Introduction
Koronar intervention procedurer forårsage betydelig karvæggen skade som følge af afbrydelse af plak og karvæggen. Dette resulterer i restenose, perifer emboli hos vene transplantater, og diskontinuitet af koronare lumen 1-4. For at undgå disse komplikationer, vil en lovende strategi være at dække den vaskulære overflade i angioplastik site, som potentielt vil hæmme restenose, mindske risici fra diskontinuitet af fartøjets lumen, og forhindre perifer emboli. Tidligere undersøgelser har sammenlignet nøgne metal stents til stentimplantater med positive resultater for stentimplantater 5. Forskere har brugt flere materialer til at fremstille membraner til at dække stents. Dette omfatter syntetiske materialer som polyethylentetraphthalat (PET), polytetrafluorethylen (PTFE), polyurethan (PU), og silicium eller autologt kar væv til fremstilling dækket stenter 6-9. En ideel graft materiale, der anvendes til at dække stenten bør tromboresistent, ikke-biodegradable, og bør integrere med indfødte væv uden overdreven spredning og inflammation 10. Implantatmaterialet anvendes til at dække stenten skal også fremme heling af stent-implantatet.
Stentimplantater er almindeligt anvendt til behandling af aorta coarctatio, pseudo-aneurismer af halspulsåren, arteriovenøs fistler, degenereret vene transplantater, og store til giant cerebrale aneurismer. Men udviklingen af små kaliber stentimplantater er begrænset af evnen til at opretholde lav profil og fleksibilitet, som hjælper med indsættelse af de stentimplantater 11-14. PU er en elastomer polymer med god mekanisk styrke, som er et ønsket træk for at opnå en lav profil og god fleksibilitet 15,16. Ud over at have god overdragelsen, bør stentimplantater også fremme hurtig heling og endothelialisering. PU dækket stentimplantater har vist bedre biokompatibilitet og øget endothelialisering 17. Forskere hartidligere forsøgt at endothelialize PU dækket stentimplantater ved podning dem med endotelceller 17. Elektrospinning af PU at skabe nanofiber matrix har vist sig at være en værdifuld teknik til fremstilling af vaskulære transplantater 18,19. Eksistensen af nanofibre, der efterligner arkitekturen i native ekstracellulære matrix er også kendt for at fremme endothelcelleproliferation 20,21. Elektrospinning tillader også kontrol over materialets tykkelse 22. Lille kaliber vaskulære transplantater fremstillet af PU er blevet undersøgt for at fremme heling ved hjælp modifikationer, såsom overfladebelægninger, antikoagulantia, og celleproliferation suppressants. Alle disse ændringer er designet til at mægle vært accept og fremme graft healing 23.
Vores gruppe har udviklet en ballon udvides bare metal stent, der kan implementeres i dyremodeller 24-26. Kombinationen af en elektrospundet polyurethan mesh og en boldoon stent har gjort det muligt for os at generere små kaliber ballon udvides stentimplantater. De fleste af de aktuelt tilgængelige stentimplantater indføres gennem lårarterien under en interventionel procedure, men kun få kommercielle dækket stenter kan indføres 1 fransk størrelse større end den, der kræves for en un-oppustet ballon 27. I denne undersøgelse har vi udviklet et lille kaliber vaskulær stent-implantatet ved indkapsling en ballon stent mellem to lag elektrospundet PU, som kan leveres til en koronararterie anvendelse af et standard 8-9 fransk ledekateter i en perkutan indgrebsprocedure.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Electrospinning Polyuretan på Dorn Collector
- Forbered dorn for elektrospinning
- Smelt ca. 8 ml biokompatible, fødevarekvalitet, vandopløseligt bæremateriale i en gradueret cylinder (ca. 9 mm i diameter og 110 mm dyb) ved 155 ° C under anvendelse af en ovn.
- Dyp et 3 mm i diameter og 100 mm lang rustfri stål dorn for at opnå en belægning af bæremateriale på overfladen af dornen. Før dypning, placere dornene i ovnen ved 155 ° C i ca. 15 min for at hæve temperaturen af dornen overflade, som hjælper med at befugte overfladen med det smeltede bæremateriale.
