Summary
We presenteren een methode voor het monteren van een varkensaortaklep op een pulsduplicator om de hydrodynamische eigenschappen ervan te testen. Deze methode kan worden gebruikt om de verandering in hydrodynamica te bepalen na de toepassing van een experimentele procedure of een nieuw medisch hulpmiddel voorafgaand aan gebruik in een groot diermodel.
Abstract
De mogelijkheden voor het testen van nieuwe cardiale procedures en medische hulpmiddelen voor onderzoek voorafgaand aan gebruik in een diermodel zijn beperkt. In deze studie presenteren we een methode voor het monteren van een varkensaortaklep in een pulsduplicator om de hydrodynamische eigenschappen ervan te evalueren. Deze eigenschappen kunnen vervolgens worden geëvalueerd voor en na het uitvoeren van de onderzochte procedure en/of het toepassen van het medische onderzoekshulpmiddel. Het beveiligen van het instroomsegment levert enige problemen op vanwege het ontbreken van omtrekmyocardium in het linkerventrikeluitstroomkanaal. Deze methode lost dat probleem op door het instroomsegment vast te zetten met behulp van het voorste blaadje van de mitralisklep en vervolgens de linkerventrikelvrije wand rond de instroomarmatuur te hechten. Het uitstroomsegment wordt eenvoudig beveiligd door het armatuur in een incisie in het bovenste aspect van de aortaboog te steken. We ontdekten dat monsters significant verschillende hydrodynamische eigenschappen hadden voor en na weefselfixatie. Deze bevinding heeft ons ertoe aangezet om verse monsters te gebruiken bij onze tests en moet worden overwogen bij het gebruik van deze methode. In ons werk gebruikten we deze methode om nieuwe intracardiale patchmaterialen te testen voor gebruik in de kleppositie door een aortaklepneocuspidisatieprocedure (Ozaki-procedure) uit te voeren op de gemonteerde varkensaortakleppen. Deze kleppen werden voor en na de procedure getest om de verandering in hydrodynamische eigenschappen te beoordelen in vergelijking met de oorspronkelijke klep. Hierin rapporteren we een platform voor hydrodynamisch testen van experimentele aortaklepprocedures dat vergelijking mogelijk maakt met de oorspronkelijke klep en tussen verschillende apparaten en technieken die worden gebruikt voor de onderzochte procedure.
Introduction
Aortaklepaandoeningen vormen een aanzienlijke belasting voor de volksgezondheid, met name aortastenose, die wereldwijd 9 miljoen mensentreft1. Strategieën om deze ziekte aan te pakken zijn momenteel in ontwikkeling en omvatten aortaklepreparatie en aortaklepvervanging. Vooral bij de pediatrische populatie is er een belangrijke prikkel om de klep te repareren in plaats van te vervangen, aangezien de momenteel beschikbare prothesen vatbaar zijn voor structurele klepdegeneratie (SVD) en niet groeitolerant zijn, waardoor heroperatie nodig is voor hervervanging naarmate de patiënt groeit. Zelfs de Ross-procedure, waarbij de zieke aortaklep (AV) wordt vervangen door de oorspronkelijke pulmonaalklep (PV), vereist een prothese of transplantaat in de longpositie die ook onderhevig is aan SVD en vaak beperkte groeitolerantie2. Er worden nieuwe benaderingen van aortaklepaandoeningen ontwikkeld en er is behoefte aan testen in een biologisch relevante context voorafgaand aan toepassing in een groot diermodel.
We hebben een methode ontwikkeld voor het testen van een varkens-AV die inzicht kan geven in de functie van de klep voor en na een onderzoeksprocedure of toepassing van een nieuw medisch hulpmiddel. Door de varkens-AV op een in de handel verkrijgbare pulsduplicatormachine te monteren, kunnen we de hydrodynamische kenmerken vergelijken die gewoonlijk worden gebruikt bij het onderzoek en de uiteindelijke goedkeuring van klepprothesen, waaronder regurgitatiefractie (RF), effectief openingsoppervlak (EOA) en gemiddeld positief drukverschil (PPD)3,4. De interventie kan vervolgens worden verfijnd in een biologisch relevante context voordat deze wordt gebruikt in een groot diermodel, waardoor het aantal dieren dat nodig is om een procedure of prothese te produceren die bij mensen kan worden gebruikt, wordt beperkt. De harten die voor dit experiment worden gebruikt, kunnen worden verkregen uit het plaatselijke slachthuis of uit afvalweefsel van andere experimenten, dus het is niet nodig om een dier te offeren alleen voor dit experiment.
