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Bioengineering

手术技术组织工程血管移植和后续的植入 Published: April 3, 2015 doi: 10.3791/52354

Summary

一个一步一步的协议,用于组织工程血管(TEVS)到使用终端到终端的吻合和实时数字评估在体内 ,直到动物的牺牲羊的颈动脉间的位置放置。

Abstract

的组织工程血管(TEVS)的发展是由能力推进到常规和有效地植入TEVS(4-5毫米直径)成一个大的动物模型。一步一步协议为TEV和本机的颈动脉的TEV和实时数字评估间位置放置是由流量探针,导管和超声晶体的植入(能够省略说明。 在体内监测成为可能的记录植入TEVS和本机的颈动脉),在外科手术时的动态直径的变化。一旦植入,研究人员可以计算的动脉血流模式,有创血压和动脉直径产生的参数,如脉搏波传导速度,增强指数,脉压和法规遵从。数据采集​​是利用一个单一的计算机程序,用于在整个实验期间分析来实现的。这种宝贵的数据提供了洞察TEV基质重塑,其resemblanCE到本机/深水控制和体内的整体性能TEV。

Introduction

对于TEVS发展的首要重点是提供一个替代自体移植替代自体时,船只无法使用,并限制捐助视线的发病率。例如,每年冠状动脉搭桥手术的数量已经超过35万,在美国,和适合移植的理想来源仍然是左乳内动脉,左冠状动脉前降支和大隐静脉1。因为许多个人谁从血管疾病患可能没有合适的动脉和静脉自体移植物置换,TEVS的发展也因此成为研究的强烈场数十年1-6。而新型TEVS工程和优化都发生了很多的进步,所采用植入TEVS自己一直没有这样的激烈讨论的话题的手术技术报告。相反,对于TEVS的植入动物模型的协议在很大程度上离开达研究调查。

下面手稿演示如何植入通过利用端 - 端吻合的方法TEVS。此过程被优化通过使用特定的吻合缝合图案,稳定缝合技术,优化纵向张力并增加体内监测仪器。此方法是对比与一些先前已经使用的许多变型。此外,此过程将介绍如何获得的参数,如动脉血压,TEV直径/合规性和手术,直到外植后通过TEV流量。此数据采集提供了TEV的一个不可缺少的分析,而它在重塑的过程。

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Protocol

注:该协议已获得的动物护理和使用委员会在纽约州立大学布法罗分校。

1.预外科制备

  1. 用羊(赛特交叉,女,约1-3岁,体重40-60公斤)的后续研究。施用环孢菌素A(200毫克/天),阿司匹林(975毫克/天),和香豆定(20-30毫克/天)经口,起始3天手术前,继续对所有研究的持续时间。
  2. 确保羊已经禁食,术前12小时(正常饲料=1.8公斤干草和0.4公斤粮食)。
  3. 消毒用蒸汽高压釜中于121℃和15psi的30分钟的所有外科用品。
  4. 放置在一个多聚甲醛干燥器48小时以下项目在手术前:4毫米多普勒血流探测1毫米超声波结晶,留置动脉导管,延长管,42“聚乙烯管。
    注:有关医疗设备所需的表手术和灭菌列于表1。预放置仪器插入聚乙烯管,在该步骤中,将有助于在手术过程中节省时间。
    1. 为左,右,如果适用标记探针,导管和晶体的两端。

