Introduction
Koronar intervention förfaranden orsaka betydande kärlväggen skada på grund av störningar av plack och kärlväggen. Detta resulterar i restenos, perifera embolism i ventransplantat och diskontinuitet av koronar lumen 1-4. För att undvika dessa komplikationer, kommer en lovande strategi vara att täcka kärlytan i angioplastikstället, som potentiellt kommer att hämma restenos, minska riskerna från avbrott av kärllumen, och förhindra perifer emboli. Tidigare studier har jämfört nakna metallstentar att stent-transplantat med positiva resultat för stent-implantat 5. Forskare har använt flera material för att tillverka membran för att täcka stentar. Detta inkluderar syntetiska material såsom polyetylen tetraphthalate (PET), polytetrafluoretylen (PTFE), polyuretan (PU) och kisel eller autolog kärlet vävnad att tillverka täckta stentar 6-9. En idealisk ympmaterial används för att täcka stenten bör tromboresistent, icke-biodegradable, och bör integrera med naturlig vävnad utan överdriven proliferation och inflammation 10. Transplantatmaterialet som används för att täcka stenten bör även främja läkning av stent-implantatet.
Stent-implantat används i stor utsträckning för behandling av aorta koarktation, pseudo-aneurysm i karotidartären, arteriovenösa fistlar, degenererade ventransplantat, och stor för att jätte cerebral aneurysm. Men utvecklingen av finkalibriga stent-implantat begränsas av förmågan att bibehålla låg profil och flexibilitet, vilket underlättar utplaceringen av stent-implantat 11-14. PU är en elastomer polymer med god mekanisk hållfasthet, vilket är en önskvärd egenskap för att uppnå en låg profil och god flexibilitet 15,16. Förutom att ha god leverans bör stent-transplantat också främja en snabb läkning och endotelialisering. PU täckt stent-transplantat har visat bättre biokompatibilitet och förbättrad endotelisering 17. forskare hartidigare försökt endothelialize PU täckt stent-implantat genom ympning dem med endotelceller 17. Electro PU att skapa nanofibrer matris har visat sig vara en värdefull teknik för produktion av blodkärl 18,19. Förekomsten av nanofibrer som efterliknar strukturen för nativa extracellulära matrisen är också känd för att främja endotelcellproliferation 20,21. Elektrospinning möjliggör också kontroll över tjockleken på materialet 22. Liten kaliber vaskulära transplantat gjorda av PU har studerats för att främja läkning genom att använda modifieringar såsom ytbeläggningar, antikoagulantia, och cellproliferationshämmande medel. Alla dessa ändringar är utformade för att förmedla värd acceptans och främja transplantat healing 23.
Vår grupp har utvecklat en ballong expander bare metal stent som kan användas i djurmodeller 24-26. Kombinationen av en electrospun polyuretan mesh och en bolloon expanderbar stent har gjort det möjligt för oss att generera finkalibrig ballongutvidgning stent-transplantat. De flesta av de för närvarande tillgängliga stent-implantat införs genom lårbensartären under en ingreppet, men endast ett fåtal kommersiella täckta stentar kan införas en fransk storlek större än vad som krävs för en un-uppblåsta ballongen 27. I denna studie har vi utvecklat en finkalibrig vaskulär stent-implantat genom inkapsling en ballong expanderbar stent mellan två skikt av electrospun PU som kan levereras till en kransartär med användning av en standard 8-9 French styrkateter i en perkutan interventionsprocedur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Electro av polyuretan på dragdornet Collector
- Förbereda dorn för elektrospinning
- Smälter ca 8 ml av biokompatibla, av livsmedelskvalitet, vattenlösligt bärarmaterial i en graderad cylinder (cirka 9 mm diameter och 110 mm djup) vid 155 ° C med hjälp av en ugn.
- Doppa en 3 mm diameter och 100 mm lång rostfri spindel för att erhålla en beläggning av bärarmaterial på ytan av dornen. Före doppning, placera spindlarna i ugnen vid 155 ° C i ungefär 15 minuter för att höja temperaturen av dornen yta som hjälper till att väta ytan med det smälta bärarmaterialet.