In ons werk hebben we deze methode gebruikt om een nieuw patchmateriaal te ontwikkelen voor het repareren en vervangen van kleppen. We hebben de hydrodynamische functie van verschillende patchmaterialen getest door een neocuspidisatieprocedure voor de aortaklep (Ozaki-procedure 5,6,7) uit te voeren op AV's van varkens en deze voor en na de procedure te testen in de pulsduplicator. Dit stelde ons in staat om het materiaal te verfijnen op basis van zijn hydrodynamische prestaties. Deze methode biedt dus een platform voor hydrodynamisch testen van experimentele procedures en nieuwe medische hulpmiddelen voor gebruik op de AV voorafgaand aan toepassing in een groot diermodel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Al het onderzoek is uitgevoerd in overeenstemming met de institutionele richtlijnen voor de verzorging van dieren.
1. Overwegingen en voorbereidingen voor het experiment
- Gebruik een geschikte pulsduplicator (PD) voor de simulatie van het hartminuutvolume via de AV. De PD moet in staat zijn om biologische materialen te bevatten en te kunnen worden gereinigd.
- Gebruik PD-instellingen die geschikt zijn voor het testen van de AV: 70 ml verplaatsingsvolume en 70 slagen per minuut (5 l/min cardiale output), 35% van de hartcyclus in systole, 100 mmHg gemiddelde transvalvulaire drukgradiënt, 120 maximale drukgradiënt en 80 minimale drukgradiënt.
- Gebruik kamertemperatuur (RT) normale zoutoplossing (0,9% NaCl) als vloeibaar medium.
- Zoek of creëer (met behulp van 3D-printen of een vergelijkbare methode) geschikte armaturen voor het monteren van de varkens-AV voor testen op de PD.
- Gebruik armaturen die zijn gemodelleerd naar de armaturen die bij de pulsduplicator zijn geleverd met de volgende specificaties: zorg ervoor dat de binnendiameter van de armatuur vergelijkbaar is met de diameter van de AV die wordt bestudeerd, de lengte van het bevestigingselement minimaal 2 cm is en de bruikbare breedte van het hulpstuk minimaal 4 cm is (Figuur 1).
- Gebruik rubberen O-ringen als pakkingen aan de uiteinden van de armaturen.
- Verkrijg een hartmonster na cardiectomie (Figuur 2A).
- Gebruik hartmonsters van varkens uit het slachthuis of afvalweefsel van dieren die verder gezond zijn en geen deel hebben uitgemaakt van experimentele protocollen die hun hart zullen aantasten.
- Verkrijg een monster na cardiectomie of voer postmortale cardiectomie uit, inclusief doorsnede van de vena cava superior, vena cava inferior, hoofdlongslagader (PA), alle longaders en aorta aan het distale aspect van de aortaboog.
OPMERKING: Voor dit experiment moeten verse monsters worden gebruikt, minder dan 6 uur na het mortem of bewaard in steriele zoutoplossing met een 1% antibiotische oplossing (penicilline en streptomycine) in een koelkast van 4 °C gedurende maximaal 7 dagen. Weefsels gefixeerd in formaline of glutaaraldehyde zullen veranderde hydrodynamische resultaten opleveren als gevolg van verhoogde stijfheid.
Afbeelding 1: Op maat gemaakte 3D-geprinte armaturen voor het monteren van de varkensaortakleppen op de pulsduplicator. Zoals vermeld in het protocol, moet de bevestigingslengte minimaal 2 cm zijn en de bruikbare bevestigingsbreedte minimaal 4 cm. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
2. Resectie van rechtszijdige structuren
- Ontleed de PA van de aorta met een Metzenbaum-schaar totdat ventrikelweefsel zichtbaar is (Figuur 2B).
- Ontleed en ligate met zijden banden beide kransslagaders aan hun oorsprong uit de aorta-sinussen, en zorg ervoor dat de sinussen niet vernauwen.
- Doorsnijd de kransslagaders distaal van de zijden banden.
- Snijd de rechterventrikel (RV) tussen de aorta en de PA aan de basis van de pulmonaalklep in met behulp van een Metzenbaum-schaar (Figuur 2C).
- Begin naar voren en vervolg de incisie in de omtrek langs het interventriculaire septum om de RV-vrije wand te verwijderen (Figuur 2D, E).
- Ga door met de incisie naar achteren door de annulus van de tricuspidalisklep langs het interatriale septum om al het juiste atriale weefsel te verwijderen (Figuur 2F).
