Summary
Nous décrivons une technique nouvelle, rentable, et efficace pour la livraison percutanée des implants coronaires tridimensionnels imprimés pour créer des modèles de porcs à coffre fermé de la maladie cardiaque ischémique. Les implants ont été fixés en place à l’aide d’un cathéter d’extension mère-enfant avec un taux de réussite élevé.
Abstract
Les méthodes mini-invasives pour créer des modèles de rétrécissement coronaire focal chez les grands animaux sont difficiles. Le prototypage rapide utilisant des implants coronaires imprimés tridimensionnels (3D) peut être employé pour créer percutanément une sténose coronaire focale. Cependant, la livraison fiable des implants peut être difficile sans l’utilisation d’équipement auxiliaire. Nous décrivons l’utilisation d’un cathéter de guide coronaire de mère-enfant pour la stabilisation de l’implant et pour la livraison efficace de l’implant imprimé 3D à n’importe quel endroit désiré le long de la longueur du vaisseau coronaire. Le rétrécissement coronaire focal a été confirmé sous la cinéangiographie coronaire et l’importance fonctionnelle de la sténose coronaire a été évaluée utilisant le gadolinium-amélioré premier passage irm de perfusion cardiaque. Nous avons montré que la livraison fiable des implants coronaires imprimés en 3D dans les modèles de porcs (n - 11) de la maladie cardiaque ischémique peut être réalisée en réutilisant les cathéters de guide coronaire de mère et d’enfant. Notre technique simplifie la livraison percutanée des implants coronaires pour créer des modèles porcins à poitrine fermée de la sténose coronarienne focale et peut être effectuée rapidement, avec un faible taux d’échec procédural.
Introduction
Les cardiopathies ischémiques continuent d’être la première cause de décès aux États-Unis1. De grands modèles animaux ont été utilisés expérimentalement pour comprendre et caractériser les mécanismes entraînant la maladie coronarienne (CAD) et les complications associées (y compris l’infarctus du myocarde, les événements arythmiques et l’insuffisance cardiaque), ainsi que pour l’essai de nouvelles thérapies ou modalités diagnostiques. Les résultats de ces études ont contribué à élargir la compréhension, le diagnostic et le suivi des maladies cardiaques ischémiques et à faire progresser la pratique clinique2. Plusieurs modèles animaux, y compris des lapins, des chiens et des porcs ont été utilisés. Cependant, les sténoses coronaires, particulièrement les lésions discrètes, se produisent très rarement dans ces animaux et sont difficiles à induire reproductiblement3. Des travaux antérieurs ont décrit la création de sténoses coronaires artificielles utilisant la ligature, les occluders, ou les pinces externes. Récemment, nous avons décrit comment utiliser la technologie d’impression 3D pour fabriquer des implants coronaires qui peuvent être utilisés pour créer percutanement discret coronarien artificiel rétrécissement4. À l’aide d’un logiciel de conception assisté par ordinateur, nous avons conçu des implants d’artère coronaire comme des tubes creux avec des diamètres intérieurs et externes variables ainsi que la longueur des implants, puis nous les avons fabriqués à l’aide de matériaux additifs disponibles dans le commerce. Les implants sont lisses, creux, tubes imprimés en 3D avec des bords arrondis. Nous avons conçu une bibliothèque de tailles d’implants avec une gamme de diamètre intérieur, de diamètre extérieur et de longueur. Le diamètre externe de l’implant est basé sur la taille du cathéter de guide coronaire. Le diamètre intérieur est basé sur la taille d’un ballon d’angioplastie coronaire dégonflé. Nous avons varié la longueur de l’implant pour adapter la sévérité désirée de perfusion. Cependant, la livraison percutanée sûre de tels dispositifs peut être difficile en raison du manque de fils et de cathéters fabriqués spécifiquement pour l’usage d’animaux grands. En revanche, une vaste collection de cathéters, de fils et d’équipement de soutien sont disponibles pour une utilisation clinique dans les artères coronaires humaines. Dans ce travail, nous montrons comment réutiliser un cathéter de guide coronaire de catégorie clinique mère-enfant pour la livraison des implants coronaires imprimés 3D.
