og PPD) af den oprindelige aortaklapp (n = 20) i et korrekt udført eksperiment er vist i tabel 1. De opnåede værdier ligger inden for det normale interval for aortaklappemålinger, herunder en gennemsnitlig RF på 5,74%12 og et gennemsnitligt forventet aortaklappeindeks på 1,08 cm2/m2 (beregnet ved at forudsige kropsoverfladeareal baseret på gennemsnitlig aortadiameter og dividere den gennemsnitlige EOA med denne værdi)13,14.
Når prøven er fastgjort i formalin 10% eller glutaraldehyd 0,6%, bliver vævene omkring ventilen stive, og det er vanskeligt at rette prøven tilstrækkeligt til testning. Enhver kurve eller bøjning fremhæves, og ventilannulus kan forvrænges, så RF fejlagtigt hæves på grund af forkert aptering af folderne. For eksempel var RF-værdierne for to faste prøver, der havde irreducible bøjninger, der forvrængede annulus, 27,73% og 67,30%. Selv når prøven er lige nok til at teste, producerer stivheden af vævet omkring ventilen en falsk forhøjet PPD, nedsat RF og nedsat EOA. Der er ingen signifikant forskel mellem fiksering i formalin eller glutaraldehyd. Disse spørgsmål bør tages i betragtning, hvis der anvendes fast væv med denne eksperimentelle model, og tyder på, at friske prøver er mere repræsentative for in vivo-ventilfunktionen . Tabel 2 viser repræsentative værdier før og efter vævsfiksering i faste prøver, der kan monteres ubøjet.
RF kan fejlagtigt hæves ved at lække fra prøven, især lækker proksimalt til ventilen. Der kan forventes en vis lækage, og som hovedregel er enhver lækage, der præsenterer med en kontinuerlig strøm (i modsætning til dryp), hydrodynamisk signifikant. Lækage fra suturlinjen kan løses ved hjælp af en forstærkende sutur (en anden løbende sutur eller en figur på otte sting). Generelt bør der ikke bruges skærenåle, når du bruger denne model, da der vil lække fra suturhuller. Utæt fra armaturets indsættelsessteder kan løses ved at stramme eksisterende lynlåsbånd eller tilføje flere. I et repræsentativt tilfælde resulterede stramning af et lynlåsbånd for at imødegå lækage i et fald i RF fra 13.7% til 9.5%. Pas på ikke at stramme lynlåsbåndene for meget på tilstrømningssiden, da dette kan føre til en falsk nedsat EOA og falsk forhøjet PPD. I et repræsentativt tilfælde resulterede løsningen af en overspændt lynlås i en stigning i EOA fra 0,98 cm2 til 1,08 cm2 og et fald i PPD fra 20,2 mmHg til 18,0 mmHg. Lynlåsbåndene skal være løse nok til, at ventrikelvævet proksimalt til ventilen forbliver bøjeligt, og lækage behøver ikke nødvendigvis elimineres fuldstændigt, bare bremses til en dryppende tilstand, hvor det ikke påvirker de hydrodynamiske målinger.
Når den oprindelige ventil er blevet testet, kan den undersøgte procedure derefter udføres for at bestemme ændringen i hydrodynamisk funktion. I vores arbejde undersøgte vi effekten af at bruge forskellige plastermaterialer i en valvulær position ved at udskifte folderne via Ozaki-proceduren 5,6,7. Ved at erstatte folderne med forskellige undersøgelsesmaterialer var vi i stand til at evaluere funktionen af forskellige materialer til brug ved reparation og udskiftning af aortaklappen. De værdier, der blev opnået efter Ozaki-proceduren ved anvendelse af kontrolplastermaterialet (autologt perikardium fastgjort i glutaraldehyd 0,6%) frembragte en ændring fra basisventilen, der er i overensstemmelse med ventiludskiftning ved hjælp af en ventilprotese af passende størrelse (RF < 10%, PPD < 20 mmHg, EOA-ændring < 0,3 cm2 fald fra baseline)4. Repræsentative værdier opnået efter udførelse af Ozaki-proceduren med kontrolplastermaterialet er angivet i tabel 3.
Video 1: Fungerende aortaklapp optaget med det interne kamera på pulsduplikatoren. Klik her for at downloade denne video.
