Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. electro av polyuretan på Pivot Collector
- Forbered dor for electro
- Smelt ca 8 ml biokompatible, næringsmiddelindustrien, vannløselig bærermateriale i en målesylinder (ca. 9 mm diameter og 110 mm dype) ved 155 ° C ved hjelp av en ovn.
- Dypp en 3 mm diameter og 100 mm lang rustfri stål doren for å oppnå et belegg av bærermateriale på overflaten av doren. Før dypping, plassere dorene i ovnen ved 155 ° C i ca. 15 minutter for å heve temperaturen av doren overflate som bidrar i å fukte overflaten med det smeltede bærermaterialet.
- La dyppes doren avkjøles til ca. 140 ° C, mens det smeltede bærermaterialet størkner danner et ensartet tynt lag på doren overflaten. Under avkjølingsprosessen, henger doren vertikalt slik at tyngdekraften fører til overflødig bærermaterialet for å dryppe av. Dette belegget gjør det enkeltfjernelse av den ferdige stent-transplantat fra doren.
- Oppsett av doren samler av den elektrospinning system (som vist på figur 1)
- Juster laboratorieblander horisontalt og koble til en plaststav som vil holde det rustfrie stål doren i motsatt ende inne i avtrekksskap.
- Oppløs bærermaterialet fra spissen av doren ved å senke bare tuppen av doren i vann for å få plass til plastisk støttestangen ved enden av spindelen. Støtter plaststøttestangen ved den frie ende av spindelen for å hjelpe til med jevn rotasjon av spindelen kollektoren.
- Bruk settskruer i plast støttestenger for å feste i rustfritt stål dor og unngå å skli under electro.
- Jorde dor solfangeren ved å feste en U-formet jordledning til rustfritt stål dor. Bruk gummi O-ringer for å holde jordledningen til sidene av stammen.
- setting opp flytende polyuretan ekstrudering system av elektrospinning systemet
- Bland dimetylacetamid (DMA) med 25% (m / v) polyuretan (PU) stamløsning for å oppnå 15% (m / v) PU i DMA-løsning (for eksempel, tilsett 6 ml DMA til 9 ml 25% PU-oppløsning).
FORSIKTIGHET! Arbeid i et avtrekksskap med riktig personlig verneutstyr. - Fyll en 5 ml glass sprøyte med butt ende nål av rustfritt stål (spinneret) med 15% PU løsning.
- Programmere sprøytepumpe for å ekstrudere ved 0,01 ml / min på grunnlag av den indre diameter av sprøyten.
- Monter sprøyte med spinnevorte på sprøytepumpen horisontalt med nålespissen ca. 20 cm fra spindelen samleren. Isoler sprøyten fra de ledende delene av sprøyte pumpe bruker gummi ark for å unngå elektrisk overslag.
- Koble høyspenningsgeneratoren til spinnedysen på sprøyten ved hjelp av en krokodilleklemme.
- Bland dimetylacetamid (DMA) med 25% (m / v) polyuretan (PU) stamløsning for å oppnå 15% (m / v) PU i DMA-løsning (for eksempel, tilsett 6 ml DMA til 9 ml 25% PU-oppløsning).
- Kjør sprøytepumpen på 0,01 ml / min og rotate spindelen med laboratorieblander kjører på lav hastighet (f.eks 50 rpm).
- Anvende en spenningsforskjell på 20 kV på tvers av spinnedysen og kollektor doren. PU nanofibers vil begynne å avsette på den roterende dor og et tynt lag vil være synlig i løpet av flere minutter. Sørg for avtrekksskap er slått av og eksos er stengt for å unngå tap av elektrospunnede nanofibers.
2. electro et stentgraft
- Electrospin PU nanofibers på en roterende dor i 2 timer for å skape en enhetlig rør (som forklart i trinn 1).
- Fjerne spindelen fra plaststang som er koblet til laboratorieblander for å installere bart metall stenten. Slå på avtrekksskap og åpne eksos forut for fjerning av spindelen for å sikre at restløsemidler fjernes.
- Skyv ballong som kan utvides av rustfritt stål stent 26 på den elektrospunnede røret til et ønsket sted. Det kan være nødvendig å svakt utvide stenten slik at det Slips på uten å skade den elektrospunnede røret.
