In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.
Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.
Koronar intervensjonsprosedyrer forårsake betydelig åreveggen skade på grunn av ødeleggelse av plakk og karveggen. Dette resulterer i restenose, perifer emboli i vene grafts, og diskontinuitet av koronar lumen 1-4. For å unngå disse komplikasjonene, vil en lovende strategi være å dekke den vaskulære overflate i angioplastikk området, noe som potensielt vil hemme restenose, redusere risiko fra diskontinuitet av karlumenet, og hindre perifer emboli. Tidligere studier har sammenlignet rein metallstent å stentgraft med positive resultater for stentgraft 5. Forskere har brukt flere materialer for å fremstille membraner for å dekke stenter. Dette inkluderer syntetiske materialer, for eksempel polyetylen tetraphthalate (PET), polytetrafluoretylen (PTFE), polyuretan (PU), og silisium eller autolog kar vev for å produsere dekket stenter 6-9. En ideell pode materiale som brukes til å dekke stenten bør tromberesistent, ikke-biodegradable, og skal integreres med innfødte vev uten overdreven spredning og betennelse 10. Transplantatet materialet som brukes til å dekke stenten bør også fremme helbredelse av stent-transplantat.
Stentgraft er mye brukt til behandling av aorta coarctation, pseudo-aneurismer i halspulsåren, arteriovenøs fistel, utartet vene grafts, og store til gigantiske cerebrale aneurismer. Men utviklingen av små kaliber stentgraft er begrenset av evnen til å opprettholde lav profil og fleksibilitet, som hjelpemidler i utplassering av stentgraft 11-14. PU er en elastomer polymer med god mekanisk styrke, som er en ønskelig egenskap for å oppnå en lav profil og god fleksibilitet 15,16. I tillegg til å ha god leveringsevne, bør stentgraft også fremme rask helbredelse og endotelialisering. PU dekket stentgraft har vist bedre biokompatibilitet og forbedret endotelialisering 17. forskere hartidligere forsøkt å endothelialize PU dekket stentgraft ved seeding dem med endotelceller 17. Elektrospinning av PU for å lage nanofiber matrise har vist seg å være en verdifull teknikk for fremstilling av vaskulære implantater 18,19. Eksistensen av nanofibers som etterligner den arkitekturen av nativt ekstracellulær matriks er også kjent for å fremme endotelcelleproliferasjon 20,21. Electro gir også mulighet for kontroll over tykkelsen av materialet 22. Små kaliber vaskulære implantater laget av PU har blitt studert for å fremme helbredelse ved hjelp av modifikasjoner som overflatebelegg, antikoagulantia, og celleproliferasjonsprosesser dempende midler. Alle disse endringene er utformet for å formidle verts aksept og fremme pode healing 23.
Vår gruppe har utviklet en ballong utvides bart metall stent som kan distribueres i dyremodeller 24-26. Kombinasjonen av en elektrospunnede polyuretan mesh og en balloon utvidbar stent har gjort oss i stand til å generere små kaliber ballongutvid stentgraft. De fleste av de for tiden tilgjengelige stentgraft innføres gjennom den femorale arterien under en intervensjonsprosedyre, men bare noen få kommersielle dekket stenter kan innføres en fransk størrelse som er større enn det som kreves for en un-oppblåst ballong 27. I denne studien har vi utviklet et lite kaliber vaskulær stentgraft ved å innkapsle en ballong utvidbar stent mellom to lag av elektrospunnede PU som kan leveres til en koronararterie ved hjelp av en standard 8-9 franske guiden kateter i en perkutan intervensjonsprosedyre.
We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable …
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank the Division of Engineering, Mayo Clinic for their technical support. This study was financially supported by European Regional Development Fund – FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), and The Grainger Innovation Fund – Grainger Foundation.
Glass syringe | Air Tite | 7.140-33 | Syringe for spinneret |
Graduated cylinder 5 mL | Fisher Scientific | 08-552-4G | 5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long |
High voltage generator | Bertan Accociates, Inc. | 205A-30P | Used to apply voltage difference across spinneret and collector |
Laboratory mixer with rpm control | Scilogex | SCI-84010201 | Available from various laboratory equipment suppliers |
Polyurethane | DSM | BioSpan SPU | Biospan Segmented Polyurethane |
Rubber sheet | McMaster Carr | 1370N11 | Used to insulate syringe during electrospinning |
Stainless steel mandrel | N/A | N/A | Manufactured |
Stainless steel needle | Hamilton | 91018 | Used as spinneret in electrospinning |
Support material | EnvisionTec | B04-HT-DEMOMAT | Biocompatible water soluble material |
Syringe Pump | Harvard Apparatus | 55-3333 |