Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Bare Metal פרומגנטי סטנט ללכיד תא האנדותל ושייר

Published: September 18, 2015 doi: 10.3791/53100
Automatic Translation
1, 2, 3, 2, 1,4
1Division of Engineering, Mayo Clinic, 2Division of Cardiovascular Diseases, Mayo Clinic, 3Department of Cardioangiology, ICRC, St. Anne's University Hospital, 4Mayo Clinic College of Medicine

Summary

המטרות שלנו היו לעצב, לייצר ולבדוק סטנטים פרומגנטי ללכידת תא האנדותל. עשרה סטנטים נבדקו לשברים ועוד 10 סטנטים נבדקו למגנטיות עודפים. לבסוף, 10 סטנטים נבדקו ב- מבחנה ו8 יותר סטנטים הושתלו ב -4 חזירים להראות ללכוד תאים ושמירה.

Abstract

יש צורך endothelialization המהיר של סטנטים לב וכלי דם כדי להפחית פקקת סטנט ולהימנע מטיפול אנטי-טסיות שיכול להפחית את הסיכון לדימום. הכדאיות של שימוש כוחות מגנטיים כדי ללכוד ולשמר תאי האנדותל תולדה (EOC) שכותרתו עם חלקיקי תחמוצת ברזל סופר פאראמגנטיים (SPION) הוכחה בעבר. אבל טכניקה זו מחייבת פיתוח של סטנט מכאני פונקציונלי מחומר מגנטי וביולוגי ואחריו חוץ גופייה וב- vivo בדיקות כדי להוכיח endothelialization המהיר. פיתחנו סטנט חלש פרומגנטי מפלדת אל-חלד 2,205 דופלקס באמצעות תכנון בעזרת מחשב (CAD) והעיצוב שלה היה מעודן יותר באמצעות ניתוח אלמנטים סופי (FEA). העיצוב הסופי של סטנט הציג זן עיקרי מתחת לגבול שבר של החומר במהלך crimping והרחבה מכאניים. מאה סטנטים יוצרו ותת-קבוצה שלהם שימשה לבדיקות מכאניות, מילained מדידות שדה מגנטיות, ב- מבחנה ללכוד תאים, וב- vivo מחקרי השתלה. עשרה סטנטים נבדקו לפריסה כדי לוודא אם שנגרמו להם ולהרחבת מעגל crimping ללא כשל. עוד 10 סטנטים היו ממוגנטים באמצעות מגנט ניאודימיום חזק והשדה המגנטי שמרה נמדד. סטנטים הראו כי המגנטיות נשמרת הייתה מספיק כדי ללכוד EOC כותרת SPION במחקרים במבחנה שלנו. לכידת EOC כותרת SPION ושימור אומתו במודלים של בעלי חיים גדולים על ידי השתלת סטנט 1 ממוגנט ו1 סטנט שליטה שאינה ממוגנט בכל אחד מ4 חזירים. עורקי stented היו explanted לאחר 7 ימים ונותחו בהיסטולוגיה. סטנטים חלשים המגנטיים שפותחו במחקר זה היו מסוגלים למשוך ושמירת תאי האנדותל שכותרת SPION אשר יכול לקדם ריפוי מהיר.

Protocol

כל המחקרים בבעלי החיים אושרו על ידי הטיפול בבעלי חיים המוסדי ווועדה ניצול (IACUC) במרפאת מאיו.