Le cathéter GuideLiner (Figure 1A) a été développé pour l’intervention coronaire percutanée (ICP) afin de permettre des sièges à cathéter profond et un soutien accru pour les cas complexes5. Dans notre enquête, le cathéter GuideLiner a été choisi en raison de la familiarité d’utilisation et de disponibilité, mais des cathéters similaires, le cas échéant, peuvent également être considérés. Considéré comme un cathéter guide « mère-enfant » (figure 1B), l’appareil s’inscrit à l’intérieur d’un cathéter de guide coronaire typique (« mère ») et est un tube flexible coaxial (« enfant »). Ce cathéter peut être inséré sur un fil de guidage et allonge efficacement la portée d’un cathéter typique de guide coronaire en s’étendant au-delà de la fin du guide coronaire. Le GuideLiner ou un cathéter mère-enfant similaire peut être utilisé comme support supplémentaire pour le déploiement des implants coronaires imprimés en 3D. Étant donné que les implants sont montés sur des ballons d’angioplastie pour être insérés comme une unité au-dessus d’un fil coronaire dans le vaisseau(figure 1B,1C),le cathéter offre un soutien supplémentaire pour livrer l’implant au site désiré. En positionnant le cathéter mère-enfant juste proximal au ballon, l’implant reste à l’endroit désiré pendant la déflation et la rétraction de ballon. En dépit d’avoir une certaine fermeté à sa structure, la capacité unique du cathéter de mère-enfant d’être avancé profondément dans les artères coronaires au-dessus d’un fil de guidage et du marqueur radiopaque à l’extrémité de cathéter étaient des caractéristiques essentielles pour l’implantation.
Notre appareil de livraison assemblé se composait d’un cathéter de guide coronaire typique, le cathéter mère-enfant, et d’un implant imprimé 3D fixé sur un ballon d’angioplastie coronaire dégonflé (Figure 1B). En tant qu’unité d’accouchement fonctionnelle, le cathéter mère-enfant a non seulement fourni un soutien supplémentaire stable pour la livraison de l’équipement, mais a également été appliqué de façon unique comme un dispositif de tonte pour maintenir les implants en place pendant la déflation et l’enlèvement du ballon. Le marqueur radiopaque à l’extrémité du cathéter a servi de guide de positionnement pour l’appareil assemblé et se trouve proximal au ballon d’angioplastie. Ces caractéristiques ont permis un déploiement précis des implants limitant le débit. Le processus a été conçu pour être reproductible, efficace et humain pour les sujets animaux.
Dans notre application, la technique percutanée de livraison de mère-enfant a été employée pour créer des modèles de porc avec la sténose coronaire focale pour l’évaluation de la formation image de résonance magnétique de perfusion cardiaque de contraste-augmentée de stress (MRI). Cependant, la technique peut être employée dans d’autres investigations comprenant des systèmes vasculaires en dehors des vaisseaux coronaires.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Nous avons mené les expériences conformément aux lignes directrices de la Loi sur le bien-être des animaux, des National Institutes of Health et de l’American Heart Association on Research Animal Use. Notre Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux a approuvé le protocole d’étude des animaux.
1. Préparation préprocédale des implants de sténose coronaire imprimés en 3D
- À l’aide d’une pince à épiler, enrober les implants imprimés d’une solution d’héparine à 25 % pour prévenir la formation de thrombus et laisser sécher à l’air pendant 24 h.
2. Préparation préprocédale des sujets animaux
- Demandez aux porcs mâles du Yorkshire (SNS Farms, 30 à 45 kg) d’arriver à l’établissement 1 semaine avant la date de l’expérience et de leur permettre de s’acclimater.
- Maintenir les porcs dans un état de jeûne après minuit la veille de la procédure.
3. Anesthésie procédurale
- Soudre le porc avec la kétamine intramusculaire (10 mg/kg) et le midazolam intraveineux (1 mg/kg).
- Ventiler les animaux avec un isoflurane à l’oxygène (1 à 2%) Mélange.
- Effectuer l’intubation endotrachéale une fois que le sujet animal est sous sédatif.
- Infuser le rocuronium intraveineux (IV) (2,5 mg/kg/h) et donner des bolus supplémentaires (1 à 3 mg/kg IV toutes les 20 à 30 min) au besoin pour réaliser l’immobilisation diaphragmatique.