Figuur 2: Cardiectomiemonster en resectie van rechtszijdige structuren. (A) Cardiectomiemonster. (B) Hoofdlongslagader ontleed van de aorta totdat ventrikelweefsel zichtbaar is. (C) Insnijden van de rechterhartkamer (RV) aan de basis van de longklep. (D) Voortzetting van de incisie langs het interventriculaire septum anterieur. (E) Het verwijderen van de RV-vrije wand door de incisie in de omtrek langs het interventriculaire septum voort te zetten. (F) Specimen waarvan de rechtszijdige structuren zijn verwijderd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Voorbereiding van het linkerventrikel-uitstroomkanaal (LVOT) voor canulatie met de PD-armatuur
- Snijd het linker atrium (LA) door het ostium van de rechter longader evenwijdig aan de aorta met behulp van een Metzenbaum-schaar (Figuur 3A).
OPMERKING: Hoewel er beperkte variabiliteit bestaat, eindigt de anatomie van de longader van varkens over het algemeen in twee longaderostia die de LA8 binnenkomen. - Vervolg de incisie in de richting van de anterolaterale commissuur van de mitralisklep (MV), waarbij u ten minste een manchet van 3 mm atriumweefsel aan de aortazijde overlaat.
- Snijd overtollig LA-weefsel af, waarbij u de manchet van 3 mm atriumweefsel op de aorta en de MV-annulus in de omtrek handhaaft (Figuur 3B).
- Verleng de incisie naar de linker hartkamer (LV) door de anterolaterale commissuur van de MV en zorg ervoor dat de anterolaterale papillaire spier behouden blijft (Figuur 3C).
- Verdeel chordae tendineae van de anterolaterale papillaire spier naar het achterste MV-blad, met behoud van de aanhechtingen aan het voorste MV-blad.
- Ga door met de incisie naar de top van het hart.
- Snijd overtollig LV-weefsel onder de papillaire spieren bij, waarbij beide papillaire spieren behouden blijven (Figuur 3D).
Figuur 3: Voorbereiding van het linkerventrikel-uitstroomkanaal voor canulatie met de pulsduplicatorinrichting. (A) Insnijding van het linker atrium (LA) door het ostium van de rechter longader. (B) Overtollig LA-weefsel bijgesneden, met behoud van ten minste een manchet van 3 mm atriumweefsel op de aorta en met behoud van de mitralisklepannulus in de omtrek. (C) Verlenging van de incisie in de linker hartkamer (LV) door de anterolaterale commissuur van de mitralisklep. (D) Het verwijderen van overtollig LV-weefsel onder de papillaire spieren. Een schaar is zichtbaar in de rechterbovenhoek van de afbeelding. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Voorbereiding van de aorta voor canulatie met de PD-armatuur
- Snijd overtollig lymfatisch, bind- of longslagaderweefsel van de aorta af (Figuur 4A).
- Snijd het superieure aspect van de aortaboog van de dalende aorta naar de linker subclavia-slagader in met behulp van een Metzenbaum-schaar (Figuur 4B).
- Vervolg de incisie aan de bovenkant van de aortaboog van de linker subclavia-slagader naar de brachiocephalische stam (Figuur 4C, D).
OPMERKING: Vertakkingen van de aortaboog van het varken van distaal naar proximaal omvatten de linker subclavia-slagader en de brachiocephalische stam, die aanleiding geeft tot de rechter subclavia-slagader, de rechter halsslagader en de linker halsslagader9.
Figuur 4: Voorbereiding van de aorta voor canulatie met de pulsduplicatorfix. (A) Aortaboog met overtollig weefsel verwijderd. Let op de twee boogvaten in de aortaboog van het varken, de brachiocephalische stam en de linker subclavia-slagader. (B) Het starten van de incisie langs het bovenste aspect van de aortaboog van de dalende aorta naar de linker subclavia-slagader. (C) Voortzetting van de incisie langs het bovenste aspect van de aortaboog van de linker subclavia-slagader naar de brachiocephalische stam. (D) Voltooide incisie in de aortaboog. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
5. Canulatie van de LVOT met de PD-armatuur
- Test de positionering van het armatuur in de LVOT en snijd overtollig LV-weefsel weg.
- Plaats het armatuur in de LVOT onder het voorste blad van de MV.
- Wikkel de LV-vrije muur om het armatuur.
- Knip overtollig LV-weefsel af om een strakke wikkel rond het armatuur te behouden.
- Verwijder de helft van de dikte van de LV-vrije wand, beginnend bij het interventriculaire septum, met behoud van ten minste 1 cm epicardium aan de vrije rand om de integriteit van de hechtdraad te behouden (Figuur 5A).