1. עיצוב וניתוח של נירוסטה סטנט 2,205

  1. עיצוב סטנט מתכת חשוף באמצעות CAD
    1. הפוך גליל חלול extruded על ידי בחירה בתכונה 'בוס / בסיס extruded' עם עובי הדופן שווה עובי יתד סטנט.
    2. עיצוב תבנית סטנט על מטוס סקיצה שונה משיק לגליל extruded. הפוך את רוחב התבנית השטוחה כדי להתאים את היקפו של הגליל החלול extruded.
    3. העבר את עיצוב התבנית השטוח על גבי הגליל החלול באמצעות התכונה לעטוף.
    4. שמור את החלק בפורמט המקורי שלו וגם בפורמט ACIS להיות מיוצא לFEA.
  2. ניתוח אלמנטים סופי עבור דגמי סטנט
    1. לייבא את הגיאומטריה המוצקה נשמרה בפורמט ACIS למודול חלק מתוכנת FEA לanalys נוסףהוא.
    2. מודל 2 צילינדרים אנליטיים coaxially לסטנט בModeler החלק מתוכנת FEA. הגליל החיצוני יש קוטר ראשוני גדול יותר מאשר הקוטר של סטנט כדי לדמות את crimper ויש הגליל הפנימי קוטר ראשוני של 1 מ"מ כדי לדמות בלון לאינפלציה.
    3. לחץ לחיצה כפולה על פריט העץ 'מקרי' של Modeler ההרכבה להרכיב מעל אמרה חלקים בעמדות ביחס.
    4. להשתמש במודול הרשת של תוכנת FEA, לציין את סוג האלמנט כאלמנט משושה 20-צומת עם אינטגרציה מופחתת, ציין את גודל האלמנט, ורשת סטנט.
    5. ציין קשר זוגות נוקשה חיכוך בין סטנט ושני צילינדרי בהתאמה ב'מאפייני האינטראקציה 'של עץ הדגם.
    6. הקצאת אלסטו-פלסטי מתח מתח התנהגות של 2205 נירוסטה למודל סטנט.
    7. הגדר את תנאי גבול לcrimp ראשית הגליל החיצוני 1 מ"מ המדמה את גרימפינג של סטנט. הסר את הגליל החיצוני כדי לדמות את ההרפיה של סטנט המסולסל. הרחב את הגליל הפנימי 3 מ"מ כדי לדמות הרחבה ולבסוף, להסיר את הגליל הפנימי כדי לדמות רתיעה של סטנט.
    8. הגדר את הפרמטרים הסימולציה כולל מספר המעבדים וכמות זיכרון RAM שהוקצו במסגרת הסעיף "ניתוח" מודל העץ ולהפעיל את הסימולציה.
    9. ברגע שהסימולציה היא מלאה, לפתוח את קובץ התוצאה (filename.odb) ולאחר תהליך התוצאות ללמוד זנים העיקריים וiteratively לשפר את עיצוב סטנט כדי להשיג מתח עיקרי של 20% שהוא פחות מגבול הכישלון של החומר .

2. ייצור סטנט ובדיקה ללחיצה ו הרחבה

  1. ייצור סטנט
    1. להשיג 2,205 צינורות נירוסטה על ידי קידוח אקדח וחומר שורת מניות טחינת דיוק בחברת עיבוד שבבי מדויקת כגון מוצרי Precision פעולה בפיוניר,OH.
    2. העברת צינורות קרקע הדיוק ועיצוב סטנט הדפוס השטוח לחברת סטנט החיתוך כגון חברת הטכנולוגיה Laserage בWaukegan, IL לחיתוך לייזר ואלקטרו.
    3. Passivate את פני השטח של סטנטים electropolished ידי submersing בחומצה חזקה (50% HCl) במשך 10 דקות ואחריו בסיס (10% NaHCO 3) לעוד 10 דקות. זהירות: להתמודד עם כימיקלים ציוד מגן מתאים ומתחת למכסת מנוע קטר. לבסוף, לשטוף את סטנטים עם אתיל אלכוהול ומים ללא יונים. תהליך זה נקרא כבישת חומצה.
  2. בדיקה של סטנט מיוצר עבור crimping והרחבה
    1. לחיצה על סטנט בלון שלושה קיפולים באמצעות כף יד crimping כלי. החזק את הסטנט והבלון השלושה קיפולים בכלי crimping. לחץ על הידית כדי לעוות רדיאלית סטנט להיות crimped על הבלון.
    2. בדוק את הסטנט המסולסל באמצעות מיקרוסקופ לcrimping אחיד וכל סימנים של כשל במבנה עקבלדפורמציה פלסטית.
    3. להרחיב אותו לקוטר של 3 מ"מ שנועד על ידי pressurizing בלון השלושה קיפולים עם מים. בדוק את סטנטים מורחבים לשברים מיקרוסקופיים והרחבה אחידה.