- Maintenir un plan chirurgical d’anesthésie tout au long de la procédure en vérifiant le réveil, les mouvements, la grande fluctuation des signes vitaux, et d’autres signes de détresse ou d’inconfort tout au long de la durée de l’expérience. Nous avons surveillé les porcs pendant environ 6 h sous anesthésie.
4. Accès vasculaire
- En utilisant la technique de Seldinger, insérez les gaines artérielles et veineuses dans les artères et veines fémorales bilatérales des sujets.
- Rincer tous les ports de cathéter en continu avec une saline normale héparinisée.
5. Administration préprocédmonale des médicaments
- Administrer l’amiodarone par voie intramusculaire (1,5 mg/kg), la lidocaïne par voie intraveineuse (2 mg/kg) et l’esmolol par voie intraveineuse (1 mg/kg) au besoin pour la prophylaxie contre l’arythmie. Donnez des doses répétées d’amiodarone, de lidocaïne et d’esmolol au besoin tout au long de l’expérience pour supprimer les rythmes ventriculaires et contrôler la réponse de la fréquence cardiaque.
- Une fois l’accès vasculaire obtenu, administrer l’héparine (5 000 à 10 000 unités) pour maintenir un temps de coagulation activé (ACT) -300 s. Vérifier l’ACT toutes les heures au cours de l’expérience et donner de l’héparine intraveineuse supplémentaire au besoin pour maintenir l’objectif ACT.
6. Surveillance hémodynamique
- Utilisez une seule électrocardiographie latérale (ECG) plomb thoracique pour l’enregistrement des changements dans le segment ST, Les ondes T, et la fréquence cardiaque pendant toute la période expérimentale.
- Utilisez un transducteur de pression pour enregistrer la pression artérielle fémorale continue tout au long de la procédure.
- Fixez un oxymètre d’impulsion à l’oreille ou à la lèvre de l’animal pour des enregistrements continus d’oxymétrie d’impulsion.
7. Préparation de l’équipement de livraison d’implants
- Avant d’effectuer l’angiographie coronaire, insérez un ballon coronaire dégonflé de NC Trek au-dessus du fil par un cathéter mère-enfant de la taille désirée de telle sorte que l’extrémité de ballon s’étend au-delà de la pointe du cathéter.
- Montez l’implant imprimé 3D sur le ballon d’angioplastie dégonflé de telle sorte que l’implant est positionné entre les marqueurs du ballon et près du marqueur proximal (Figure 1B).
- Gonflez le ballon avec un insufflateur à 2-3 atm afin de fixer l’implant sur le ballon. Vérifier que l’implant est positionné plus près de la moitié proximale du ballon afin qu’il soit le plus proche du cathéter mère-enfant lorsqu’il est prêt pour l’enlèvement (Figure 1B).
8. Angiographie coronaire et déploiement de l’implant coronaire
- Placez le bras C fluoroscopique dans la projection antéropostérieure (AP).
- Fixer une soupape de commande (voir Tableau des matériaux) à un cathéter de guide coronaire gauche ou droite (voir Tableau des matériaux).
- Introduire le cathéter guide sur un fil à pointe J à travers la gaine de l’artère fémorale droite et, sous la direction fluoroscopique, avancer le cathéter à la racine aortique.
- Sélectivement (ou non sélectivement) engager le cathéter dans l’artère coronaire principale gauche (LMCA) et injecter 5 mL de contraste iodé sous fluoroscopie pour visualiser le système coronaire gauche.
- Placez le cathéter guide vers le LMCA pour la deuxième angiographie (figure 2). Si l’engagement de l’artère coronaire s’avère difficile, en partie à cause de la courte arche aortique du porc, envisagez d’effectuer des angiographies non sélectives tant qu’elles fournissent une visualisation adéquate des vaisseaux.
- Une fois engagé à l’intérieur, ou positionné près de la LMCA, sous fluoroscopie, avancez un fil coronarien de 0,014", 300 cm (voir Tableau des matériaux) dans le LMCA et avancez le fil vers l’artère descendante antérieure gauche distale (LAD) ou l’artère coronaire circonflexe gauche (LCX) si désiré (Figure 3).
- Sous la direction fluoroscopique, insérez le cathéter mère-enfant précédemment assemblé avec le ballon d’angioplastie coronaire gonflé et implantez sur le fil coronaire et avancez à l’endroit désiré le long du vaisseau coronaire. Injecter 5 ml de contraste iodé pour visualiser un rétrécissement discret à l’endroit désiré où l’implant coronaire devrait être déployé (Figure 4).