- Knip 1 cm weefsel af van de bovenste hoek van de LV-vrije muurfolie (Figuur 5A).
- Plaats het armatuur in de LVOT met het bevestigingsgat van de steunstang 1 cm achter de LV-incisie (Figuur 5B).
- Zorg ervoor dat u het armatuur niet te ver in de LVOT steekt, zodat de AV-annulus wordt verwijd.
- Bevestig het voorste blad van de MV aan het armatuur met behulp van een of twee 6-inch kabelbinders die tussen de chordae tendineae van het blad zijn geplaatst (Figuur 5C).
- Hecht de LV-vrije muur rond het armatuur (Figuur 5D).
- Begin met het hechten van de manchet van LA-weefsel op de aorta aan de MV-annulus met behulp van een eenvoudige lopende hechting met een taps toelopende naald.
- Ga door met de rijgsteek op de LV, zonder het LV-weefsel te scheuren.
Figuur 5: Canulatie van het linkerventrikeluitstroomkanaal met de pulsduplicatorinrichting. (A) De helft van de dikte van de LV-vrije wand wordt verwijderd met 1 cm epicardium aan de vrije rand. De stippellijn geeft het gebied van 1 cm aan dat moet worden verwijderd uit de bovenste hoek van de LV-vrije muurfolie. (B) Bevestigingsgat voor steunstang 1 cm achter de LV-vrije wandincisie. (C) Kabelbinder waarmee de voorste blaad van de MV aan de proximale bevestiging wordt bevestigd. (D) LV-vrije muur gehecht rond het armatuur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
6. Canulatie van de aorta met PD-armatuur en laatste voorbereiding op PD-testen
- Meet de diameter van de AV met behulp van Hegar-dilatatoren om te helpen bij de interpretatie van de resultaten van PD-testen.
- Identificeer de neutrale positie van de aorta door het monster van de tafel te tillen door de aorta vast te pakken (Figuur 6A).
- Steek de PD-armatuur in de aorta en zorg ervoor dat de bevestigingsgaten van de stang in de neutrale positie van de aorta zijn uitgelijnd.
- Controleer de lengte van het preparaat door de steunstangen erin te steken.
- Bevestig het PD-armatuur aan de aorta met behulp van een of twee 6-inch kabelbinders (Figuur 6B).
- Zet de LVOT vast rond het PD-armatuur met behulp van een of twee 8-inch kabelbinders.
- Zet de steunstangen vast met de schroeven die bij de PD-set zijn geleverd.
- Plaats het monster in PD en start de test (Figuur 6C, Video 1 en Video 2).
- Hecht eventuele lekken indien nodig.
Figuur 6: Canulatie van de aorta en testen in de pulsduplicator. (A) Het monster bij de aorta van de tafel tillen om de neutrale positie van de aorta te bepalen. (B) Distale bevestiging vastgezet in de aorta met kabelbinders. (C) Sample gemonteerd in de pulsduplicator voor hydrodynamische tests. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
7. Voer een experimentele procedure uit
OPMERKING: Voer experimentele procedures uit, zoals de Ozaki-procedure zoals eerder beschreven 5,6,7, en herhaal de PD-test.
- Als het weefsel tijdens de procedure is uitgedroogd, trek dan de kabelbinders aan en versterk de hechtdraad indien nodig.
8. Langdurige opslag van het monster (indien gewenst)
- Plaats het monster in formaline 10% gedurende 168 uur (1 week)10,11.
- Was het monster na weefselfixatie met gedeïoniseerd water en plaats het in ethanol 70% voor langdurige opslag.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representatieve gegevens die met de pulsduplicator worden verzameld, omvatten regurgitatiefractie (RF), effectief openingsgebied (EOA) en gemiddeld positief drukverschil (PPD). Met name de RF en EOA worden gebruikt in de ISO-normen voor prothetische kleppen (ISO 5840) en zullen belangrijk zijn om te verzamelen als prothetische klepproducten worden onderzocht. De PPD biedt informatie over hoeveel druk er nodig is om de klep te openen en wordt vaak genoemd bij het bespreken van het vervangen van een prothetische klep 3,4. De HDTi-6000 pulsduplicator (BDC Laboratories, Wheat Ridge, CO) die in dit experiment wordt gebruikt, kan desgewenst andere waarden verzamelen, waaronder sluitvolume, lekvolume, totaal regurgitantvolume, totaal voorwaartse stroomvolume, systolische duur, maximaal positief drukverschil en gemiddelde voorwaartse stroom.