3. אפיון של סטנט לשדה מגנטי עודף

הערה: מגנט גלילי של גובה 2 אינץ 'קוטר 1 אינץ' ושמשה במחקר זה. הקטבים של המגנט מיושרים לאורך הציר. צפיפות השטף מגנטי פני השטח של המגנט היא כ 1 ט

  1. למגנט סטנטים לחלוטין או axially באמצעות מגנט ניאודימיום חזק. החזק את הסטנט קרוב למגנט החזק לכ 1 דק 'למגנוט.
  2. החזק את הסטנט על אחד הפרצופים שטוחים בקוטר שלה לאורך קווי השדה המגנטיים להיות ממוגנטים לחלוטין או להחזיק את הסטנט בסמוך למשטח הגלילי עם הציר שלה לאורך קווי שדה המגנטיים כדי למגנט אותו axially. fiel המגנטית עודףד של סטנט נמצא להיות יציב לפחות 24 שעות, אבל להשתמש בתומכן בהקדם האפשרי לאחר מגנוט.
  3. הר סטנטים בנפרד על mandrels זכוכית ולאחר מכן לטעון mandrels הזכוכית בצ'אק הדיוק של מתקן החיטוט המגנטי. הבדיקה microsensor מגנטית ניתן למקם בדיוק בסמוך לסטנט בלי לגעת במשטח באמצעות XYZ שלבי הרכבה של מתקן החיטוט המגנטי (איור 4).
  4. מדוד את הקריאה הבסיסית של microsensor המגנטי רחוק מסטנט ולאחר מכן למדוד את השדה מגנטי שמרה על פני השטח של סטנט על ידי מיצוב הבדיקה באמצעות שלבי XYZ של מתקן החיטוט המגנטי.

4. מחקרים סלולארי לכידה מגנטית

  1. תאי קבלת, תיוג עם SPION וצביעה עם צבע פלואורסצנטי
    1. לגזור את תאי האנדותל תולדה (EOC) מהדם היקפי חזירי כפי שתואר ב5,7. תרבות בבקבוק T-75 untiמחוברות l כ -80% (5x10 6 ל8x10 6 תאים).
    2. לסנתז SPIONs כמגנטיט 10 ננומטר קוטר (Fe 3 O 4) הליבה מוקפת 50 פולי העבים ננומטר (לקטית-שיתוף חומצה גליקולית) קליפה (PLGA) כפי שמתואר ב8,9.
    3. דגירה EOC נגזר עם SPION בריכוז של 200 מיקרוגרם / מיליליטר של מדיום תרבית תאים במשך 16 שעות ב 37 מעלות צלסיוס
    4. לשאוב את מדיום תרבית תאים בעדינות. לשטוף בעדינות את התאים על ידי הוספת 10 מיליליטר של פוספט שנאגרו מלוח (PBS) לבקבוק, נדנדה, וaspirating PBS.
    5. כתם התאים עם צבע ניאון (CM-DiI) המאפשר הדמיה במהלך ניסויים. הדבר נעשה להוראות היצרן על ידי הוספת הצבע עד 10 מיליליטר של מדיום תרבית תאים בריכוז של 5 μl / מיליליטר ודוגרים עם התאים למשך 30 דקות על 37 מעלות צלזיוס.
    6. לשטוף את התאים עם PBS כמו בשלב 4.1.4 ודגירה עם 3 מיליליטר של 0.25% פתרון טריפסין- EDTA במשך 5 דקות על 37 מעלות צלזיוס ל להרים את התאים מהבקבוק.
    7. מעבירים את ההשעיה תא צינור חרוטי 15 מיליליטר, הראש מעל עם PBS, ו צנטריפוגות ב XG 500 במשך 5 דקות כדי ליצור תא גלולה.
    8. להשעות מחדש את התא גלולה ב PBS בריכוז של 1-2x10 6 תאים / מ"ל ומערבבים היטב על ידי pipetting ובמתוך צינור חרוטי מספר פעמים.
  2. ב- מבחנת תא
    1. עיצוב לפברק (למשל, 3D דפוס) אבזר פשוט להחזיק את הסטנט רק מעל פני השטח של coverslip זכוכית.
    2. לנטרל סטנט באמצעות degausser אלקטרומגנטית או למגנט סטנט לחלוטין או axially באמצעות מגנט ניאודימיום חזק.
    3. פיפטה EOC כותרת SPION התלוי בPBS לתוך הצלחת המכילה סטנטים שליטת axially ממוגנטים או הפוך ממוגנטים או שאינם ממוגנטים. תמונת סטנטים עם EOC התלוי בPBS מייד לקרינה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי הפוך.

