Summary

Técnica quirúrgica para la implantación de la ingeniería tisular injertos vasculares y posterior<em> En Vivo</em> Monitoreo

Published: April 03, 2015
doi:

Summary

Un protocolo de paso a paso para la colocación inter-posicional de ingeniería tisular buques (TEV) en la arteria carótida de una oveja mediante anastomosis de extremo a extremo y la evaluación digital en tiempo real en vivo hasta el sacrificio de animales.

Abstract

El desarrollo de la ingeniería de tejidos vasculares (TEV) es avanzado por la capacidad de VETs implantes rutinaria y eficaz (4-5 mm de diámetro) en un modelo animal de gran tamaño. Un protocolo paso a paso para la colocación de inter-posicional de la evaluación digital de TEV y en tiempo real de la TEV y las arterias carótidas nativas se describe aquí. En vivo monitoreo es posible gracias a la implantación de sondas de flujo, catéteres y cristales ultrasónicos (capaz de registro de los cambios dinámicos de diámetro de TEVs implantados y arterias carótidas nativos) en el momento de la cirugía. Una vez implantados, los investigadores pueden calcular los patrones de flujo sanguíneo arterial, presión arterial invasiva y diámetro de la arteria produciendo parámetros como la velocidad de la onda de pulso, índice de aumento, las presiones de pulso y el cumplimiento. La adquisición de datos se lleva a cabo utilizando un único programa de ordenador para el análisis de toda la duración del experimento. Tales datos invaluable da una idea de remodelación de la matriz TEV, su resemblance / a controles simulados nativos y el rendimiento general del TEV en vivo.

Introduction

El enfoque principal para el desarrollo de TEV ha sido la de proporcionar un sustituto para el reemplazo de injerto autólogo cuando los vasos autólogos no están disponibles y limitar los donantes vista morbilidad. Por ejemplo, el número de cirugías de revascularización coronaria por año ha superado los 350.000 en los EE.UU., y la fuente ideal de injertos adecuados sigue siendo la arteria mamaria interna izquierda, arteria descendente anterior coronaria y la vena safena 1. Dado que muchas personas que sufren de enfermedades vasculares pueden no tener las arterias y venas adecuadas para la sustitución de injerto autólogo, el desarrollo de TEVs por lo tanto se ha convertido en un intenso campo de la investigación durante décadas 1-6. Mientras que la ingeniería y optimización de nuevos VETs han sufrido muchos avances, informes sobre las técnicas quirúrgicas empleadas para implantar las VETs mismos no ha sido un tema de tanta discusión intensa. Más bien, los protocolos relativos a la implantación de TEVs en modelos animales se dejaron en gran partehasta investigar los investigadores.

La siguiente manuscrito muestra cómo implantar TEVs mediante la utilización de un enfoque anastomosis de extremo a extremo. Este procedimiento se ha optimizado mediante el uso de un patrón de sutura de la anastomosis específica, la estabilización de técnica de sutura, la optimización de la tensión longitudinal y la adición de la instrumentación de monitoreo in vivo. Este método se contrasta con algunas de las muchas variaciones que se han utilizado previamente. Además, este procedimiento se describe cómo adquirir parámetros tales como la presión arterial, la TEV diámetro / cumplimiento y el caudal a través de la TEV después de la cirugía hasta la explantación. Esta recogida de datos proporciona un análisis indispensable de la TEV mientras está en el proceso de remodelación.

Protocol

NOTA: Este protocolo ha sido aprobado por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo. Preparación 1. Pre-quirúrgico Utilice ovejas (cross Dorset, hembra, de aproximadamente 1-3 años de edad con un peso de 40-60 kg) para el siguiente estudio. Administrar ciclosporina A (200 mg / día), aspirina (975 mg / día), y Coumadin (20-30 mg / día) por vía oral, comenzando 3 días antes de la cirugía y continuar durante la duración de to…

Representative Results

Más de 30 ovejas han sido sometidos a la técnica quirúrgica se describe en este informe para la implantación de TEV (en prensa) 9. Una tabla que resume las más recientes operaciones de ovejas después de optimización de protocolos se muestran en la Tabla 2. Todas las ovejas recuperados después de la implantación TEV sin complicaciones potencialmente mortales. En algunos animales, la fibrosis se observó en la arteria nativa cerca de la punta del catéter arterial. No se ha observado u…

Discussion

El propósito de este informe es proporcionar un procedimiento fiable y reproducible para VETs implantes de interés en la arteria carótida ovina. Las arterias carótidas nativas de los animales utilizados en este modelo fueron 0,5-0,75 mm de espesor y 4.5-5 mm de diámetro exterior. La técnica quirúrgica descrita aquí ha sido un éxito para la implantación VETs de geometrías variables que miden 0,25 a 1 mm de espesor, de 4-5 mm de diámetro exterior y 4 cm de longitud, con gran éxito la prueba efectiva de hasta …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por subvenciones del Instituto Nacional de Corazón y Pulmón (R01 HL086582) y el Fondo de Células Madre de Ciencias de Nueva York (NYSTEM, Contrato #   C024316) a STA y DDS ilustraciones utilizadas en vídeo JoVe fueron completados por Juan Nyquist; Ilustrador médico de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo.