De waarden voor hydrodynamische tests (RF, EOA en PPD) van de oorspronkelijke aortaklep (n = 20) in een correct uitgevoerd experiment worden weergegeven in tabel 1. De verkregen waarden liggen binnen het normale bereik voor aortaklepmetingen, waaronder een gemiddelde RF van 5,74%12 en een gemiddelde voorspelde aortaklepindex van 1,08cm2/m2 (berekend door het lichaamsoppervlak te voorspellen op basis van de gemiddelde aortadiameter en de gemiddelde EOA door die waarde te delen)13,14.
Wanneer het monster wordt gefixeerd in formaline 10% of glutaaraldehyde 0,6%, worden de weefsels rond de klep stijf en is het moeilijk om het monster adequaat recht te trekken voor testen. Elke kromming of bocht wordt geaccentueerd en de klepannulus kan worden vervormd, zodat de RF ten onrechte wordt verhoogd als gevolg van malcoaptatie van de blaadjes. De RF-waarden voor twee vaste monsters met onherleidbare bochten die de annulus vervormden, waren bijvoorbeeld 27,73% en 67,30%. Zelfs wanneer het monster recht genoeg is om te testen, produceert de stijfheid van het weefsel rond de klep een vals verhoogde PPD, verminderde RF en verlaagde EOA. Er is geen significant verschil tussen fixatie in formaline of glutaaraldehyde. Met deze problemen moet rekening worden gehouden bij het gebruik van gefixeerd weefsel met dit experimentele model, en suggereren dat verse monsters meer representatief zijn voor de in vivo klepfunctie. Representatieve waarden voor en na weefselfixatie in vaste monsters die op ongebogen wijze kunnen worden gemonteerd, zijn weergegeven in tabel 2.
De RF kan ten onrechte worden verhoogd door uit het monster te lekken, vooral proximaal van de klep. Enige lekkage is te verwachten, en als algemene regel geldt dat elk lek dat zich voordoet met een continue stroom (in tegenstelling tot druppelen) hydrodynamisch significant is. Lekken uit de hechtlijn kan worden verholpen met behulp van een versterkende hechting (een andere lopende hechting of een achtsteek). Over het algemeen mogen bij gebruik van dit model geen snijnaalden worden gebruikt, omdat er dan lekkage uit hechtgaten komt. Lekken uit de inbrengplaatsen van de armatuur kan worden aangepakt door bestaande kabelbinders aan te spannen of meer toe te voegen. In één representatief geval resulteerde het aanspannen van een kabelbinder om lekken aan te pakken in een afname van RF van 13.7% naar 9.5%. Zorg ervoor dat de kabelbinders aan de instroomzijde niet te strak worden aangedraaid, omdat dit kan leiden tot een ten onrechte verlaagde EOA en een ten onrechte verhoogde PPD. In één representatief geval resulteerde het losmaken van een te strak aangespannen kabelbinder in een toename van EOA van 0,98cm2 naar 1,08cm2 en een afname van PPD van 20,2 mmHg naar 18,0 mmHg. De kabelbinders moeten los genoeg zitten zodat het ventrikelweefsel proximaal van de klep buigzaam blijft, en lekken hoeft niet noodzakelijkerwijs volledig te worden geëlimineerd, alleen vertraagd tot een druppelende toestand waarbij het de hydrodynamische metingen niet zal beïnvloeden.
Nadat de oorspronkelijke klep is getest, kan de onderzochte procedure worden uitgevoerd om de verandering in de hydrodynamische functie te bepalen. In ons werk onderzochten we het effect van het gebruik van verschillende pleistermaterialen in een kleppositie door de blaadjes te vervangen via de Ozaki-procedure 5,6,7. Door de bijsluiters te vervangen door verschillende onderzoeksmaterialen, konden we de functie van verschillende materialen voor gebruik bij reparatie en vervanging van de aortaklep evalueren. De waarden verkregen na de Ozaki-procedure met behulp van het controlepleistermateriaal (autoloog pericardium gefixeerd in glutaaraldehyde 0,6%) produceerden een verandering ten opzichte van de basisklep die consistent is met klepvervanging met behulp van een klepprothese van de juiste grootte (RF < 10%, PPD < 20 mmHg, EOA-verandering < 0,3cm2 afname ten opzichte van baseline)4. Tabel 3 geeft representatieve waarden die zijn verkregen na het uitvoeren van de Ozaki-procedure met het materiaal van de controlepleister.
Video 1: Functionerende aortaklep opgenomen met behulp van de interne camera op de pulsduplicator. Klik hier om deze video te downloaden.