2.手术操作

  1. 诱导绵羊麻醉地西泮(0.5毫克/千克)和氯胺酮(4毫克/千克)静脉内(IV)。另外,使用Telazol(4毫克/千克)IV。
    1. 有8.5-10.0毫米内径手铐气管7进行气管插管。
    2. 通过再呼吸回路管理吸入剂麻醉用潮气量换气装置(7-10毫升/公斤)或压力调节换气装置(15-20厘米H 2 O)。使用精密汽化器施用异氟烷或七氟醚以适当的量(3%-4%最初)达到中等至深外科麻醉阶段。最低肺泡浓度羊是1.4%,或分别为8 1.9%。
    3. 通过观察电机对刺激的反应,眼睑反射消失,眼位,和心脏率评估麻醉深度。监视使用脉搏血氧饱和度的血氧饱和度(95%-100%),CO 2浓度(45-55毫米汞柱)在使用二氧化碳分析呼气气体和使用自动调节变暖毯的方法(38.5-39.5℃)的过程中保持体温。
  2. 从羊的脖子上全剃羊毛,和超过1头静脉,用40号刀片标准快船。制备用70%异丙醇和7.5%的优碘擦洗饱和纱布两个站点进行手术的皮肤上。开始用酒精纱布,方便拆卸的皮肤油。优碘纱布和酒精之间交替纱布三次。
  3. 将羊到在一个变暖的毯子顶部背斜卧在手术台上。通过一个中型胃管,以便被动驱逐胃内容物。扩大羊的脖子,并使用支持性缓冲,以维持就业。
    1. 执行用7.5%聚维酮碘浸透纱布最终无菌擦洗,并允许坐5分钟前,手术。
  4. 施用静脉输液(乳酸林格氏液,或0.9%盐水)以10毫升/千克/小时通过静脉留置针放置在头静脉。管理术中抗生素和镇痛:青霉素G普鲁卡因6600 U /公斤肌肉注射(IM),庆大霉素1.6毫克/千克IM和丁丙诺啡0.005-0.01毫克静注或肌注。
  5. 做出〜12厘米切口纵向比使用电烧灼腹中线颈部。通过去除结缔组织使用钝性分离技术,分离出左,右颈总动脉(〜6个厘米)。摘下领带和烧灼微管从颈动脉分支,以减少出血。
  6. 保持无菌利用(非无菌的)手术护士,以协助穴居所有布线和管道(流量探针,超声波晶体导线和导管管道)在皮肤的皮下层。使用钝套管,其中通过退出在背外侧颈部手术切口坦然。
    1. 到达下无菌披盖和转动羊的头部,使得所述颈部的侧面可以被单下可视化。
    2. 通过腹中线颈部切口和颈部的侧之间的皮下空间使用8厘米弯止血到隧道。打开和关闭止血钳直言解剖空间油管1〜1.5厘米宽。该止血钳的尖端应的头部和肩膀,约10cm尾椎到右侧或左侧耳朵之间中途驻留。把止血钳,这样的提示是指向浅表皮肤。
    3. 到达下无菌悬垂性和通过皮肤使1.5厘米的切口,在用无菌#11刀止血的提示。可视化的止血钳的提示,确认通过皮肤明确的退出。
    4. 通过包含在聚乙烯管通过皮下隧道LL线路和管道。握住电线和管道上方无菌的悬垂性。
    5. 悬垂下达到从颈部取出外聚乙烯管,露出植入电线,因为它离开羊的脖子上。拉各行进行,以尽量减少皮下空间中的任何懈怠。留出足够的距离,仪器仪表正确连接到动脉。
  7. 放置4毫米多普勒流量探针在两个颈动脉,并获得初始读数( 图1)。夹闭动脉前30分钟给予100 U /公斤肝素四。
  8. 继续肝素施用在100U /千克/小时,直至手术结束。钳使用非破碎的血管夹的颈动脉和切除的部分(约4厘米长)。对侧颈动脉流量将增加50%-100%,以保持血液流向脑部。
    注:这是可能的限制纵向拉伸通过本地船只反冲去除比更短的节段被替换和/或拉伸的天然动脉血管钳缩短间隙直到充分吻合程序完成。这将有助于限制个人持有缝线的张力和植入移植。
  9. 使用简单间断缝合用7-0脯氨酸ethalloy双臂单丝缝合线缝合TEV到位。如果需要的话,应用血管平滑肌松弛剂,如罂粟碱(15毫克/毫升)或尼卡地平(1.25毫克/毫升)局部与天然血管以防止血管收缩这将妨碍吻合缝合。
    注:开始将缝线以约1mm的间距。这样可以大大个别情况而有所不同。该组合物和TEV厚度将影响缝线之间的有效距离。作为天然组织或TEV减小的厚度,可能有必要以放置缝线靠得更近。