- Une fois l’implant en position, avancez le cathéter mère-enfant au marqueur proximal du ballon gonflé.
- Dégonfler le ballon et le rétracter à travers le cathéter mère-enfant. Ce processus permet au cathéter mère-enfant de cisaillant l’implant hors du ballon pendant qu’il est rétracté et fixe la position de l’implant dans le segment désigné du navire.
- Retirez le ballon, le cathéter mère-enfant et le fil coronaire.
- Effectuer des angiographies finales pour documenter l’emplacement de la nouvelle sténose artificielle à l’intérieur du navire. Dans la mesure du possible, les angiographies doivent être exécutées en deux vues orthogonales pour acquérir une estimation visuelle de la gravité de la sténose. Une angiographie finale (Figure 5) peut également être effectuée avec le positionnement sous-sélectif du cathéter mère-enfant dans le vaisseau proximal, qui fournit une excellente opacification avec un contraste minimal.
- Transférez immédiatement l’animal à la suite MR pour subir une IRM de perfusion de stress cardiaque à l’aide de gadobutrol (0,1 mM/kg) injecté à un taux de 2 ml/sec.
REMARQUE : L’agent de stress utilisé était une perfusion de 4 min d’adénosine à 300 g/kg/min. Le protocole d’imagerie comprenait 1) l’imagerie cine (champ de vision [FOV] - 292 x 360 mm, taille de la matrice 102 x 126, temps de répétition [TR] - 5,22 ms, temps d’écho [TE] - 2,48 ms, épaisseur de tranche - 6 mm, bande passante pixel - 450 Hz, angle de bascule - 12 degrés); 2) perfusion de première passe au repos et au stress de vasodilatateur d’adénosine de pointe utilisant une séquence d’écho de gradient gâtée (FOV 320 x 320 mm, taille de matrice ' 130 x 130, TR ' 2.5 ms, TE ' 1.1 ms, épaisseur de tranche ' 10 mm, bande passante de pixel '650 Hz, angle de bascule : 12 degrés; et 3) imagerie d’amélioration tardive du gadolinium à l’aide d’une séquence d’amélioration du gadolinium à l’aide d’une séquence d’amélioration de la phase-sensibilité-inversion-recovery (FOV 225 x 340 mm, taille de la matrice - 131 x 175 mm, TR - 5,2 ms, TE - 1,96 ms, épaisseur de tranche ' 8 mm, temps d’inversion (TI) bande passante ixel 465 Hz, angle de bascule à 20 degrés). Une image illustrative de perfusion de première passe est montrée dans la figure 6. - Après l’achèvement du protocole d’IRM, euthanasiez le porc par une infusion de pentobarbital de sodium (100 mg/kg).
- Effectuer une thoracotomie latérale, exciser le cœur, et disséquer le cœur ex vivo pour exposer les vaisseaux coronaires. Notez l’emplacement de l’implant par rapport aux branches diagonales (territoire DEL) ou aux branches marginales obtus (territoire LCX), et récupérez les implants.
- À l’aide de ciseaux Metzenbaum émoussés et incurvés, ouvrez le navire coronaire et inspectez le navire pour décevoir des blessures graves (voir la figure 7). Photographiez le tissu cardiaque pour la pathologie brute et tachez avec le chlorure triphenyltetrazolium pour exclure l’infarctus du myocarde (voir figure 8).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Après l’optimisation initiale de la procédure, le composant d’intervention a été accompli dans un délai de 30 min. Les implants ont été livrés avec succès dans chacun des 11 sujets (100%). L’implant a été récupéré à l’autopsie chez les 11 sujets (100%). En utilisant les branches diagonales (le long de la LAD) ou les branches marginales obtus (le long du LCX) comme marqueurs positionnels, nous avons trouvé que la position de l’implant lors du déploiement guidé fluoroscopique et à l’autopsie était cohérente dans 10 des 11 (91 %) sujets où l’implant était récupérable. Dans un sujet, il y avait la migration distale légère de l’implant, qui peut être liée à la vasodilatation induite par l’injection intracoronay de nitroglycérine pour le spasme coronaire. Des 11 sujets étudiés, 9 ont survécu pour le cathétérisation entier et ont accompli le protocole d’IRM, nous donnant un taux de réussite procédural de 82%. Deux sujets sont morts après que les implants aient été déployés. Le premier sujet a développé la fibrillation ventriculaire dans la suite de MRI bien après le déploiement de l’implant. Le second est mort dans le scanner d’IRM dans le cadre de l’hypotension au milieu de l’expérience. Au moment de la dissection, nous n’avons pas vu de thrombus à l’intérieur des implants ou d’autres signes de lésions structurelles aux vaisseaux. Le taux de survie élevé (2 décès, 9 sur 11 ont survécu) souligne l’importance d’un régime efficace de prophylaxie anti-arythmique. Un exemple illustratif d’IRM de perfusion cardiaque de stress est fourni dans la figure 6. La conception détaillée de l’implant et les résultats complets de la validation par IRM seront communiqués séparément.