Video 2: Zijaanzicht van de aortaklep die wordt getest op de pulsduplicator. Klik hier om deze video te downloaden.
| Monster | Doorsnede (mm) | RF (%) | EOA (cm2) | PPD (mmHg) |
| Blz. 1 | 20 | 4.90 | 1.20 | 7.50 |
| P2 | 18 | 6.50 | 1.08 | 8.00 |
| Blz.3 | 17 | 3.40 | 1.25 | 13.80 |
| Blz. 4 | 21 | 8.87 | 1.55 | 13.60 |
| Blz. 5 | 19 | 5.93 | 1.46 | 14.73 |
| Blz. 6 | 19 | 4.30 | 1.47 | 14.53 |
| Blz. 7 | 17 | 3.33 | 1.30 | 16.53 |
| Blz. 8 | 18 | 5.47 | 1.23 | 15.50 |
| Blz. 10 | 18 | 3.17 | 1.28 | 13.43 |
| Blz. 11 | 16 | 4.03 | 1.04 | 16.70 |
| Blz. 12 | 17 | 4.17 | 1.33 | 11.33 |
| Blz. 13 | 17 | 6.90 | 1.37 | 9.97 |
| Blz.14 | 15 | 5.67 | 1.22 | 11.57 |
| Blz. 15 | 14 | 8.33 | 1.23 | 11.80 |
| Blz. 16 | 16 | 6.10 | 1.29 | 10.33 |
| Blz. 17 | 17 | 5.80 | 1.40 | 8.03 |
| Blz. 18 | 16 | 3.77 | 1.29 | 9.73 |
| Blz. 19 | 15 | 4.53 | 1.17 | 11.40 |
| Blz. 21 | 22 | 11.73 | 1.26 | 8.30 |
| Blz. 22 | 17 | 7.83 | 1.17 | 9.27 |
| Bedoelen | 17.45 | 5.74 | 1.28 | 11.80 |
| Standaarddeviatie | 2.01 | 2.18 | 0.13 | 2.92 |
Tabel 1: Representatieve waarden verkregen door hydrodynamische tests in een correct uitgevoerd experiment. Monsters P9 en P20 werden niet opgenomen omdat de oorspronkelijke kleppen abnormaal waren. Waarden verkregen uit pulsduplicatorsoftware. RF, regurgitatiefractie; EOA, effectief openingsgebied; PPD, positief drukverschil.
| Inheems (n = 6) | Opgelost (n = 6) | P-waarde | |
| RF (%) | 5,81 ± 3,10 | 2,36 ± 1,20 | 0.01 |
| EOA (cm2) | 1,21 ± 0,08 | 0,77 ± 0,35 | 0.04 |
| PPD (mmHg) | 9.17 ± 2.42 | 23.50 ± 10.69 | 0.02 |
| Glutaaraldehyde gefixeerd (n = 2) | Formaline vast (n = 4) | P-waarde | |
| RF (%) | 2,52 ± 1,86 | 2.28 ± 1.11 | 0.89 |
| EOA (cm2) | 0,81 ± 0,34 | 0,76 ± 0,40 | 0.89 |
| PPD (mmHg) | 19.33 ± 2.31 | 25.58 ± 13.09 | 0.42 |
Tabel 2: Representatieve waarden verkregen door hydrodynamisch onderzoek voor en na weefselfixatie met formaline 10% of glutaaraldehyde 0,6%. Gegevens gepresenteerd als gemiddelde ± standaarddeviatie. P-waarden werden berekend met behulp van de gepaarde t-toets (native, vs. vast) of ongepaarde t-test (glutaaraldehyde vs. formaline). Waarden verkregen uit pulsduplicatorsoftware. RF, regurgitatiefractie; EOA, effectief openingsgebied; PPD, positief drukverschil.
| Inheems (n = 6) | Post-Ozaki (n = 6) | P-waarde | |
| RF (%) | 4.51 ± 1.43 | 8,57 ± 3,25 | <0,01 |
| EOA (cm2) | 1,26 ± 0,12 | 1,07 ± 0,05 | <0,01 |
| PPD (mmHg) | 13.91 ± 2.81 | 16.77 ± 2.31 | <0,01 |
Tabel 3: Representatieve waarden verkregen door hydrodynamische tests voor en na de uitvoering van de Ozaki-procedure met glutaaraldehyde-gefixeerd autoloog pericardium. Gegevens gepresenteerd als gemiddelde ± standaarddeviatie. P-waarden werden berekend met behulp van de gepaarde t-toets. Waarden verkregen uit pulsduplicatorsoftware. RF, regurgitatiefractie; EOA, effectief openingsgebied; PPD, positief drukverschil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De hier gepresenteerde methode biedt een platform voor hydrodynamisch testen van de AV om het effect van een experimentele procedure of een nieuw medisch hulpmiddel te onderzoeken. Door de oorspronkelijke aortaklep op een pulsduplicatormachine te monteren, zijn we in staat om het effect van de experimentele procedure op alle hydrodynamische parameters te bepalen die worden gebruikt bij het onderzoek en de goedkeuring van nieuwe klepprothesen (ISO 5840). Dit biedt de mogelijkheid om procedures en prothesen te verfijnen voordat ze in een groot diermodel worden gebruikt.