    1. 第一锚四点TEV的原生动脉放置两个对立s在两个近端titches和远端(图2 -二)。按住止血用教每个锚。
      注:近端和远端的描述是参照整个纸张血流方向。
    2. 添加5-6更多缝合线在两个近端和远端的浅侧开始吻合。(图2 -Pr)。同时旋转血管钳180度。
    3. 重新建立张力锚固缝合。添加额外的(5-6)间断缝合到近端和远端上的TEV的旋转侧。
  10. 一旦TEV牢固地缝合就位,旋转回原始位置,并移除血管钳一次一个,远端夹具先。轻微出血的吻合部位是常见的。这钳发布几分钟后可自然分解和重新卡或要求放置额外的缝合线。将多普勒流量探针( 图3-FL)回到本土动脉近端血流进入TEV和监控流量。
    注:期望的左,右颈动脉的流量平衡约15分钟后。如果在颈动脉植入TEV稳步下降的流速,有可能的是TEV凝血。关于流的其他可能的异常可以归因于天然动脉近端或远端的TEV的收缩。如果发生这种情况,则使用额外的血管平滑肌松弛剂可以应用,和本机容器应下列组织在移植位点封闭后30-60分钟返回到基音。
    1. 如果需要,切除对侧颈动脉缝合回原位作为“深水”的控制。这比单独留在右颈动脉与仅附着流量探针,超声波晶体,和导管更临床相关的。如果是假的控制被通缉,继续加强前2.11执行此。
  11. 缝合1毫米超声晶体( 图3 -CR 1 CR 2)使用7-0脯氨酸相对的TEV的两侧。通过超声晶体头螺纹缝合和缝合仅向TEV的表面层。
  12. 导尿采用改良18G的导管,聚四氟乙烯编织门襟( 图3-和图4A)的动脉。放置导管远端的TEV上天然动脉组织。
    1. 缝合门襟到动脉壁上用5/0 Ethibond控制任何出血。使用环己酮粘附微孔管到已冲洗盐水的导管。使用管道作为延长线。
    2. 使用一个20G的鲁尔存根适配器带有Surflo注射插头以密封管道的形象化端( 图4B)。以保持导管的通畅,获得该行的填充量和用10毫升盐水冲洗,然后5000单位/毫升注入肝素钠每2-3天。
  13. 记录流量探针和超声波晶体,以及流动探针和导管之间的距离之间的距离。这将使脉搏波速度来计算在与软件一起使用。如果不需要这样的计算,不植入导管。
  14. 如果需要的话,以确保所有植入硬件功能获得术中读取(见第3节)。
  15. 固定用2/0丝和一个锥形针( 图3)注入线路和导线附近的肌肉。
    1. 流量探头线平行的血管位置到容器,用探头尾鳍和颅扩大,然后又做了“U转”朝外侧肌肉的电线。固定电线相邻的肌肉组织,用2-0丝上的锥针在两个位置处,从而使金属丝或气流探测器不能放置任何应变的船只上。可以肯定的缝线贴身,但不要过度收紧和扼杀musculaTURE( 图3)。
    2. 缝合晶体导线和动脉导管线向外侧肌肉,允许〜1.5厘米松弛,类似于前面的步骤,以确保流量探针( 图3)的。
    3. 集团所有的电线和线一起,只是退出了通过皮下隧道,类似前面的步骤在他们面前锚定到肌肉。
  16. 以2-0薇乔缝合在使用上仪表板和皮下连续缝合图案层关闭手术部位,运行床垫缝合在皮肤上(仪表板,非切割针;皮肤,切割针)。关闭1.5厘米的切口处周围的形象化导线和线背侧颈部用2/0薇乔和切割针。
  17. 地方气流探测器导线,导管线和超声晶体导线插入的袋(10厘米×10厘米)被牢固地缝合到绵羊( 图5 -回收之后)的皮肤上。
  18. 逐渐断奶羊掉麻醉和潮气量呼吸机拔管然后羊时,自主呼吸恢复。删除如果需要插入头静脉和绷带的静脉留置针。
  19. 使用三联抗生素软膏的切口,一个Telfa垫,张力辊纱布和绷带elasticon脖子。
  20. 辖术后镇痛:恢复期间氟尼辛葡甲胺2.2毫克/公斤的IM一次,然后1.1毫克/公斤的IM,每天一次,两日,丁丙诺啡0.005-0.01毫克IV或IM一天一天两次。