- Crimp stent for å sørge for at stenten er tett satt på røret materialet på stammen og ikke løs nok til å gli. Dette vil også bidra til å hindre delaminering av de indre og ytre lag.
- Installering av doren med slange og stent igjen på plaststav av den laboratorieblander for electro det ytre lag av den stent-transplantat.
- Electrospin nanofibers for 3 timer som forklart i trinn 1 for å dikte det ytterste laget av stentgraft.
- Etter electro den ytre senere, langs omkretsen kutte PU-materiale omtrent 1 mm fra endene av stenten ved hjelp av en skalpell.
- Sug doren med stent-transplantat i avionisert vann for å oppløse bærermaterialet fra doren som vil frigjøre den stentgraft fra doren. Erstatte med friskt vann etter behov for å oppløse bærermaterialet helt.
- Når bærermaterialet er oppløst, fjern forsiktig stentgraft fra than doren og la tørke. Tenk soaking fjernet stentgraft i avionisert vann for å løse eventuelle gjenværende støttemateriale før du lar det lufttørke.
3. Testing av produserte stentgraft
- Skyv stentgraft på en 3 mm trifold ballong.
- Crimp den stentgraft på ballongen ved hjelp av en håndholdt presstangen.
- Inspiser krympede stentgraft ved hjelp av et mikroskop for uniform krymping og andre tegn på svikt som delaminering eller punktering av dekkmaterialet på grunn av stent deformasjon.
- Utvid stentgraft med konstruksjons diameter på 3 mm ved å trykksette trifold ballong med en inflasjon enhet og vann. Igjen, undersøke den utvidede stentgraft for jevn ekspansjon og tegn til svikt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vår electrospinner oppsett (figur 1) har resultert i høy kvalitet polyuretan nanofibers (figur 2). En stent-transplantat er produsert ved hjelp av elektro et indre lag av polyuretan på en dor og styre et bart metall stent i løpet av dette laget, og electro et andre ytre lag av polyuretan (figur 3). Polyuretan nanofibers er elektrospunnede ved en hastighet på 50 um / time, noe som resulterer i et indre lag av 100 um og et ytre lag av 150 pm på stentgraft. Electro ved anvendelse av protokollen som presenteres her resulterer i ensartede nanofibrous polyuretanlag (figur 4). Krymping og utvidelse av den resulterende små kaliber stentgraft viste at disse enhetene er i stand til å bli utplassert ved hjelp av en standard trefalset ballong uten ujevn krympe heller ikke tegn til materialsvikt (figur 5).
ure en "src =" / files / ftp_upload / 54731 / 54731fig1.jpg "/>
Figur 1. Skjematisk av electro prosedyre. De nanofibers produsert fra spinneret samles på en roterende dor. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Scanning elektronmikroskopi (SEM) bilder av polyuretan nanofibers. SEM bilder av polyuretan nanofibrous materialet viser tilfeldig orientert nanofibers på (a) 5,000X forstørrelse og (b) 10,000X forstørrelse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet .
igur 3 "src =" / files / ftp_upload / 54731 / 54731fig3.jpg "/>
Figur 3. Fremgangsmåte i fabrikasjon av stentgraft. (A) elektrospunnede indre lag av stent-transplantat, (b) ballong utvidbar stent som er lastet på elektrospunnede lag, (c) elektrospunnede ytre lag av stent-transplantat, (d) stent-transplantat kuttes til riktig lengde på spindelen, og (e) stentgraft med indre og ytre lag på PU nanofibrous lag. Hver divisjon på skalaen representerer 0,5 mm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Mikrosbilder av elektrospunnede polyuretan lag på en dor av rustfritt stål. (A) dor uten nanofibrous lag, (b >) Nanofibrous polyuretanlaget på doren etter 2 timers elektrospinning, og (c) nanofibrous polyuretanlaget på doren etter 5 timers elektrospinning. Inspeksjon av polyuretan lag viser jevn tykkelse langs stammen på ulike tider av electro. Hver divisjon på skalaen representerer 0,5 mm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. Testing av stent-transplantat for krymping og ekspansjon. (A) stent-transplantat krympet på en 3 mm trefalset ballong, (b) stentgraft ekspandert til diameter utformet, og (c) stentgraft krympet og utvidet. Hver divisjon på skalaen representerer 0,5 mm.g5large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne hevder at de ikke har noen konkurrerende økonomiske 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).