Het beveiligen van het instroomsegment levert enige problemen op vanwege het ontbreken van omtrekmyocardium in het linkerventrikeluitstroomkanaal. Deze methode lost dat probleem op door het instroomsegment vast te zetten met behulp van het voorste blad van de mitralisklep, vervolgens de linkerventrikelvrije wand rond de instroomarmatuur te hechten en extra kabelbinders op de ventriculaire manchet aan te brengen. Andere soortgelijke methoden hebben hun toevlucht genomen tot het hechten van een buis van polyethyleentereftalaat (Dacron) aan de LVOT15,16 of het vastzetten van de instroomarmatuur dicht bij de AV-annulus17,18. Deze methoden lopen het risico dat de EOA kunstmatig wordt verhoogd ten koste van de RF door de annulus te fixeren op een relatief stijve instroomarmatuur die groter is dan de oorspronkelijke diameter. Evenzo is het mogelijk om de diameter te verkleinen door bevestiging aan een stijve houder die kleiner is dan de oorspronkelijke diameter en daardoor de RF kunstmatig te verlagen ten koste van de EOA. Bijgevolg rapporteren veel vergelijkbare methoden niet zowel RF als EOA 15,16,18. Een van de voordelen van deze methode is dat we in staat zijn om zowel de openings- als de sluitparameters van de kleppen tegelijkertijd te evalueren.
Hoewel het verleidelijk is om dit experiment uit te voeren met behulp van vaste monsters omwille van een flexibelere timing van het experiment, veranderen de hydrodynamische eigenschappen van de klep aanzienlijk na fixatie en wordt het montageproces veel moeilijker. Het weefsel rond de klep wordt erg stijf wanneer het wordt gefixeerd in formaline 10% of glutaaraldehyde 0,6%, en de RF wordt kunstmatig verlaagd terwijl de PPD kunstmatig wordt verhoogd en EOA kunstmatig wordt verlaagd. De natuurlijke kromming van de aorta wordt ook erg moeilijk recht te trekken voor testen, en als gevolg hiervan kan de annulus worden vervormd, zodat de klep in sommige gevallen niet meer kan worden getest. Om deze reden hebben we in onze experimenten vers weefsel gebruikt, ofwel binnen 6 uur getest of gekoeld bij 4 °C in steriele zoutoplossing en 1% antibiotische oplossing (penicilline en streptomycine) gedurende maximaal 7 dagen.
Nadat de native klep is getest, kan de onderzochte procedure worden uitgevoerd. In ons werk hebben we een Ozaki-procedure uitgevoerd met behulp van een verscheidenheid aan patchmaterialen om de hydrodynamische eigenschappen van elk van deze materialen te evalueren wanneer ze worden gebruikt bij reparatie of vervanging van de aortaklep. Bestaande patchmaterialen zijn na verloop van tijd gevoelig voor degeneratie en er is een grote behoefte aan een duurzaam patchmateriaal dat voor deze toepassingen kan worden gebruikt19. Als voorbeeld van het type procedure dat met deze methode kan worden onderzocht, evalueerden we het hydrodynamische effect van het uitvoeren van de Ozaki-procedure met behulp van het controlemateriaal, glutaaraldehyde-gefixeerd autoloog pericardium, en ontdekten dat de resulterende verandering in hydrodynamische eigenschappen consistent was met de verandering die gepaard ging met het implanteren van een AV-prothese van goede grootte4.