3. 体内监测

  1. 将羊进入移动购物车,以确保适当的克制。这使得羊要保持冷静和清醒而不会影响硬件。可能需要适应羊到车2或3次之前获得的仪器记录30分钟。
  2. 从袋中取出所有的电线和线,并连接到监控设备。流量探头连接到一个流量计,1毫米超声波晶体连接到TRB-USB框,导管线压力传感器。这种设置的流程图提供( 图6)。
  3. 校准流量探针和之前的数据采集的压力传感器。
    注:由于软件版本和使用的设备不同,校准和设置之间的潜在变异会有所不同情况而定。
  4. 利用示波器微调Sonometrics水晶测量,根据制造商的协议。
  5. 利用计算机软件( 图7)记录数据。在图7中白色的上半部分迹线对应于植入TEV,而在红色下半区痕迹对应于深水/母语。对于这两种TEV和深水流速(毫升/分钟),动脉血压(毫米汞柱)和直径(mm)或实况记录。
  6. 记录至少1分钟,没有干扰。导出这些数据进行更详细的分析。录音,DISCONN后ECT所有的电线和地方放回袋中缝在羊的脖子上。

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Representative Results

30多只羊经历了本报告中的TEVS植入描述(出版)的手术技术9。附表综合方案优化后的最新的羊操作见表2。后TEV植入,没有危及生命的并发症恢复所有的羊。在一些动物中,纤维化,观察在天然动脉留置动脉导管的尖端附近。炎症与加入仪器的存在的显著增加并没有被观察到。很少(1 18的导管),导管引起阻塞通过TEV血流。后一个月发生的这一个障碍。从导管轻微的并发症包括动脉信号和无法吸出血液中的缓冲。追求研究开发TEV时最常报告的数据通常是通畅率,流量和法规遵从。该协议表明,这是POSSIBLE在整个实验期间获得这样的重要数据。虽然这份报告的重点是收购流量,直径和动脉压;合规性,增强指数和脉搏波速度,也可以计算出来。

图1
图1.分离颈动脉。分离颈动脉显示附加流量探头。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2
图2.植入TEV的。图2-二示出了2中使用锚定TEV代替原来的4个锚定位点的TEV的远端侧。一旦TEV锚定,加ADDIT有理拆线如图2-PR,这表示TEV的近侧。 请点击此处查看该图的放大版本。

图3
图3.仪表TEV的。1毫米超声晶体被缝合到植入TEV的每一侧(CR1和CR2)。 di表示而Pr表示近端TEV的远端侧。的流量探头(佛罗里达州)置于近侧从TEV而导管(Ca)的放置远侧。流量探头和导管缝合到附近的肌肉组织(虚线椭圆形)。 请点击此处查看该图的放大版本。

一个“SRC =”/文件/ ftp_upload / 52354 / 52354fig4.jpg“/>
图4A。放在远端之前用于TEV。导管加上聚四氟乙烯plaquet 仪表导管 TeV的原生组织。 图4B。导管植入。导管之前最后的组装与延伸聚乙烯管(记为正方形)以及20G的鲁尔存根适配器与Surflo注入塞(记为椭圆形)。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5
图5.袋固定到绵羊皮。袋被固定到羊的颈部,以保护1mm的超声晶体布线,流量探针和导管不使用时。 请CLI在这里完蛋查看此图的放大版本。

图6
图6.流程图用于记录超声晶体距离,血流和动脉血压的电子。流程图设置用于记录超声晶体,动脉血流和动脉血压之间的距离的。 *使用示波器从1mm的超声波晶体接收到的信号的清晰度可帮助。 请点击此处查看该图的放大版本。

图7
图7.记录实时超声晶的距离,血流量和计算机软件动脉压。白色的痕迹INDicate录音从TEV。 T01 R02,T02和R01表示超声晶CR1到CR2和CR2之间的通信分别CR1。 ARP表示记录血压,同时ABF表明动脉血流。相同的符号被用于红色的痕迹是天然/假颈动脉。动脉压的记录脉压在超声晶体之间的距离记录表明TEV /深水的百分比规定。 请点击此处查看该图的放大版本。