class = "jove_title"> 5. ב- vivo בבעלי חיים לימודים

  1. השתלת סטנט
    1. להקיז דם היקפי מ4 חזירי יורקשייר בריאים - במשקל כ 50 קילוגרם - 3 שבועות לפני השתלת תומכן בהתאמה והתרבות EOC כפי שתואר ב5,7.
    2. לנהל תרופות נגד טסיות דם מתחילות 3 ימים לפני ניתוח (מ"ג 325 האספירין וקלופידוגרל 75 מ"ג ליום).
    3. ביום השתלת סטנט, להרדים את החזירים עם שריר Telazol, Xylazine, ואטרופין (5 / 2-3 / 0.05 מ"ג / קילוגרם בהתאמה) כאמור בהנחיות טיפול בבעלי החיים ושימוש מוסדיות הישימות.
    4. צנרר ולמקם את החזיר על שאיפה של 1-2.5% הרדמה Isoflurane.
    5. לגלח את אזור צוואר הגחון של החזיר ולנהל את ההליך בתנאים סטריליים כלליים.
    6. שתל 1 ממוגנט ו1 תומכן שאינו ממוגנט לעורק כלילי תקין (RCA) באמצעות טכניקת צנתור סטנדרטית.
      1. Catheterization של בעלי חיים צריכה להתבצע על ידי קרדיולוג התערבותית מאומן. גש לעורק התרדמה תקין עם נדן צרפתי 9.
      2. Cannulate העורקים הכליליים היעד ולהזריק צבע ניגוד עם יוד כדי להשיג תמונות fluoroscopic.
      3. הנח guidewire כלילית סטנדרטית 0.014 אינץ 'בעורק. לקדם את הבלון וסטנט באמצעות חוט מדריך זה ולפרוס את הסטנט בכלי קוטר 3-3.5 מ"מ.
    7. לחסום את זרימת הדם בתוך הפרוקסימלי RCA לסטנטים מושתלים באמצעות מעל בלון החוט ולספק כ 2x10 6 EOC אוטולוגית שכותרתו עם SPION המושעה ב 4 מיליליטר של PBS באמצעות הצנתר המרכזי על פני תקופה 2 דקות.
    8. שחזור זרימת דם לRCA לאחר 2 דקות של חסימה נוספת.
    9. מעבירים את החיה לחדר ההתאוששות ולעקוב מקרוב בעלי החיים עד שהוא חזר להכרה.
    10. תמשיך לנהל תרופות אנטי-טסיות (אספירין 325 מ"ג וקלופידוגרל 75 מ 'ז) לפרסם מבצעי עד הקרבה.
  2. explant והיסטולוגיה סטנט
    1. להרדים בעלי החיים 7 ימים לאחר ניתוח על ידי הרדמה הראשונה של בעלי החיים כפי שהוסבר קודם לכן ולאחר מכן לנהל הווריד מנה קטלנית של pentobarbital נתרן (100 מ"ג / קילוגרם) בהתאם להנחיות טיפול בבעלי החיים ושימוש מוסדיות ישימות.
    2. ניתוח לקצור מגזרי עורקי stented. תקן את עורקי explanted ב 10% חיץ פורמלין למינימום של 30 דקות. השאר את הדגימות במאגר פורמלין לניתוח היסטולוגית נוסף.
    3. למיקור חוץ המדגם הקבוע למתקנים מסוגלים לבצע היסטולוגיה עם סטנטים מתכת. במהלך עיבוד זה, הדגימות להטביע בmethylmethacrylate, מחולק צולב, ונותחו בהיסטולוגיה באמצעות טכניקת הצביעה של מאלורי עם כתם כחול פרוסים לחלקיקי ברזל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עיצוב סטנט איטרטיבי המבוסס על FEA (איור 1) הראה סטנט שיכול crimp ולהרחיב עם מתח עיקרי של 20% שהוא פחות מ 30% המתח האולטימטיבי. Crimping ובדיקת הרחבה (איור 2) לא הראו שום סימנים של שבר. תמונות של סטנט מעוות הראו הסכם טוב עם עיוותי FEA מחושבים וגם תמונות מיקרוסקופי הראו שום שברים (איור 3). כצפוי ממדידות השדה מגנטיות נשמרו (איורים 4 ו -5), תאי שכותרתו-SPION נמשכו מעדיפים מגזרים כפופים בסטנטים ממוגנטים axially ויותר אחיד נמשכים למקטעים ישרים בסטנטים לחלוטין ממוגנטים (איור 6). תמונות היסטולוגיה הראו צביעת ברזל ליד תמוכות סטנט מוכיחות משיכה EOC ושימור לסטנט בתקופת 7 יום ההשתלה (איור 7).