Figure 1 : Conception du cathéter et appareil assemblé avec implant coronaire monté. (A) Diagramme des composants du cathéter mère-enfant6. (B) Appareil assemblé montrant le ballon coronaire gonflé avec l’implant imprimé 3D monté et fixé à la tête principale du cathéter, qui dépasse à travers le cathéter guide. (C) Une image agrandie de l’implant imprimé 3D est affichée montée sur le ballon d’angioplastie. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : L’angiographie coronaire dans la projection antéropostérieure montre l’amélioration sélective de contraste du système principal gauche d’artère coronaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : L’angiographie coronaire dans la projection antéropostérieure montre le fil coronaire de 0,014 po 300 cm dans l’artère descendante antérieure gauche. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Angiographie coronaire dans la projection antéropostérieure. L’image sur la gauche montre le cathéter de mère-enfant assemblé avec le ballon coronaire gonflé et l’implant dans le segment moyen à distal de l’artère descendante antérieure gauche. Un grossissement plus élevé de l’appareil assemblé dans le vaisseau coronaire est montré dans le panneau droit. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5 : Angiographie antéropostérieure. L’image sur la gauche montre une sténose focale dans l’artère descendante antérieure gauche distale après déploiement de l’implant. Un grossissement plus élevé du rétrécissement coronaire discret induit par l’implant est montré dans le panneau droit. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6 : Stressez les images de résonance magnétique de perfusion cardiaque d’un implant coronaire déployé dans l’artère descendante antérieure antérieure proximale à mi gauche. Les images au repos (panneau supérieur) et le stress de vasodilatateur d’adénosine de crête (panneau inférieur) montrent des défauts inductibles de perfusion dans les segments subtendus par l’artère descendante antérieure gauche. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 7 : Images d’autopsie. (A) L’implant à l’artère antérieure gauche distale descendante. (B) L’absence de lésions graves au vaisseau coronaire. (C) Implant sans thrombus. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 8 : Histopathologie du tissu myocardique porcin. (A) Pathologie brute et (B) taches de chlorure triphenyltetrazolium dans un sujet n’a montré aucune évidence de l’infarctus du tissu myocardique. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur une nouvelle stratégie percutanée de déploiement pour les implants induisant la sténose coronaire et avons montré qu’un cathéter mère-enfant peut être réaménagé pour la livraison percutanée efficace des implants coronaires imprimés en 3D. Des sténoses coronariennes artificielles discrètes de gravité variable peuvent être créées rapidement dans les modèles porcins avec un taux de réussite élevé et d’une manière minimalement invasive en utilisant des techniques et des équipements d’intervention coronarienne percutanées standard. Ces implants se sont avérés sûrs dans le cadre aigu et étaient également efficaces pour créer des sténoses angiographiques graves, qui se sont corrélées avec des défauts de perfusion stress-induits pendant l’IRM cardiaque d’effort de vasodilatateur. Par rapport aux techniques à poitrine ouverte, la livraison percutanée d’implants induisant la sténose est moins invasive et plus humaine.