Video 2: Sidebillede af aortaklappen, der testes på pulsduplikatoren. Klik her for at downloade denne video.
| Prøve | Diameter (mm) | RF (%) | EOA (cm2) | PPD (mmHg) |
| P1 | 20 | 4.90 | 1.20 | 7.50 |
| P2 | 18 | 6.50 | 1.08 | 8.00 |
| P3 | 17 | 3.40 | 1.25 | 13.80 |
| P4 | 21 | 8.87 | 1.55 | 13.60 |
| P5 | 19 | 5.93 | 1.46 | 14.73 |
| P6 | 19 | 4.30 | 1.47 | 14.53 |
| P7 | 17 | 3.33 | 1.30 | 16.53 |
| P8 | 18 | 5.47 | 1.23 | 15.50 |
| P10 | 18 | 3.17 | 1.28 | 13.43 |
| P11 | 16 | 4.03 | 1.04 | 16.70 |
| P12 | 17 | 4.17 | 1.33 | 11.33 |
| P13 | 17 | 6.90 | 1.37 | 9.97 |
| P14 | 15 | 5.67 | 1.22 | 11.57 |
| P15 | 14 | 8.33 | 1.23 | 11.80 |
| P16 | 16 | 6.10 | 1.29 | 10.33 |
| P17 | 17 | 5.80 | 1.40 | 8.03 |
| P18 | 16 | 3.77 | 1.29 | 9.73 |
| P19 | 15 | 4.53 | 1.17 | 11.40 |
| P21 | 22 | 11.73 | 1.26 | 8.30 |
| P22 | 17 | 7.83 | 1.17 | 9.27 |
| Betyde | 17.45 | 5.74 | 1.28 | 11.80 |
| Standardafvigelse | 2.01 | 2.18 | 0.13 | 2.92 |
Tabel 1: Repræsentative værdier opnået ved hydrodynamisk test i et korrekt udført forsøg. Prøverne P9 og P20 blev ikke inkluderet, fordi de oprindelige ventiler var unormale. Værdier opnået fra pulsduplikatorsoftware. RF, regurgitation fraktion; EOA, effektivt åbningsområde; PPD, positiv trykforskel.
| Indfødt (n = 6) | Fast (n = 6) | p-værdi | |
| RF (%) | 5,81 ± 3,10 | 2.36 ± 1.20 | 0.01 |
| EOA (cm2) | 1.21 ± 0.08 | 0,77 ± 0,35 | 0.04 |
| PPD (mmHg) | 9.17 ± 2.42 | 23.50 ± 10.69 | 0.02 |
| Glutaraldehyd fikseret (n = 2) | Formalin fast (n = 4) | p-værdi | |
| RF (%) | 2,52 ± 1,86 | 2.28 ± 1.11 | 0.89 |
| EOA (cm2) | 0,81 ± 0,34 | 0,76 ± 0,40 | 0.89 |
| PPD (mmHg) | 19.33 ± 2.31 | 25.58 ± 13.09 | 0.42 |
Tabel 2: Repræsentative værdier opnået ved hydrodynamisk test før og efter vævsfiksering med formalin 10% eller glutaraldehyd 0,6%. Data præsenteret som gennemsnitlig ± standardafvigelse. P-værdier blev beregnet ved hjælp af den parrede t-test (native vs. fast) eller uparret t-test (glutaraldehyd vs. formalin). Værdier opnået fra pulsduplikatorsoftware. RF, regurgitation fraktion; EOA, effektivt åbningsområde; PPD, positiv trykforskel.
| Indfødt (n = 6) | Post-Ozaki (n = 6) | p-værdi | |
| RF (%) | 4.51 ± 1.43 | 8,57 ± 3,25 | <0,01 |
| EOA (cm2) | 1,26 ± 0,12 | 1,07 ± 0,05 | <0,01 |
| PPD (mmHg) | 13.91 ± 2.81 | 16.77 ± 2.31 | <0,01 |
Tabel 3: Repræsentative værdier opnået ved hydrodynamisk test før og efter udførelse af Ozaki-proceduren med glutaraldehydfikseret autologt perikardium. Data præsenteret som gennemsnitlig ± standardafvigelse. P-værdier blev beregnet ved hjælp af den parrede t-test. Værdier opnået fra pulsduplikatorsoftware. RF, regurgitation fraktion; EOA, effektivt åbningsområde; PPD, positiv trykforskel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden, der præsenteres her, giver en platform for hydrodynamisk test af AV for at undersøge effekten af en eksperimentel procedure eller et nyt medicinsk udstyr. Ved at montere den oprindelige aortaklapp på en pulsduplikatormaskine er vi i stand til at bestemme effekten af eksperimentproceduren på alle de hydrodynamiske parametre, der anvendes til undersøgelse og godkendelse af nye ventilproteser (ISO 5840). Dette giver mulighed for at finjustere procedurer og proteser inden brug i en stor dyremodel.