"> איור 1
תרשים דוגמנות סטנט וניתוח תזרים איור 1.. סכמטי מציג את המודלים בעזרת המחשב וניתוח אלמנטים סופי מראים תהליך צעד-אחר-צעד להחיל סטנט נירוסטה 2,205. שונה מet al Uthamaraj. 2,014 6 באישור מחדש הדפסה.

איור 2
איור crimping סטנט 2. נירוסטה והתרחבות. לחתוך לייזר וסטנט electropolished) כ- חתך, ב) crimped על צנתר בלון שלושה קיפולים, וג) התרחבו עד 3 מ"מ באמצעות בלון השלושה קיפולים. שונה מet al Uthamaraj. 2,014 6 באישור מחדש הדפסה.

איור 3
איור 3. ז> בדיקה מיקרוסקופית של סטנט. במיקרוסקופ האור שימשה לתמונה סטנט המורחב שהשוואה לסימולצית FEA.

איור 4
התקנת שלב מדידה 4. בדיקה מגנטית איור. שלבי XYZ ושלבי סיבוב רוכזו למיצוב סטנטים ובדיקה מגנטית במהלך מדידות שדה מגנטיות.

איור 5
איור 5. אזורים מגנטי מדידת שדה בתומכן וערכי המדידה. התמונה מראה את נמדדו שדות מגנטיים עודפים של 2205 סטנטים בתצורות axially ממוגנטות ומנוגד ממוגנטות. שונה מet al Uthamaraj. 2,014 6 באישור מחדש הדפסה.

class = "jove_content" FO: לשמור-together.within עמודים = "תמיד"> איור 6
איור 6. ב- מבחנה ללכוד תאים. תמונות מיקרוסקופ פלואורסצנטי של 2205 סטנטים נירוסטה מראים ללכוד תאים בסטנט-ממוגנט שאינם (א), סטנט לחלוטין ממוגנט (B) ותומכן (C) ממוגנט axially. שונה מet al Uthamaraj. 2,014 6 באישור מחדש הדפסה.

איור 7
איור 7. תמונות של חתכים היסטולוגית של מגזרי עורקים הכליליים stented של () סטנט המגנטי עם כתמי ברזל כחולים ליד היתד ו( B) סטנט שאינו מגנטי שליטה לא מראה כתמי כחולים ליד היתד. הדגימות היו מוכתמות באמצעות מכתים של מאלורי טכניקה עם חלקיקי ברזל שלtained עם כתם כחול פרוסים. הסמל "*" מציין מקומות יתד סטנט. שונה מet al Uthamaraj. 2,014 6 באישור מחדש הדפסה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

פיתחנו סטנט מגנטי שיכול לתפקד כסטנט מתכת חשוף ויכול למשוך תאי האנדותל שכותרת SPION. במחקרים קודמים הכוללים סטנטים מגנטיים, חוקרים השתמשו בסטנטים מצופים ניקל מסחריים וסלילים או משתלב עשויים מחומרים מגנטיים בשל חוסר הזמינות של סטנט פרומגנטי 5,10-14. גם קבוצות אחרות השתמשו בטבע פאראמגנטיים של סטנטים פלדה זמינים מסחרי בדרגת 304 חלד למיקוד תאי האנדותל ננו-חלקיקים טעונים 3. ציפוי ניקל עשוי להיות אלרגיה לחולים שטופלו בתומכנים וסטנטים פאראמגנטיים צריכים שדה מגנטי חיצוני כדי למשוך ולשמר חלקיקים מגנטיים 3.5. לפיכך, תכנון ופיתוח תומכן פרומגנטי פונקציונלי חשוב עבור יישומי משלוח התא, כמו גם יישומים קליניים אחרים 10,15-20. טבע דופלקס של החומר נבחר למחקר זה - 2,205 נירוסטה - עושה את זה wEakly פרומגנטי. בנוסף, 2,205 נירוסטה יש מתח אולטימטיבי נמוך של 30% בהשוואה לפלדות אל חלד אחרים המשמשות לייצור סטנטים כגון פלדה אל חלד 316L (70%) 6,21,22.