Il existe plusieurs autres techniques mini-invasives actuellement disponibles pour créer une réduction du débit chez les grands modèles animaux. Les implants coronaires imprimés en 3D diffèrent fondamentalement de l’occlusion de ballon et de l’occlusion de bobine en ce que les sténoses induites par les implants imprimés 3D n’occludent pas complètement le navire. Il s’agit d’une différence majeure qui permet de modéliser l’ischémie induite par le stress plutôt que l’infarctus7,8. Rissanen et coll.9 décrivent une technique percutanée qui crée des sténoses limitantes d’écoulement et non obstructives dans des modèles porcins à l’aide d’un endoprothèse coronaire enveloppé dans un tube de polytétrafluoroéthylène. Le tube pourrait être façonné en employant des aiguilles et de la chaleur pour créer le rétrécissement luminal de divers degrés. Il est clair que les implants que nous avons utilisés diffèrent dans la conception et la description approfondie avec validation complète est au-delà de la portée du travail actuel, qui est de décrire la nouvelle méthodologie utilisée pour la livraison d’implants coronaires imprimés en 3D. L’utilisation du cathéter mère-enfant a permis le déploiement précis des implants profondément dans les artères coronaires. Il est difficile de comparer le succès procédural entre nos études que d’autres chercheurs ont exploré un modèle chronique et gardé les porcs en vie pendant une longue période de temps9. Bamberg et coll. ont décrit une méthode utilisant des cathéters de ballon gonflés dans des endoprothèses de 3 mm pour créer des sténoses de 50% et 75% dans l’artère descendante antérieure gauche. Cette dernière méthode diffère de notre enquête en ce que les sténoses créées nécessitaient que des cathéters soient laissés à l’intérieur des animaux. Il n’y a aucun moyen de créer une lésion artificielle et d’enlever tout l’équipement. Bien que viable, la méthode Bamberg ne permet pas d’enquêter sur l’ischémie au-delà du réglage aigu et les fils résiduels causeraient des artefacts d’image10.
Le rôle des cathéters mère-enfant dans les interventions coronariennes a été bien établi, mais leur utilisation pour délivrer des implants dans les lits vasculaires n’a pas été précédemment décrite5,6. Les deux aspects les plus difficiles de la livraison percutanée d’implant incluent le déploiement sélectif dans un segment coronaire précis et la prévention de la migration rétrograde. Tenter de déployer l’appareil sur des ballons d’angioplastie n’a pas été efficace parce que l’implant pouvait être tiré de façon proxiale dans le navire après la déflation du ballon. Pour plusieurs raisons, le cathéter mère-enfant s’est avéré être un outil précieux pour fixer les implants en place pendant le retrait du ballon. Les cathéters mère-enfant s’adaptent facilement dans les cathéters de guide coronaire et leur taille était idéale pour notre intervention. Ils étaient légèrement plus grands que le ballon coronaire dégonflé, nous permettant de cisaillant l’implant et d’empêcher la migration rétrograde de l’implant pendant que le ballon était retiré. Le soutien fourni par le cathéter mère-enfant a permis aux implants d’être profondément assis dans l’artère coronaire avec l’apposition forte au lumen de navire. En outre, le marqueur radiopaque sur la pointe du cathéter mère-enfant a aidé à positionner le cathéter juste proximal à l’implant, tel qu’identifié par le marqueur sur le ballon de livraison. Bien que la technique ait été la plupart du temps efficace, dans un sujet il y avait la migration légère distale après livraison d’implant. Ceci peut avoir été dû à l’injection de nitroglycérine intracoronaique pour le vasospasme coronaire et à la vasodilatation résultante menant à la migration distale de l’implant. Le cathéter GuideLiner a été choisi en raison de la familiarité d’utilisation, mais il existe un certain nombre d’autres dispositifs similaires qui pourraient potentiellement être utilisés à sa place. Le Guidezilla Guide Extension Catheter (Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA) est également disponible dans une taille 6F et a une structure similaire au GuideLiner. Il ya aussi un guide d’échange rapide Guidion extension cathéter (Interventional Medical Device Solutions, Roden, Pays-Bas) qui vient dans les tailles 5-8F et pourrait également être utilisé à la place du cathéter GuideLiner.