医疗设备
设备 生产厂家 串行/目录# 数量 笔记
压力TRANSDucer Becton Dickinson公司 P23XL-1 1+
(1为每个动脉)
使用充水隔膜圆顶
放大器和转换器箱古尔德 5900信号调节笼 1 两个传感器和放大器应包括在笼子里。虽然这个特定的单位可能会中断,其它市售压力传感器具有BNC /模拟输出将与Sonometrics设备通信。
T403控制台与TS420血管周围流量计模块(X2) 跨音速系统 T403模块和TS420(×2) 1 流量探针通过每个颈动脉的测量流量将连接到每个TS420单元。
数字超声波测量单元 Sonometrics TR-USB
流量探头精密S系列4毫米跨音速系统公司 MC4PSS-LS-WC100-CM4B-GA 2
1毫米Sonometrics晶体 Sonometrics系统 1R-38S-20-NC-SH 2-4
(2为每个动脉)
导管植入 BD
(Becton Dickinson公司)
381447 1+
(1为每个动脉)
导管被切割并固定到微孔管,stylette被用于插入。
聚乙烯微孔管诺顿性能的塑料 (AAQ04127)
配方S-54-HL
NA
(定尺延期集)
鲁尔存根适配器 BD
(Becton Dickinson公司)
427564
(20 G)的
1+
(1为每个动脉导管)
Surflo注塑插头泰尔茂 SR-IP2 1+
(1为每个动脉导管)
Meadox PTFE(聚四氟乙烯)毛毡 019306 NA
(切成大小)
聚四氟乙烯觉得在我们的研究中使用被中断。然而,可比公司如“外科网”提供产品,是等价的。

见表1。表用于外科手术的所有相关设备。

外科手术结果
仪表 TEV 羊的数量 手术时间(小时)
没有是的没有 8 2.61±0.25
没有是的是的 3 4.17±0.28
是的是的是的 10 6.26±0.75

表2中。表总结最近 ​​绵羊已经历TEV和/或深水注入。下表总结了最近的TEV植入物。所有的绵羊经历过手术,也没有并发症后的恢复。

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Discussion

此报告的目的是提供一种可靠的和可再现的过程来在绵羊颈动脉兴趣植入TEVS。在此模型中使用的动物的天然颈动脉是0.5-0.75毫米厚和4.5-5毫米的外径。这里介绍的手术技术已经成功为植入不同的几何形状测量0.25-1毫米的厚度,4-5毫米外径和4厘米的长度大获成功的TEVS证明是有效的长达3个月期限,预期的终点。使用这种手术技术已使数据采集更容易收集和更一致。

此外,为了测量在体内重构的实时参数的能力进行了说明。变化的直径可以成功地用于在此模型中,这取决于失配和植入TEV的设计,以及所希望的范围内,注入的持续时间可以延长到或超过1酵母河

一在该协议的最优化的最大的进步是用间断缝合技术的使用端 - 端吻合。在此报告的制备中使用的当前的TEV设计最初使用导致高故障率运行缝合技术用于端至端吻合(N = 3)。确切原因仍然未知,但它可能潜在地是由于运行中的缝合线在吻合部位的轻微狭窄或不符合要求的影响。在寻找替代方法来优化在外科手术过程中发现,在文献中描述的先前报道的外科技术是有些模糊。这主要是由于受杂志迫使研究人员报告其手术技术在简短而晦涩的方式强加的字数限制。一些报告只是指出,动物接受TEV植入10-12。其他报告的使用端-侧3,5,13,14,或端至端4,6吻合。最后,其他具体说明使用中断4,或连续运行缝合15。这种缺乏细节使得难于复制或改善血管研究需要手术,特别是在大型动物模型。虽然有报道之间的端至端和端-侧技术16通畅无显著差异,在此报告的大型动物模型中,端至端上的颈动脉进行操作时是有利的,由于解剖和该TEVS长度普遍评价。然而,如果本机动脉和TEV之间有大的失配存在时,它可以是理想的,以采用一个端到端技术,它已显示出希望的大鼠17。

确保手术技术是不是TEV失败的原因使研究人员能够专注于其他可能的解释闭塞。如果短期通畅和暴露于生理条件,例如血液和压力是唯一的兴趣,与先前报导的手稿是可用的。这里,利用一个绵羊体外动静脉分流模型,旨在评估TEV植入性进行了优化18。该模型已被证明是非常有效的快速测试多TEVS与一种动物承诺植入TEV长期研究之前。