בהתבסס על יישום הרומן הזה של 2205 נירוסטה, הפרוטוקול המובא במחקר זה מסביר את השיטות לעיצוב, ייצור, ולבדוק סטנט חלש מגנטי. ראשית, תבנית עיצוב סטנט פשוט פותח באמצעות דפוס סטנט קיים כמדריך. תוצאות מסימולציות FEA הציעו חומר שצריך להתווסף למגזרים כפופים של סטנט כדי להשיג מתח עיקרי מרבי של 20% שהוא פחות מהזן האולטימטיבי של החומר. היה לי עיצוב סטנט הסופי עובי יתד של 90 מיקרומטר. שנית, סטנטים מתוצרת היו ממוגנטים ושדות המגנטיים נשמרים נמדדו. עוצמת השדה מגנטי העודפים של סטנט הנירוסטה 2,205 תלויה בכיוון של השדה המגנטי מיושם 23. סטנטים ממוגנטים הראו שדה מגנטי נשמרים בטווח של 100-750 מ"ג בהשוואה למקסימום של 10 מ"ג לשליטה, סטנטים שאינם ממוגנטים. לבסוף, מחקרי השתלת חיה הגדולים הראו כי BMS מיוצר מפלדת אל-חלד 2,205 ניתן להשתמש כדי למשוך ולשמר תאי האנדותל שכותרת SPION גם כאשר זרימת דם משוחזרת לאחר ההשתלה. היסטולוגיה הראתה הנוכחות של מכתים ברזל הכחול ליד תמוכות סטנט של סטנט ממוגנט, וכך להוכיח ללכוד תאים ושמירה לאחר 7 ימים של השתלה.

CAD וFEA ששמש במחקר שלנו יכולים להיות מיושמים לתכנון וניתוח של סטנטים להרחבה בלון דומה נכונים. בפרוטוקול הנוכחי, על שלבים 1.2.5, 1.2.6, ו1.2.7 הם קריטיים להגדרת תנאי הגבול והקצאת רכוש חומרי ונדרשים לעיצוב סטנט כראוי. וכתוצאה מכך 2,205 סטנטים נירוסטה ממוגנטים הושתלו בבעלי חיים גדולים הראתה ללכוד תאים ושמירה. צעדים 5.1.7 וגם 5.1.8 הוא קריטי להשגת זריעת תאים תקינה בסטנטים ממוגנטים. בנוסף, כניסתה של תאים לאתר שתל סטנט המגנטי במהלך חסימת 2 דקות היא ייחודית למחקר שהוצג.

סטנטים שפותחו במחקר הנוכחי הצליחו endothelialize במהירות ולעמוד השתלה לטווח קצרה, אך לא ברור אם סטנטים יכולים לעמוד השתלה לטווח ארוך. עד כה, חומרים פרומגנטיים לא נחקרו בהרחבה להבין את המגבלות שלהם ליישומים קליניים. עם זאת, נתונים השתלת חזיר 7 ימינו הראו כי 2,205 נירוסטה דם טוב ותאימות של רקמות. השיטות שהוצגו במחקר זה לא לעשותלא להתייחס לטכניקות לבדיקות מכאניות מתקדמות של סטנטים כגון בדיקה עייפות או אינטראקציה ארוכת טווח של החומר המגנטי עם הדם 24-28. בנוסף, הטבע פרומגנטי החלש של 2205 נירוסטה הצליח ללכוד תאים מגנטיים שכותרת, אבל חומר לרומן עם תכונות מגנטיות חזקות עשוי לשפר ללכוד תאים. מחקר נוסף נחוץ גם כדי ללמוד את בטיחות ההתאמה הביולוגית וארוך טווח של חומרים פרומגנטיים. תאי האנדותל תולדה שימשו במחקר זה התקבלו על ידי הבא פרוטוקול שפורסם בעבר שהראה כיצד לבודד ולאפיין את תאי האנדותל תולדת 5,7. המחקר הנוכחי היה גם מוגבל על ידי המספר הקטן של בעלי חיים.