Notre technique de déploiement peut être effectuée efficacement et humainement chez les porcs avec un faible taux d’échec procédural. Dans notre étude préliminaire, le taux d’échec procédural était de 18 %. Il y avait une courbe d’apprentissage associée à la technique lorsque nous avons rationalisé nos interventions. Cependant, en dépit de la courbe d’apprentissage, tous les sujets animaux ont survécu à l’intervention initiale de déploiement d’implant. Les lésions créées étaient focales et le rétrécissement variait dans la sévérité, mais elles n’étaient pas occlusives. Ces sténoses étaient angiographiquement significatives et ont produit des défauts inductibles de perfusion pendant MRI de perfusion d’effort. La figure 6 est un exemple d’un défaut de perfusion focale vu sur MRI après le déploiement réussi d’implant au LAD. Nous avons cherché à créer l’ischémie plutôt que l’infarctus. La figure 8 montre un exemple d’analyse histopathologique du tissu myocardique, qui ne montre aucune évidence d’infarctus. La méthode repose sur l’équipement d’angioplastie coronaire humaine, et la similitude dans la taille coronaire porcine à ceux des humains. Le diamètre externe de l’implant imprimé en 3D était basé sur le diamètre intérieur du cathéter de guidage et le diamètre intérieur du cathéter mère-enfant. Le diamètre luminal minimal de la sténose était basé sur la taille du ballon coronaire dégonflé. La sévérité finale de la sténose discrète est basée sur le diamètre intérieur et la longueur de l’implant. Bien que le flux angiographique de repos ait été préservé, le flux sanguin coronaire maximal a été réduit, comme démontré par les balayages de perfusion de MRI. Les travaux futurs porteront sur le remplacement du fil de livraison du ballon par un fil de pression et la mesure de la réserve d’écoulement fractionnaire ou de la réserve d’écoulement instantanée. De même, les lésions microvasculaires en aval peuvent être produites par des injections locales de microsphères soit par le ballon d’accouchement, soit par le cathéter mère-enfant lui-même.
Notre faible taux d’échec procédural dans un modèle porcin à poitrine fermée est prometteur pour la mise en œuvre future. Puisque l’occlusion totale complète n’a pas été exécutée, l’infarctus du myocarde a été évité, et peut avoir contribué au taux inférieur des arythmies malignes. Dans notre étude seulement 1 sujet a développé la fibrillation ventriculaire. Après une première période d’optimisation, nous avons réduit le temps de procédure à environ 30 min par cas.
En résumé, nos résultats démontrent une technique nouvelle pour le déploiement des implants coronaires imprimés en 3D et montrent la faisabilité de créer un modèle porcin à coffre fermé de la sténose coronaire focale discrète. Cette technique mini-invasive peut être utilisée pour l’essai et le développement de nouvelles techniques d’imagerie diagnostique dans les maladies cardiaques ischémiques. Nous avons employé l’IRM cardiaque de perfusion de stress, mais d’autres modalités peuvent inclure l’imagerie nucléaire, l’ultrason, et la tomographie calculée. Bien que ce modèle soit immédiatement applicable aux maladies cardiaques ischémiques, avec des modifications mineures, la technique peut être employée pour d’autres états occlusifs de maladie vasculaire.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Les auteurs n’ont rien à révéler.
Acknowledgments
Nous remercions les membres du personnel du Centre d’imagerie de recherche translationnelle de l’UCLA et du Département de médecine animale de laboratoire de l’Université de Californie, Los Angeles, CA, États-Unis pour leur aide. Ce travail est soutenu en partie par le Département de radiologie et de médecine de la David Geffen School of Medicine de l’UCLA, l’American Heart Association (18TPA34170049) et par le Clinical Science Research, Development Council of the Veterans Health Administration ( VA-MERIT I01CX001901).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D-Printed coronary implants | Study Site Manufactured | ||
| Amiodarone IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Amplatz Left-2 (AL-2) guide catheter (8F) | Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA | ||
| Balance Middleweight coronary wire (0.014” 300cm) | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| COPILOT Bleedback Control valve | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Esmolol IV solution (1 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Formlabs Form 2 3D-printer with a minimum XY feature size of 150 µm | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Formlabs Grey Resin (implant material) | Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA | ||
| Gadobutrol 0.1 mmol/kg | Gadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ | ||
| GuideLiner catheter (6F) | Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, USA | ||
| Heparin IV solution | Surface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, USA | ||
| Ketamine IM solution (10 mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Lidocaine IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Male Yorkshire swine (30-45 kg) | SNS Farms | ||
| Midazolam IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| NC Trek over-the-wire coronary balloon | Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA | ||
| Oxygen-isoflurane 1-2% inhaled mixture | Study Site Pharmacy | ||
| Rocuronium IV solution | Study Site Pharmacy | ||
| Sodium Pentobarbital IV solution (100mg/kg) | Study Site Pharmacy | ||
| Triphenyltetrazolium chloride stain | Institution Pathology Lab |
References
- The US Burden of Disease Collaborators. The State of US Health, 1990-2016: Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Among US States. The Journal of the American Medical Association. 319 (14), 1444-1472 (2018).