如果评估植入TEV的完整性是期望的,不幸的是传统的技术具有缺点。目前超声或血管造影成像是用于体内 3,5,6,10-14评价TEV的完整性的唯一方法。超声成像通常不提供必要的观察TEV的合规性变化的分辨率。血管造影是侵入性的,昂贵的,并且需要的动物的麻醉。然而,通过注入流量探针,动脉导管和超声晶体多这个数据可以以更简化的方式来获取。这植入TEV的strumentation还允许参数,诸如脉冲波速度和增强指数来计算的。

使用羊TEV植入的优点还借给强度TEVS翻译成临床设置。小动物模型,例如小鼠,大鼠和兔子不提供一个现实的平行于那些的临床设置,因此,大的动物模型必须探索19。然而,尽管大的动物模型是一个更可靠的和临床相关模型中,存在关于用于TEV植入物种的担忧。狗和猪为例,而往往是在血管的研究中使用,endothelialize非常快。羊另一方面仅endothelialize靠近吻合位点,而不是自发内TEV。这更类似于人类14,19-22的愈合。

为了进一步了解发生了什么就举办重塑时,TEV必须移出,并检查,以描述细胞迁移,固定化和分化。以前的工作已经表明,在加入亲脂性染料,如语以及使用GFP +内皮细胞是可靠的方法来评估对TEV 5,6植入细胞的命运。我们集团也表明SRY染色(性别决定区域Y蛋白)对男性的Y染色体是男性的追踪植入细胞的女主持人(出版)的有效方法。组织外植后的胶原蛋白和弹性蛋白的含量也可以测量,对体内重塑的程度脱落更多的光。但也可以,以确定是否预种植体以及取出的组织可以在置于器官组织浴血管收缩剂和血管扩张剂反应。最后,TEVS也可以进行测试,以确定它们的机械性能如杨氏模量,极限抗拉强度和拉伸应变6,9,23,24。

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Acknowledgments

这项工作是由国家心肺研究所(R01 HL086582)和纽约干细胞科学基金(NYSTEM,合同#资金支持   C024316),以STA和朱庇特的视频中使用由约翰·奈奎斯特完成DDS插图;医学插画从纽约州立大学布法罗分校。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pressure Transducer Becton Dickinson P23XL-1 Quantity: 1+ (1 for each artery).
Used with water-filled diaphragm domes.
Amplifier and transducer box Gould 5900 Signal Conditioner Cage Quantity: 1.
Two transducers and amplifiers should be included in cage. While this specific unit may be discontinued, other commercially available pressure transducers with a BNC/analog output will communicate with the Sonometrics equipment.
T403 Console with TS420 perivascular flowmeter module (x2) Transonic Systems T403 module and TS420 (x2) Quantity: 1.
Flow probes measuring flow through each of the carotid arteries will connect to each of the TS420 units.
Digital ultrasonic measurement unit Sonometrics TR-USB Quantity: 1
Flow Probe Precision S-Series 4 mm Transonic Systems Inc. MC4PSS-LS-WC100-CM4B-GA Quantity: 2
1 mm Sonometrics Crystals Sonometrics Systems 1R-38S-20-NC-SH Quantity: 2-4 (2 for each artery)
Catheter for implantation BD (Becton Dickinson)  381447 Quantity: 1+ (1 for each artery).
Catheter is cut and secured to microbore tubing, stylette is utilized for insertion.
Tygon Microbore Tubing Norton Performance Plastics (AAQ04127) Formulation S-54-HL Cut to length for an extension set
Luer Stub Adapter BD (Becton Dickinson) 427564 (20 gauge) Quantity: 1+ (1 for each arterial catheter)
Surflo Injection Plug Terumo SR-IP2 Quantity: 1+ (1 for each arterial catheter)
Meadox PTFE (Teflon) Felt 19306 Cut to size.
The PTFE felt used in our studies was discontinued. However, comparable companies such as “Surgical Mesh” offer products which are equivalent.

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References

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手术技术组织工程血管移植和后续的植入<em&gt;在体内</em&gt;监控
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Koobatian, M. T., Koenigsknecht, C., More

Koobatian, M. T., Koenigsknecht, C., Row, S., Andreadis, S., Swartz, D. Surgical Technique for the Implantation of Tissue Engineered Vascular Grafts and Subsequent In Vivo Monitoring. J. Vis. Exp. (98), e52354, doi:10.3791/52354 (2015).

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