לסיכום, endothelialization המהיר של סטנטים היה מוגבל עד כה בגלל חוסר הזמינות של מכשירי משלוח אופטימליים והידבקות עניה של תאי האנדותל. סטנטים פרומגנטי שפותחו במחקר זהיש את היתרון של מתפקד כBMS גם בעת מתן שדה מגנטי שמר מספיק כדי ללכוד תאי האנדותל מגנטי שכותרתו. כחלק מלימודי ההמשך שלנו לתופעות השתלה לטווח ארוך, סטנטים צריכים לעבור בדיקות מכאניות וביולוגיות קפדניים יותר. סטנט שפותח במחקר זה מראה הבטחה גדולה כמו סטנט פרומגנטי פונקציונלי מסוגל ללכוד אנדותל תא ושימור והשיטות שהוצגו במחקר זה יכול לשמש לפיתוח תומכן עתיד ובדיקה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2205 Stainless steel Carpenter Technology Corporation Round bar stock material
Abaqus Dassault systems Software
Atropine Prescription drug.
Clopidogrel Commercial name: Plavix. Prescription drug.
CM-DiI Life Technologies V-22888 Molecular Probes, Eugene, OR
Endothelial growth medium-2 Lonza CC-3162
Hand Held Crimping tool Blockwise engineering M1-RMC
Hydrochloric acid (HCl) Sigma Aldrich MFCD00011324 CAUTION: wear proptective equipment and handle under fume hood
Isoflurane anesthesia Piramal Critical Care, Inc. 
Ethyl alcohol Sigma Aldrich MFCD00003568
NdFeB magnet 2" Dia x 1" thick Amazing magnets D1000P Axially magnetized disc magnet with poles on flat faces
Over-The-Wire trifold balloon Any commercially available OTW trifold balloon can be used
Phosphate buffered saline Life Technologies 10010-023 Commonly known as PBS
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) Sigma Aldrich MFCD00003528
Sodium pentobarbital Zoetis Commercial Name: Sleepaway (26%), FatalPlus, Beuthanasi.  Controlled substance to be ordered only by licensed veternarian
SolidWorks Dassault systems Software
SpinTJ-020 micro sensor MicroMagneitcs Sensible Solutions Long probe STJ-020 microsensor
SPION Mayo Clinic Nanoparticles synthesized internally (Ref: Lee, S. J. et al. Nanoparticles of magnetic ferric oxides encapsulated with poly(D,L latide-co-glycolide) and their applications to magnetic resonance imaging contrast agent. J Magn Magn Mater 272, 2432-2433, doi:DOI 10.1016/j.jmmm.2003.12.416 (2004))
Telazol Zoetis Controlled substance to be ordered only by licensed veternarian
Trypsin EDTA Life Technologies 25200-056 Gibco, Grand Island, NY
Xylazine Bayer Animal Health Commercial name: Rompun. Controlled sunstance to be ordered only by a licensed veternarian