Materials

Equipment Manufacturer Serial/Catalog # Notes
Pressure Transducer Becton Dickinson P23XL-1 1+ (1 for each artery)
 Used with water-filled diaphragm domes
Amplifier and transducer box Gould 5900 Signal Conditioner Cage 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) 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 1
Flow Probe Precision S-Series 4mm Transonic Systems Inc. MC4PSS-LS-WC100-CM4B-GA 2
1mm  Sonometrics Crystals Sonometrics Systems 1R-38S-20-NC-SH  2-4 (2 for each artery)
Catheter for implantation BD (Becton Dickinson)  381447  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 NA (cut to length for an extension set)
Luer Stub Adapter BD (Becton Dickinson) 427564 (20 gauge) 1+ (1 for each arterial catheter)
Surflo Injection Plug Terumo SR-IP2 1+ (1 for each arterial catheter)
Meadox PTFE (Teflon) Felt 19306 NA (cut to size)
The PTFE felt used in our studies was discontinued. However, comparable companies such as “Surgical Mesh” offer products which are equivalent. 

References

  1. Goldman, S., et al. Long-term patency of saphenous vein and left internal mammary artery grafts after coronary artery bypass surgery: Results from a Department of Veterans Affairs Cooperative Study. Journal of the American College of Cardiology. 44, 2149-2156 (2004).
  2. Achouh, P., et al. Long-term (5- to 20-year) patency of the radial artery for coronary bypass grafting. The Journal of Thoracic And Cardiovascular Surgery. 140, 73-79 (2010).
  3. Conklin, B. S., Richter, E. R., Kreutziger, K. L., Zhong, D. S., Chen, C. Development and evaluation of a novel decellularized vascular xenograft. Medical Engineering & Physics. 24, 173-183 (2002).
  4. Zhu, C., et al. Development of anti-atherosclerotic tissue-engineered blood vessel by A20-regulated endothelial progenitor cells seeding decellularized vascular matrix. Biomaterials. 29, 2628-2636 (2008).
  5. Quint, C., et al. Decellularized tissue-engineered blood vessel as an arterial conduit. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108, 9214-9219 (2011).
  6. Kaushal, S., et al. Functional small-diameter neovessels created using endothelial progenitor cells expanded ex vivo. Nat Med. 7, 1035-1040 (2001).
  7. Galatos, A. D. Anesthesia and Analgesia in Sheep and Goats. Veterinary Clinics of North America: Food Animal Practice. 27, 47-59 (2011).
  8. Okutomi, T., Whittington, R. A., Stein, D. J., Morishima, H. O. Comparison of the effects of sevoflurane and isoflurane anesthesia on the maternal-fetal unit in sheep. J Anesth. 23, 392-398 (2009).
  9. Swartz, D. D., Russell, J. A., Andreadis, S. T. Engineering of fibrin-based functional and implantable small-diameter blood vessels. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 288, H1451-H1460 (2005).
  10. Niklason, L. E., et al. Functional arteries grown in vitro. Science. 284, 489-493 (1999).
  11. Dahl, S. L. M., et al. Readily Available Tissue-Engineered Vascular Grafts. Science Translational Medicine. 3, 68ra69 (2011).
  12. Wu, W., Allen, R. A., Wang, Y. Fast-degrading elastomer enables rapid remodeling of a cell-free synthetic graft into a neoartery. Nature Medicine. 18, 1148-1153 (2012).
  13. Saami, K. Y., Bryan, W. T., Joel, L. B., Shay, S., Randolph, L. G. The fate of an endothelium layer after preconditioning. Journal of vascular surgery : Official Publication, the Society for Vascular Surgery [and] International Society for Cardiovascular Surgery, North American Chapter. 51, 174-183 (2010).
  14. Ueberrueck, T., et al. Comparison of the ovine and porcine animal models for biocompatibility testing of vascular prostheses. Journal of Surgical Research. 124, 305-311 (2005).
  15. Labbé, R., Germain, L., Auger, F. A. A completely biological tissue-engineered human blood vessel. The FASEB Journal. 12, 47-56 (1998).
  16. Samaha, F. J., Oliva, A., Buncke, G. M., Buncke, H. J., Siko, P. P. A clinical study of end-to-end versus end-to-side techniques for microvascular anastomosis. Plastic and Reconstructive Surgery. 99, 1109-1111 (1997).
  17. Huang, H., et al. A novel end-to-side anastomosis technique for hepatic rearterialization in rat orthotopic liver transplantation to accommodate size mismatches between vessels. European Surgical Research. 47, 53-62 (2011).
  18. Peng, H., Schlaich, E. M., Row, S., Andreadis, S. T., Swartz, D. D. A Novel Ovine ex vivo Arteriovenous Shunt Model to Test Vascular Implantability. Cells, Tissues, Organs. 195, 108 (2011).
  19. Zilla, P., Bezuidenhout, D., Human, P. Prosthetic vascular grafts: Wrong models, wrong questions and no healing. Biomaterials. 28, 5009-5027 (2007).
  20. Berger, K., Sauvage, L. R., Rao, A. M., Wood, S. J. Healing of Arterial Prostheses in Man: Its Incompleteness. Annals of Surgery. 175, 118-127 (1972).
  21. Byrom, M. J., Bannon, P. G., White, G. H., Ng, M. K. C. Animal models for the assessment of novel vascular conduits. Journal of Vascular Surgery : Official Publication, the Society for Vascular Surgery [and] International Society for Cardiovascular Surgery, North American Chapter. 52, 176-195 (2010).
  22. Swartz, D. D., Andreadis, S. T. Animal models for vascular tissue-engineering. Current Opinion in Biotechnology. 24, 916-925 (2013).
  23. Liang, M. -. S., Andreadis, S. T. Engineering fibrin-binding TGF-β1 for sustained signaling and contractile function of MSC based vascular constructs. Biomaterials. 32, 8684-8693 (2011).
  24. Han, J., Liu, J. Y., Swartz, D. D., Andreadis, S. T. Molecular and functional effects of organismal ageing on smooth muscle cells derived from bone marrow mesenchymal stem cells. Cardiovascular Research. 87, 147-155 (2010).

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Cite This Article
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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