Sikring af tilstrømningssegmentet giver nogle vanskeligheder på grund af manglen på periferentielt myokardium i venstre ventrikulær udstrømningskanal. Denne metode løser dette problem ved at sikre tilstrømningssegmentet ved hjælp af mitralventilens forreste folder, derefter sy den venstre ventrikulære frie væg omkring tilstrømningsarmaturet og påføre yderligere lynlåsbånd til ventrikulær manchet. Andre lignende metoder har tyet til suturering af et polyethylenterephthalatrør (Dacron) til LVOT15,16 eller sikring af tilstrømningsarmaturet tæt på AV-annulus17,18. Disse metoder risikerer kunstigt at hæve EOA på bekostning af RF ved at fastgøre annulus til en relativt stiv tilstrømningsarmatur, der er større end dens oprindelige diameter. Ligeledes er det muligt at indsnævre diameteren ved fiksering til en stiv montering, der er mindre end dens oprindelige diameter og derved kunstigt reducere RF på bekostning af EOA. Derfor rapporterer mange lignende metoder ikke både RF og EOA 15,16,18. En af fordelene ved denne metode er, at vi er i stand til at evaluere både ventilernes åbnings- og lukkeparametre samtidigt.
Selvom det er fristende at udføre dette eksperiment ved hjælp af faste prøver af hensyn til en mere fleksibel timing af eksperimentet, ændres ventilens hydrodynamiske egenskaber betydeligt efter fiksering, og monteringsprocessen bliver meget vanskeligere. Vævet omkring ventilen bliver meget stift, når det fastgøres i formalin 10% eller glutaraldehyd 0,6%, og RF reduceres kunstigt, mens PPD kunstigt øges, og EOA kunstigt reduceres. Aortas naturlige kurve bliver også meget vanskelig at rette op til test, og som et resultat heraf kan annulus forvrænges, så ventilen i nogle tilfælde ikke længere kan testes. Af denne grund har vi brugt frisk væv i vores forsøg, enten testet inden for 6 timer eller nedkølet ved 4 °C i steril saltvand og 1% antibiotikaopløsning (penicillin og streptomycin) i op til 7 dage.
Når den oprindelige ventil er blevet testet, kan den undersøgte procedure udføres. I vores arbejde udførte vi en Ozaki-procedure ved hjælp af en række patchmaterialer for at evaluere de hydrodynamiske egenskaber af hvert af disse materialer, når de blev brugt til reparation eller udskiftning af aortaklappen. Eksisterende plastermaterialer er tilbøjelige til at degenerere over tid, og der er et betydeligt behov for et holdbart plastermateriale, der kan bruges til disse applikationer19. Som et eksempel på den type procedure, der kan undersøges ved hjælp af denne metode, evaluerede vi den hydrodynamiske effekt af at udføre Ozaki-proceduren ved hjælp af kontrolmaterialet, glutaraldehydfikseret autologt perikardium, og fandt, at den resulterende ændring i hydrodynamiske egenskaber var i overensstemmelse med ændringen forbundet med implantering af en AV-protesei god størrelse 4.