- Lad de dyppede dorn afkøle til ca. 140 ° C, medens det smeltede bæremateriale størkner danner en ensartet tynd belægning på dornen overflade. Under afkølingsprocessen, hænge dornen lodret, så tyngdekraften forårsager overskydende bæremateriale at dryppe. Denne belægning giver nemfjernelse af det færdige stent-implantat fra dornen.
- Opsætning af dornen samler af elektrospinningsprocessen systemet (som vist i figur 1)
- Juster laboratoriet mixer vandret og tilslut en plastik stang, som vil holde stål dorn rustfrit i den modsatte ende inde i stinkskabet.
- bærematerialet fra spidsen af dornen opløses ved nedsænkning kun toppen af dornen i vand til at rumme den plastiksubstrat stang ved enden af dornen. Støt plastiksubstrat stang ved den frie ende af dornen til at bistå med en jævn drejning af dornen samler.
- Brug stilleskruer i plast støttestænger at fastgøre stål dorn rustfri og undgå at glide under elektrospinding.
- Jordforbinde dornen samleren ved at fastgøre en U-formet jordledning til rustfrit stål dorn. Brug gummi O-ringe til at holde jordledningen til siderne af dornen.
- Setting op flydende polyurethan ekstrudering system elektrospinning systemet
- Bland dimethylacetamid (DMA) med 25% (m / v) polyurethan (PU) stamopløsning til opnåelse af 15% (m / v) PU i DMA opløsning (f.eks tilsættes 6 ml DMA til 9 ml 25% PU opløsning).
FORSIGTIGHED! Arbejde i et stinkskab med korrekt personlige værnemidler. - Fyld en 5 ml glassprøjte med stump ende kanyle af rustfrit stål (spindedyse) med 15% PU opløsning.
- Programmere sprøjtepumpen at ekstrudere ved 0,01 ml / min baseret på den indre diameter af sprøjten.
- Monter sprøjte med spindedysen på sprøjtepumpen vandret med nålespidsen ca. 20 cm fra dornen samler. Isoler sprøjten fra ledende dele af sprøjten pumpe bruge gummiplader at undgå elektrisk gnistdannelse.
- Tilslut højspændingsgenerator til spindedysen af sprøjten ved hjælp af et krokodillenæb.
- Bland dimethylacetamid (DMA) med 25% (m / v) polyurethan (PU) stamopløsning til opnåelse af 15% (m / v) PU i DMA opløsning (f.eks tilsættes 6 ml DMA til 9 ml 25% PU opløsning).
- Kør sprøjtepumpen 0.01 ml / min og rotate dornen med laboratorieblander kører ved lav hastighed (fx 50 rpm).
- Påfør en spændingsforskel på 20 kV over spindedysen og samleren dornen. PU nanofibre vil begynde aflejring på den roterende dorn og et tyndt lag vil være synlig inden for nogle minutter. Sørg stinkskabet er slukket og udstødning er lukket for at undgå tab af elektrospundne nanofibre.
2. elektrospinding en stent-graft
- Electrospin PU nanofibers på en roterende dorn i 2 timer for at skabe en ensartet rør (som forklaret i trin 1).
- Fjern dornen fra plaststang forbundet til laboratorieblander at installere bare metal stent. Slå stinkskab og åben udstødning før fjernelse dornen at sikre, at rest dampe af opløsningsmiddel fjernes.
- Skub ballonudvidelige stent af rustfrit stål 26 onto elektrospundne rør til et ønsket sted. Det kan være nødvendigt med en mindre udvide stenten så det SLIps på uden at beskadige elektrospundne røret.
- Crimp stenten for at sikre, at stenten stramt er indstillet på røret materiale på dornen og ikke løs nok til at glide. Dette vil også bidrage til at forhindre delaminering af de indre og ydre lag.
- Indlæse dornen med røret og stenten igen på plaststang laboratoriets mixer til elektrospinding det ydre lag af stent-implantatet.
- Electrospin nanofibers i 3 timer som forklaret i trin 1 for at fremstille det ydre lag af stent-implantatet.
- Efter elektrospinding den ydre senere, periferisk sender en PU-materiale ca. 1 mm fra enderne af stenten ved anvendelse af en skalpel.