- Liao, J., Huang, W., Lium, G. Animal models of coronary heart disease. The Journal of Biomedical Research. 31 (1), 3-10 (2017).
- Lee, K. T., et al. Production of advanced coronary atherosclerosis, myocardial infarction and "sudden death" in swine. Experimental and Molecular Pathology. 15 (2), 170-190 (1971).
- Colbert, C. M., et al. A Swine Model of Selective Coronary Stenosis using Transcatheter Delivery of a 3D Printed Implant: A Feasibility MR Imaging Study. Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine 27th Scientific Sessions. , Montreal, Canada. (2019).
- Kovacic, J., et al. GuideLiner Mother-and-Child Guide Catheter Extension: A Simple Adjunctive Tool in PCI for Balloon Uncrossable Chronic Total Occlusions. Journal of Interventional Cardiology. 26 (4), 343-350 (2013).
- Fabris, E., et al. Guide Extension, Unmissable Tool in the Armamentarium of Modern Interventional Cardiology. A Comprehensive Review. International Journal of Cardiology. 222, 141-147 (2016).
- Gálvez-Montón, C., et al. Comparison of two preclinical myocardial infarct models: coronary coil deployment versus surgical ligation. Journal of Translational Medicine. 12 (1), 137 (2014).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs. Journal of Visualized Experiments. (86), 51269 (2014).
- Rissanen, T. T., et al. The bottleneck stent model for chronic myocardial ischemia and heart failure in pigs. American Journal of Physiology. 305 (9), 1297-1308 (2013).
- Bamberg, F., et al. Accuracy of dynamic computed tomography adenosine stress myocardial perfusion imaging in estimating myocardial blood flow at various degrees of coronary artery stenosis using a porcine animal model. Investigative Radiology. 47 (1), 71-77 (2012).
- Schwitter, J., et al. MR-IMPACT: comparison of perfusion-cardiac magnetic resonance with single-photon emission computed tomography for the detection of coronary artery disease in a multicentre, multivendor, randomized trial. European Heart Journal. 29, 480-489 (2008).
- Mahrholdt, H., Klem, I., Sechtem, U. Cardiovascular MRI for detection of myocardial viability and ischaemia. Heart. 93 (1), 122-129 (2007).
- Herr, M. D., McInerney, J. J., Copenhaver, G. L., Morris, D. L. Coronary artery embolization in closed-chest canines using flexible radiopaque plugs. Journal of Applied Physiology. 64, 2236-2239 (1988).
- Rochitte, C. E., Kim, R. J., Hillenbrand, H. B., Chen, E. L., Lima, J. A. Microvascular integrity and the time course of myocardial sodium accumulation after acute infarction. Circulation Research. 87, 648-655 (2000).
- Krombach, G. A., Kinzel, S., Mahnken, A. H., Günther, R. W., Buecker, A. Minimally invasive close-chest method for creating reperfused or occlusive myocardial infarction in swine. Investigative Radiology. 40 (1), 14-18 (2005).
- Suzuki, Y., Yeung, A. C., Ikeno, F. The representative porcine model for human cardiovascular disease. Journal of Biomedical Biotechnology. 2011, 195483 (2010).
- Eldar, M., et al. A closed chest pig model of sustained ventricular tachycardia. Pacing Clinical Electrophysiology. 17, 1603-1609 (1994).
- Reffelmann, T., et al. A novel minimal-invasive model of chronic myocardial infarction in swine. Coronary Artery Disease. 15 (1), 7-12 (2004).
- Haines, D. E., Verow, A. F., Sinusas, A. J., Whayne, J. G., DiMarco, J. P. Intracoronary ethanol ablation in swine: characterization of myocardial injury in target and remote vascular beds. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 5, 422-431 (1994).
- Kraitchman, D., Bluemke, D., Chin, B., Heldman, A. W., Heldman, A. W. A minimally invasive method for creating coronary stenosis in a swine model for MRI and SPECT imaging. Investigative Radiology. 35 (7), 445-451 (2000).