De vigtigste begrænsninger ved denne metode er som beskrevet ovenfor relateret til de vanskeligheder, der er forbundet med at sikre tilstrømningssegmentet uden periferentielt myokardium. Denne del af proceduren skal udføres omhyggeligt i overensstemmelse med specifikationerne i afsnittet om repræsentative resultater ovenfor. Som med enhver teknik til ex vivo hydrodynamisk test af aortaklappen kan værdierne ændres ved monteringsprocessen, og det mest lærerige resultat er sammenligningen af hydrodynamiske egenskaber for en ventil før og efter en eksperimentel procedure udføres. Derudover begrænser manglende evne til pålideligt at teste prøver, der har gennemgået vævsfiksering, tidsrammen, inden for hvilken eksperimentet skal udføres, og den bredde af anvendelse, der er mulig. Forskellene i anatomi mellem svin AV og human AV er begrænsede, bestående vigtigst af en muskelhylde under højre koronar cusp i svin AV, men skal tages i betragtning i generaliseringen af disse resultater til human anatomi20,21.
Denne metode til test af svin AV på en PD-maskine kan anvendes i testning af andre undersøgelsesprocedurer og proteser beregnet til brug på AV. Især nye aortaklappproteser og teknikker til udskiftning af aortarod er modtagelige. Denne metode giver en platform til at teste og kvantificere de hydrodynamiske ændringer, der induceres af disse procedurer og proteser. Det giver således mulighed for at sammenligne og finjustere materialer og procedurer i en biologisk relevant indstilling inden brug i en stor dyremodel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen relevante økonomiske interessekonflikter at oplyse.
Acknowledgments
Vi vil gerne takke laboratoriet af Dr. Gordana Vunjak-Novakovic, herunder Julie Van Hassel, Mohamed Diane og Panpan Chen, for at give os mulighed for at bruge hjerteaffaldsvæv fra deres eksperimenter. Dette arbejde blev støttet af Congenital Heart Defect Coalition i Butler, NJ og National Institutes of Health i Bethesda, MD (5T32HL007854-27).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Printer | Ultimaker | Ultimaker S5 | Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing |
| Crile-Wood Needle Driver | Emerald Instruments | 2.0638.15 | Used for suturing ventricle |
| Debakey Forceps | Jarit | 320-110 | Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant) |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs Inc. | DSP-MD.43 | Used for fixed tissue storage |
| Formalin 10% | Epredia | 5701 | Used for tissue fixation |
| Gerald Forceps | Jarit | 285-126 | Used for dissection and sample preparation |
| Glass jars | QAPPDA | B07QCP54Z3 | Used for tissue storage |
| Glutaraldehyde 25% | Electron Microscopy Sciences | 16400 | Used for tissue fixation |
| HEPES 1 M buffer solution | Fisher | BP299-100 | Used to make glutaraldehyde 0.6% |
| Mayo Scissors | Jarit | 099-200 | Used for cutting suture |
| Metzenbaum Scissors | Jarit | 099-262 | Used for dissection and sample preparation |
| O-ring | Sterling Seal & Supply Inc. | AS568-117 | Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures |
| Polylactic acid resin | Ultimaker | 1609 | Used for 3D printing fixtures |
| Polyproplene suture | Covidien | VP-762-X | Used for suturing ventricle, tapered needle |
| Pulse Duplicator | BDC Laboratories | HDTi-6000 | Used for hydrodynamic testing |
| Silk ties | Covidien | S-193 | Used for ligating coronary arteries |
| Tonsil Clamp | Aesculap | BH957R | Used for coronary artery dissection |
| Zip ties (6 inch) | Advanced Cable Ties, Inc. | AL-06-18-9-C | Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide |
| Zip ties (8 inch) | GTSE | GTSE-20025B.1000 | Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide |
References
- Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A.
- Herrmann, J. L., Brown, J. W. Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).
- Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. Principles of TAVR valve design, modelling, and testing. Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).
- Pibarot, P., et al. Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).
- Ozaki, S., et al. Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).
- Krane, M., Amabile, A., Ziegelmüller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure). Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).
- Ozaki, S., et al. A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).
- Vandecasteele, T., et al. The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation. Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).
- Góes, A. M. O., et al. Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery. Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086 (2021).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Piątek, K., Hołda, J. Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue. Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Hołda, J. Penetration of formaldehyde based fixatives into heart. Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).
- Spampinato, R. A., et al. Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities. International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).
- Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).
- Baumgartner, H., et al. Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).
- Saisho, H., et al. An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).
- Saisho, H., et al. Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).
- Paulsen, M. J., et al. Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator. Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).
- Al-Atassi, T., et al. Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).
- Sun, M., et al. A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement. Biomaterials. 288, 121756 (2022).
- Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations. Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).
- Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure. Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).