- Soak dornen med stent-implantatet i deioniseret vand for at opløse bærematerialet fra dornen, som vil frigive stent-implantatet fra dornen. Erstatte med frisk vand efter behov for at opløse bærematerialet fuldstændigt.
- Når bærematerialet er opløst, forsigtigt fjerne stent-implantatet fra than dornen og lad det tørre. Overvej neddypning fjernes stent-implantatet i deioniseret vand for at opløse eventuelt tilbageværende bæremateriale før de tillader at lufttørre.
3. Afprøvning af Industrieksportens stentimplantater
- Skub stent-implantatet på en 3 mm trifold ballon.
- Krympe stent-implantatet på ballonen under anvendelse af en håndholdt crimpværktøj.
- Undersøg krympede stent-graft ved hjælp af et mikroskop for ensartet crimpning og eventuelle andre tegn på fiasko ligesom delaminering eller punktering af dækslet materiale på grund af stent deformation.
- Udvid stent-graft til designet diameter på 3 mm ved tryk på trifold ballon med en inflation enhed og vand. Igen, undersøge den udvidede stent-graft for ensartet ekspansion og tegn på fiasko.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vores electrospinner opsætningen (figur 1) har resulteret i høj kvalitet polyurethan nanofibre (figur 2). En stent-implantatet er fremstillet ved elektrospinding et indre lag af polyurethan på en dorn, glider en bare metal stent i dette lag, og elektrospinding et andet ydre lag af polyurethan (figur 3). Polyurethan nanofibers elektrospindes med en hastighed på 50 um / time, hvilket resulterer i et indre lag af 100 um og et ydre lag af 150 pm på stentimplantater. Elektrospinding under anvendelse af protokollen præsenteres her resulterer i ensartede nanofibrous polyurethanlag (figur 4). Krympning og udvidelse af det resulterende lille kaliber stent-implantatet viste, at disse enheder er stand til at blive indsat under anvendelse af en standard trifold ballon uden ujævn krympning eller tegn på væsentlig svigt (figur 5).
ure 1 "src =" / files / ftp_upload / 54.731 / 54731fig1.jpg "/>
Figur 1. Skematisk af elektrospinding procedure. De nanofibre produceret fra spindedysen indsamles på en roterende dorn. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Scanning elektronmikroskopi (SEM) billeder af polyurethan nanofibre. SEM billeder af polyurethan nanofibrous materiale viser tilfældigt orienteret nanofibre på (a) 5,000X forstørrelse og (b) 10.000X forstørrelse. Klik her for at se en større version af dette tal .
igur 3 "src =" / files / ftp_upload / 54.731 / 54731fig3.jpg "/>
Figur 3. Trin i fremstilling stentimplantater. (A) elektrospundet indre lag af stent-implantatet, (b) ballon stent fyldt på elektrospundne lag, (c) elektrospundet ydre lag af stent-implantatet, (d) stent-implantatet afkortes på dornen, og (e) stent-graft med indre og ydre lag på PU nanofibrous lag. Hver division på skalaen repræsenterer 0,5 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Mikroskopi billeder af elektrospundne polyurethanlag på en rustfri stål dorn. (A) dorn uden nanofibrous lag, (B >) Nanofibrous polyurethanlag på dornen efter 2 timers elektrospinning, og (c) nanofibrous polyurethanlag på dornen efter 5 timers elektrospinning. Inspektion af polyurethanlag viser ensartet tykkelse langs dornen på forskellige tidspunkter af elektrospinning. Hver division på skalaen repræsenterer 0,5 mm. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. Prøvning af stent-implantatet for krympning og ekspansion. (A) stent-implantatet krympet på en 3 mm trifold ballon, (b) stent-implantatet udvides til designet diameter, og (c) stent-implantatet krympet og udvidet. Hver division på skalaen repræsenterer 0,5 mm.g5large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende finansielle interesser.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 9 mm 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 |
References
- Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
- Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
- Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
- Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
- Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
- Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
- Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
- Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
- Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
- Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
- Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
- Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
- Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
- Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
- Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
- Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
- Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
- Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
- Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
- Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
- Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
- Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
- Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
- 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).
- Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099 (2015).
- Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100 (2015).
- de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
- Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
- Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).