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Garg, S., Serruys, P. W. Coronary stents: current status. J Am Coll Cardiol. 56, 1-42 (2010).
  2. Austin, D., et al. Drug-eluting stents versus bare-metal stents for off-label indications: a propensity score-matched outcome study. Circ Cardiovasc Interv. 1 (1), 45-52 (2008).
  3. Polyak, B., et al. High field gradient targeting of magnetic nanoparticle-loaded endothelial cells to the surfaces of steel stents. P Natl Acad Sci USA. 105 (2), 698-703 (2008).
  4. Tassiopoulos, A. K., Greisler, H. P. Angiogenic mechanisms of endothelialization of cardiovascular implants: a review of recent investigative strategies. J Biomat Sci-Polym E. 11 (11), 1275-1284 (2000).
  5. Pislaru, S. V., et al. Magnetic forces enable rapid endothelialization of synthetic vascular grafts. Circulation. 114, I314-I318 (2006).
  6. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells). Ann Biomed Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  7. Gulati, R., et al. Diverse origin and function of cells with endothelial phenotype obtained from adult human blood. Circ Res. 93 (11), 1023-1025 (2003).
  8. Lee, S. J., et al. Nanoparticles of magnetic ferric oxides encapsulated with poly(D,L latide-co-glycolide) and their applications to magnetic resonance imaging contrast agent. J Magn Magn Mater. 272 (3 Special Issue), 2432-2433 (2004).
  9. Lee, S. J., et al. Magnetic enhancement of iron oxide nanoparticles encapsulated with poly(D,L-latide-co-glycolide). Colloid Surface A. (1-3), 255-251 (1016).
  10. Forbes, Z. G., et al. Locally targeted drug delivery to magnetic stents for therapeutic applications. Computer Architectures for Machine Perception, 2003 IEEE International Workshop on. , 1-6 (2003).
  11. Rathel, T., et al. Magnetic Stents Retain Nanoparticle-Bound Antirestenotic Drugs Transported by Lipid Microbubbles. Pharm Res-Dordr. 29 (5), 1295-1307 (2012).
  12. Gunn, J., Cumberland, D. Stent coatings and local drug delivery - state of the art. Eur Heart J. 20 (23), 1693-1700 (1999).
  13. Lu, A., Jia, G., Gao, G., Wang, X. The effect of magnetic stent on coronary restenosis after percutaneous transluminal coronary angioplasty in dogs. Chin Med J (Engl. 114 (8), 821-823 (2001).
  14. Kempe, H., Kempe, M. The use of magnetite nanoparticles for implant-assisted magnetic drug targeting in thrombolytic therapy. Biomaterials. 31 (36), 9499-9510 (2010).
  15. Chorny, M., et al. Targeting stents with local delivery of paclitaxel-loaded magnetic nanoparticles using uniform fields. P Natl Acad Sci USA. 107 (18), 8346-8351 (2010).
  16. Polyak, B., Friedman, G. Magnetic targeting for site-specific drug delivery: applications and clinical potential. Expert Opin Drug Del. 6 (1), 53-70 (2009).
  17. Liu, J. Y., et al. Magnetic stent hyperthermia for esophageal cancer: an in vitro investigation in the ECA-109 cell line. Oncol Rep. 27 (3), 791-797 (2012).
  18. Gunn, J., Cumberland, D. Does stent design influence restenosis. Eur Heart J. 20 (14), 1009-1013 (1999).
  19. Aviles, M. O., et al. In vitro study of ferromagnetic stents for implant assisted-magnetic drug targeting. J Magn Magn Mater. 311 (1), 306-311 (2007).
  20. Mardinoglu, A., et al. Theoretical modelling of physiologically stretched vessel in magnetisable stent assisted magnetic drug targeting application. J Magn Magn Mater. 323 (3-4), 324-329 (2011).
  21. Liu, Z. Y., et al. Stress corrosion cracking of 2205 duplex stainless steel in H2S-CO2 environment. J Mater Sci. 44 (16), 4228-4234 (2009).
  22. Alverez-Armas, I., Degallaix-Moreuill, S. Duplex stainless steels. , Wiley-ISTE. (2009).
  23. Tefft, B. J., et al. Magnetizable Duplex Steel Stents Enable Endothelial Cell Capture. Ieee T Magn. 49 (1), 463-466 (2013).
  24. Pelton, A. R., et al. Fatigue and durability of Nitinol stents. J Mech Behav Biomed Mater. 1 (2), 153-164 (2008).
  25. Knowles, M., et al. Finite element analysis of a balloon-expandable stent and superior mesenteric arterial wall interaction. J Vasc Surg. 60 (6), 1722-1723 (2014).
  26. Veeram Reddy, S. R., et al. A novel biodegradable stent applicable for use in congenital heart disease: bench testing and feasibility results in a rabbit model. Catheter Cardiovasc Interv. 83 (3), 448-456 (2014).
  27. Shellock, F. G. MR imaging of metallic implants and materials: a compilation of the literature. AJR Am J Roentgenol. 151 (4), 811-814 (1988).
  28. Lopic, N., et al. Quantitative determination of magnetic force on a coronary stent in MRI. J Magn Reson Imaging. 37 (2), 391-397 (2013).

Tags

ביו-הנדסה גיליון 103 סטנט המגנטי ריפוי מהיר endothelialization CAD FEA 2,205 נירוסטה סטנטים לב וכלי דם
Bare Metal פרומגנטי סטנט ללכיד תא האנדותל ושייר
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Uthamaraj, S., Tefft, B. J.,… More

Uthamaraj, S., Tefft, B. J., Hlinomaz, O., Sandhu, G. S., Dragomir-Daescu, D. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100, doi:10.3791/53100 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter