Summary
Vi presenterer en metode for montering av en svine-aortaklaffen på en pulsduplikator for å teste dens hydrodynamiske egenskaper. Denne metoden kan brukes til å bestemme endringen i hydrodynamikk etter anvendelse av en eksperimentell prosedyre eller ny medisinsk enhet før bruk i en stor dyremodell.
Abstract
Mulighetene for å teste nye hjerteprosedyrer og undersøkende medisinsk utstyr før bruk i en dyremodell er begrenset. I denne studien presenterer vi en metode for montering av en svine-aortaklaffen i en pulsduplikator for å evaluere dens hydrodynamiske egenskaper. Disse egenskapene kan deretter evalueres før og etter at prosedyren som undersøkes utføres og/eller det undersøkende medisinske utstyret påføres. Sikring av innstrømningssegmentet gir noen vanskeligheter på grunn av mangel på omkretsmyokard i venstre ventrikkels utløpskanal. Denne metoden løser dette problemet ved å sikre innstrømningssegmentet ved hjelp av mitralklaffens fremre brosjyre og deretter suturere den venstre ventrikulære frie veggen rundt innstrømningsarmaturen. Utstrømningssegmentet sikres ganske enkelt ved å sette armaturen inn i et snitt i det overlegne aspektet av aortabuen. Vi fant at prøvene hadde signifikant forskjellige hydrodynamiske egenskaper før og etter vevsfiksering. Dette funnet induserte oss til å bruke ferske prøver i testingen vår og bør vurderes når vi bruker denne metoden. I vårt arbeid brukte vi denne metoden til å teste nye intrakardiale patchmaterialer for bruk i valvulær stilling ved å utføre en aortaklaff-neocuspidiseringsprosedyre (Ozaki prosedyre) på de monterte svine-aortaventilene. Disse ventilene ble testet før og etter prosedyren for å vurdere endringen i hydrodynamiske egenskaper i forhold til den opprinnelige ventilen. Her rapporterer vi en plattform for hydrodynamisk testing av eksperimentelle aortaklaffprosedyrer som muliggjør sammenligning med den opprinnelige ventilen og mellom forskjellige enheter og teknikker som brukes til prosedyren som undersøkes.
Introduction
Aortaklaffsykdom representerer en betydelig folkehelsebyrde, spesielt aortastenose, som rammer 9 millioner mennesker over hele verden1. Strategier for å løse denne sykdommen er i ferd med å utvikle seg og inkluderer aortaklaffreparasjon og aortaklaffutskifting. Spesielt i den pediatriske populasjonen er det et betydelig incitament til å reparere i stedet for å erstatte ventilen, siden tilgjengelige proteser er utsatt for strukturell ventildegenerasjon (SVD) og ikke er veksttolerante, noe som krever reoperasjon for re-erstatning etter hvert som pasienten vokser. Selv Ross-prosedyren, som erstatter den syke aortaklaffen (AV) med den opprinnelige lungeklaffen (PV), krever en protese eller graft i lungestilling som også er underlagt SVD og ofte begrenset veksttoleranse2. Nye tilnærminger til aortaklaffsykdom er under utvikling, og det er behov for testing i en biologisk relevant sammenheng før anvendelse i en stor dyremodell.
Vi har utviklet en metode for å teste en svin AV som kan gi innsikt i ventilens funksjon før og etter en undersøkelsesprosedyre eller bruk av et nytt medisinsk utstyr. Ved å montere svin AV på en kommersielt tilgjengelig pulsduplikatormaskin, er vi i stand til å sammenligne de hydrodynamiske egenskapene som ofte brukes i undersøkelsen og til slutt godkjenning av ventilproteser, inkludert regurgitasjonsfraksjon (RF), effektivt åpningsareal (EOA) og gjennomsnittlig positiv trykkforskjell (PPD)3,4. Intervensjonen kan deretter finjusteres i en biologisk relevant kontekst før bruk i en stor dyremodell, og dermed begrense antall dyr som trengs for å produsere en prosedyre eller protese som kan brukes til mennesker. Hjertene som brukes til dette eksperimentet kan hentes fra det lokale slakteriet eller avfallsvevet fra andre eksperimenter, så det er ikke nødvendig å ofre et dyr utelukkende for dette eksperimentets formål.
I vårt arbeid brukte vi denne metoden til å utvikle et nytt lappemateriale for ventilreparasjon og utskifting. Vi testet den hydrodynamiske funksjonen til en rekke patchmaterialer ved å utføre en neocuspidiseringsprosedyre for aortaklaffen (Ozaki prosedyre 5,6,7) på SVINE-AV-er og teste dem i pulsduplikatoren før og etter prosedyren. Dette gjorde det mulig for oss å finjustere materialet basert på dets hydrodynamiske ytelse. Dermed gir denne metoden en plattform for hydrodynamisk testing av eksperimentelle prosedyrer og nytt medisinsk utstyr for bruk på AV-en før påføring i en stor dyremodell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
All forskning ble utført i samsvar med institusjonelle retningslinjer for stell av dyr.
1. Vurderinger og forberedelser til eksperimentet
- Bruk en egnet pulsduplikator (PD) for simulering av hjerteutgang gjennom AV. PD må kunne romme biologisk materiale og kunne rengjøres.