- Låt de doppade dornen svalna till ca 140 ° C, medan det smälta bärarmaterialet stelnar bildar en jämn tunn beläggning på dornen ytan. Under kylningsprocessen hänga spindeln vertikalt så att gravitationen orsakar överskotts bärarmaterial för att droppa av. Denna beläggning gör det enkeltavlägsnande av den färdiga stent-implantatet från dornen.
- Inställning av dornen kollektorn på den elektrospinning systemet (såsom visas i figur 1)
- Rikta in laboratorieblandare horisontellt och ansluter en plaststav som kommer att hålla dornen rostfritt stål vid den motsatta änden inuti dragskåp.
- Upplösa bärarmaterialet från spetsen av dornen genom att sänka ned endast spetsen av dornen i vatten för att rymma den plaststödstången vid slutet av dornen. Stödja plaststödstången vid den fria änden av dornen för att bistå vid jämn vridning av dornen samlare.
- Använd ställskruvar i plaststödstänger för att säkra spindeln i rostfritt stål och undvika att halka under elektrospinning.
- Jorda dornen samlaren genom att fästa en U-formad jordledare till dornen rostfritt stål. Använd O-ringar för att hålla jordledningen till sidorna av kärnan.
- setting upp vätska polyuretan extrudering systemet för electrosystemet
- Blanda dimetylacetamid (DMA) med 25% (m / v) polyuretan (PU) förrådslösning för erhållande av 15% (m / v) PU i DMA-lösning (t.ex., tillsätt 6 ml DMA till 9 ml av 25% PU-lösning).
FÖRSIKTIGHET! Arbeta i ett dragskåp med lämplig personlig skyddsutrustning. - Fyll en glasspruta 5 ml med trubbiga änden av rostfritt stål nål (spinndysan) med 15% PU lösning.
- Programmera sprutpumpen för att strängspruta vid 0,01 ml / min baserat på den inre diametern av sprutan.
- Montera sprutan med spinndysan på sprutpumpen vågrätt med nålspetsen ca 20 cm från spindeln samlare. Isolera sprutan från de ledande delarna av sprutpumpen med hjälp av gummiplattor för att undvika elektriska överslag.
- Ansluta högspänningsgeneratorn till spinndysan av sprutan med användning av en krokodilklämma.
- Blanda dimetylacetamid (DMA) med 25% (m / v) polyuretan (PU) förrådslösning för erhållande av 15% (m / v) PU i DMA-lösning (t.ex., tillsätt 6 ml DMA till 9 ml av 25% PU-lösning).
- Köra sprutpumpen på 0.01 ml / min och rotate dornen med laboratorieblandare körs vid låg hastighet (t.ex., 50 rpm).
- Applicera en spänningsskillnad på 20 kV över munstycket och uppsamlings spindeln. PU nanofibrer kommer att börja avsättning på den roterande dornen och ett tunt skikt kommer att vara synliga inom flera minuter. Se till att dragskåpet är avstängd och avgas är stängd för att undvika förlust av elektrospunna nanofibrer.
2. electrospinning ett stent-implantat
- Electrospin PU nanofibrer på en roterande spindel under 2 h för att skapa en enhetlig tub (som förklaras i steg 1).
- Ta bort spindeln från plaststav är ansluten till laboratorieblandare för att installera bare metal stent. Slå på dragskåp och öppna avgas innan du tar bort kärnan för att säkerställa att kvarleva lösningsmedelsångor tas bort.
- Skjut ballongen expanderbara rostfritt stål stent 26 på electrospun röret till en önskad plats. Det kan vara nödvändigt att något expandera stenten så att det Slips på utan att skada electrospun röret.
- Crimp stenten för att se till att stenten är tätt inställd på rörmaterialet på dornen och inte löst nog för att glida. Detta kommer också att bidra till att förhindra delaminering av de inre och yttre skikten.
- Ladda dornen med röret och stenten igen på plaststav av laboratorieblandare för elektrospinning det yttre skiktet av stent-implantatet.
- Electrospin nanofibrer för 3 tim såsom förklarats i steg 1 för att tillverka det yttre skiktet av stent-implantatet.
- Efter elektrospinning den yttre senare, skär periferiellt PU-materialet ca 1 mm från ändarna av stenten med användning av en skalpell.
- Blöt dornen med spänn-transplantatet i avjoniserat vatten för att lösa upp stödmaterialet från dornen vilket kommer att frigöra stenten-transplantatet från dornen. Ersätta med färskt vatten som behövs för att lösa upp stödmaterialet helt.
- När underlagsmaterialet upplöses, försiktigt bort spänn-transplantatet från than kärnan och låt torka. Överväga att blötlägga den avlägsnade spänn-transplantatet i avjoniserat vatten för att lösa eventuellt kvarvarande bärarmaterial innan man tillåter att lufttorka.
3. Test av tillverkade stent-transplantat
- Skjut stent-implantatet på en 3 mm trebladiga ballong.
- Crimp stent-implantatet på ballongen med hjälp av en handhållen crimpverktyg.
- Inspektera krusade stent-implantatet med ett mikroskop för enhetlig pressning och andra tecken på fel som delaminering eller punktering av täckmaterial på grund av stent deformation.
- Expandera stent-implantatet med konstruktions diameter av 3 mm genom att trycksätta trebladiga ballongen med en uppblåsningsanordning och vatten. Återigen, undersöka den expanderade stent-implantatet för jämn expansion och tecken på misslyckande.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vår electrospinner setup (Figur 1) har resulterat i hög kvalitet polyuretan Nanofiber (Figur 2). En stent-implantatet tillverkas genom elektrospinning ett inre skikt av polyuretan på en dorn, glider en ren metall stent över detta skikt, och elektrospinning ett andra yttre skikt av polyuretan (Figur 3). Polyuretannanofibrer är electrospun med en hastighet av 50 ^ m / h, vilket resulterar i ett inre skikt av 100 | im och ett yttre skikt av 150 | im på stent-implantat. Electro använder protokollet presenteras här resulterar i enhetliga nanofibrous polyuretanskikt (Figur 4). Pressning och expansion av den resulterande finkalibrig stent-implantat visade att dessa enheter är i stånd att användas med en vanlig trebladiga ballong utan ojämn pressning eller tecken på materialbrott (Figur 5).
ure en "src =" / filer / ftp_upload / 54731 / 54731fig1.jpg "/>
Figur 1. Schematisk av elektrospinning förfarande. De Nanofiber framställts av spinndysan samlas på en roterande dorn. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Svepelektronmikroskopi (SEM) bilder av polyuretan nanofibrer. SEM-bilder av polyuretan nanofibrous material visar slumpmässigt orienterade nanofibrer på (a) 5,000X förstoring och (b) 10000 gångers förstoring. Klicka här för att se en större version av denna siffra .
igure 3 "src =" / filer / ftp_upload / 54731 / 54731fig3.jpg "/>
Figur 3. Stegen i fabricera stent-implantat. (A) electrospun inre skikt av stent-implantatet, (b) ballongexpanderbara stent lastas på electrospun skikt, (c) electrospun yttre skikt av stent-implantatet, (d) stent-implantat kapas till önskad längd på dornen, och (e) stent-implantat med inre och yttre skikt på PU nanofibrous skikt. Varje division på skalan representerar 0,5 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. Mikroskopi bilder av elektrospunna polyuretanskikt på en kärna av rostfritt stål. (A) kärna utan nanofibrous skikt, (b >) Nanofibrous polyuretanskiktet på spindeln efter 2 timmars electro, och (c) nanofibrous polyuretanskiktet på spindeln efter 5 timmars electro. Inspektion av polyuretanskikt visar jämn tjocklek längs spindeln vid olika tider på electro. Varje division på skalan representerar 0,5 mm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5. Provning av stent-implantatet för crimpning och expansion. (A) stent-implantat krymps på en 3 mm trifold ballong, (b) stent-implantat expanderas till utformad diameter, krusade och (c) spänn-transplantatet och expanderades. Varje division på skalan representerar 0,5 mm.g5large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.
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).