De belangrijkste beperkingen van deze methode zijn, zoals hierboven beschreven, gerelateerd aan de moeilijkheden die inherent zijn aan het beveiligen van het instroomsegment zonder circumferentieel myocardium. Dit deel van de procedure moet zorgvuldig worden uitgevoerd in overeenstemming met de specificaties in het gedeelte over representatieve resultaten hierboven. Zoals bij elke techniek voor ex vivo hydrodynamisch testen van aortakleppen, kunnen de waarden worden gewijzigd door het montageproces, en het meest leerzame resultaat is de vergelijking van hydrodynamische kenmerken van één klep voor en na een experimentele procedure. Bovendien beperkt het onvermogen om monsters die weefselfixatie hebben ondergaan betrouwbaar te testen, het tijdsbestek waarin het experiment moet worden uitgevoerd en de breedte van de toepassing die mogelijk is. De verschillen in anatomie tussen de AV van varkens en de AV van de mens zijn beperkt en bestaan voornamelijk uit een spierplank onder de rechter coronaire knobbel in de AV van het varken, maar moeten in aanmerking worden genomen bij de generalisatie van deze resultaten naar de menselijke anatomie 20,21.
Deze methode voor het testen van de varkens-AV op een PD-machine kan worden toegepast bij het testen van andere onderzoeksprocedures en prothesen die bedoeld zijn voor gebruik op de AV. Met name nieuwe aortaklepprothesen en technieken voor aortawortelvervanging zijn ontvankelijk. Deze methode biedt een platform om de hydrodynamische veranderingen die door deze procedures en prothesen worden veroorzaakt, te testen en te kwantificeren. Het biedt dus de mogelijkheid om materialen en procedures te vergelijken en te verfijnen in een biologisch relevante setting voorafgaand aan gebruik in een groot diermodel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen relevante financiële belangenconflicten om bekend te maken.
Acknowledgments
We willen het lab van Dr. Gordana Vunjak-Novakovic, waaronder Julie Van Hassel, Mohamed Diane en Panpan Chen, bedanken voor het feit dat we hartafvalweefsel van hun experimenten mochten gebruiken. Dit werk werd ondersteund door de Congenital Heart Defect Coalition in Butler, NJ, en de National Institutes of Health in Bethesda, MD (5T32HL007854-27).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D Printer | Ultimaker | Ultimaker S5 | Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing |
| Crile-Wood Needle Driver | Emerald Instruments | 2.0638.15 | Used for suturing ventricle |
| Debakey Forceps | Jarit | 320-110 | Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant) |
| Ethanol 200 proof | Decon Labs Inc. | DSP-MD.43 | Used for fixed tissue storage |
| Formalin 10% | Epredia | 5701 | Used for tissue fixation |
| Gerald Forceps | Jarit | 285-126 | Used for dissection and sample preparation |
| Glass jars | QAPPDA | B07QCP54Z3 | Used for tissue storage |
| Glutaraldehyde 25% | Electron Microscopy Sciences | 16400 | Used for tissue fixation |
| HEPES 1 M buffer solution | Fisher | BP299-100 | Used to make glutaraldehyde 0.6% |
| Mayo Scissors | Jarit | 099-200 | Used for cutting suture |
| Metzenbaum Scissors | Jarit | 099-262 | Used for dissection and sample preparation |
| O-ring | Sterling Seal & Supply Inc. | AS568-117 | Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures |
| Polylactic acid resin | Ultimaker | 1609 | Used for 3D printing fixtures |
| Polyproplene suture | Covidien | VP-762-X | Used for suturing ventricle, tapered needle |
| Pulse Duplicator | BDC Laboratories | HDTi-6000 | Used for hydrodynamic testing |
| Silk ties | Covidien | S-193 | Used for ligating coronary arteries |
| Tonsil Clamp | Aesculap | BH957R | Used for coronary artery dissection |
| Zip ties (6 inch) | Advanced Cable Ties, Inc. | AL-06-18-9-C | Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide |
| Zip ties (8 inch) | GTSE | GTSE-20025B.1000 | Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide |
References
- Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A.
- Herrmann, J. L., Brown, J. W. Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).
- Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. Principles of TAVR valve design, modelling, and testing. Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).
- Pibarot, P., et al. Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).
- Ozaki, S., et al. Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).
- Krane, M., Amabile, A., Ziegelmüller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure). Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).
- Ozaki, S., et al. A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).
- Vandecasteele, T., et al. The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation. Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).
- Góes, A. M. O., et al. Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery. Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086 (2021).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Piątek, K., Hołda, J. Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue. Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).
- Hołda, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Hołda, J. Penetration of formaldehyde based fixatives into heart. Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).
- Spampinato, R. A., et al. Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities. International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).
- Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).
- Baumgartner, H., et al. Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography. European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).
- Saisho, H., et al. An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).
- Saisho, H., et al. Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).
- Paulsen, M. J., et al. Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator. Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).
- Al-Atassi, T., et al. Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).
- Sun, M., et al. A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement. Biomaterials. 288, 121756 (2022).
- Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations. Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).
- Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure. Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).