- Bruk PD-innstillinger som er egnet for testing av AV: 70 ml forskyvningsvolum og 70 slag per minutt (5 l / min hjerteutgang), 35% av hjertesyklusen i systole, 100 mmHg gjennomsnittlig transvalvulær trykkgradient, 120 maksimal trykkgradient og 80 minimum trykkgradient.
- Bruk romtemperatur (RT) vanlig saltvann (0,9% NaCl) som væskemedium.
- Finn eller opprett (ved hjelp av 3D-utskrift eller en lignende metode) passende armaturer for montering av svin AV for testing på PD.
- Bruk armaturer som er modellert på armaturene som følger med pulsduplikatoren med følgende spesifikasjoner: sørg for at den indre diameteren på armaturen er lik diameteren til AV-en som studeres, festelengden er minst 2 cm, og den brukbare festebredden er minst 4 cm (figur 1).
- Bruk O-ringer i gummi som pakninger på endene av armaturene.
- Ta hjerteprøve etter hjertenektomi (figur 2A).
- Bruk svinehjerteprøver fra slakteriet eller avfallsvev fra dyr som ellers er friske og ikke har vært en del av noen eksperimentelle protokoller som vil påvirke hjertene deres.
- Ta prøve etter hjertektomi eller utfør post mortem cardiectomy, inkludert transeksjon av vena cava superior, vena cava inferior, hovedpulsåren (PA), alle lungevener og aorta ved det distale aspektet av aortabuen.
MERK: Ferske prøver, mindre enn 6 timer post mortem eller lagret i steril saltoppløsning med en 1% antibiotikaløsning (penicillin og streptomycin) i et 4 oC kjøleskap i opptil 7 dager, bør brukes til dette eksperimentet. Vev festet i formalin eller glutaraldehyd vil gi endrede hydrodynamiske resultater på grunn av økt stivhet.
Figur 1: Tilpassede 3D-printede armaturer for montering av aortaklaffene for svin på pulsduplikatoren. Som nevnt i protokollen skal festelengden være minst 2 cm, og den brukbare festebredden skal være minst 4 cm. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
2. Reseksjon av høyresidige strukturer
- Dissekere PA av aorta med Metzenbaum-saks til ventrikkelvev er synlig (figur 2B).
- Dissekere og ligere med silke binder begge koronararteriene ved opprinnelsen fra aorta bihulene, pass på ikke å begrense bihulene.
- Transekt koronararteriene distalt for silkebåndene.
- Snitt høyre ventrikkel (RV) mellom aorta og PA ved basis av lungeklaffen ved hjelp av Metzenbaum-saks (figur 2C).
- Begynn anteriort, fortsett snittet cirkumferentielt langs interventrikkelseptum for å fjerne den RV-frie veggen (figur 2D, E).
- Fortsett snittet posteriort gjennom trikuspidalklaffens ringrom langs interatrialseptum for å fjerne alt høyre atrievev (figur 2F).
Figur 2: Kardiektomipreparat og reseksjon av høyresidige strukturer. (A) Kardioktomi prøve. (B) Hoved lungearterien dissekeres av aorta inntil ventrikkelvev er synlig. (C) Snitt høyre ventrikkel (RV) ved foten av lungeklaffen. (D) Fortsetter snittet langs interventrikulær septum anteriort. (E) Fjerne den RV-frie veggen ved å fortsette snittet cirkumferentielt langs interventrikkelseptum. (F) Prøve med høyresidige strukturer fjernet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
3. Klargjøring av venstre ventrikkelutløpskanal (LVOT) for kanylering med PD-armaturen
- Snitt venstre atrium (LA) gjennom høyre lungevene ostium parallelt med aorta med Metzenbaumsaks (figur 3A).
MERK: Selv om det er begrenset variasjon, avsluttes svinens lungeveneanatomi vanligvis i to lungeveneostia som kommer inn i LA8. - Fortsett snittet mot den anterolaterale commissure av mitralklaffen (MV), og la minst en 3 mm mansjett av atrievev på aorta-siden.
- Trim overflødig LA-vev, oppretthold 3 mm mansjett av atrievev på aorta og MV-ringrommet omkrets (figur 3B).
- Forleng snittet til venstre ventrikkel (LV) gjennom den anterolaterale kommissuren til MV, og pass på å bevare den anterolaterale papillærmuskelen (figur 3C).
- Del chordae tendineae fra den anterolaterale papillærmuskelen til den bakre MV-brosjyren, og bevar vedlegg til den fremre MV-brosjyren.
- Fortsett snittet til toppen av hjertet.
- Trim overflødig LV-vev under papillærmusklene, og bevar begge papillære muskler (figur 3D).
Figur 3: Klargjøring av venstre ventrikkels utløpskanal for kanylering med pulsduplikatorarmaturen. (A) Snitt venstre atrium (LA) gjennom ostium i høyre lungevene. (B) Overflødig LA-vev trimmet, opprettholder minst en 3 mm mansjett av atrievev på aorta og opprettholder mitralklaffens ringrom omkrets. (C) Utvide snittet på venstre ventrikkel (LV) gjennom den anterolaterale kommissuren til mitralklaffen. (D) Fjerne overflødig LV-vev under papillærmusklene. Saks er synlig i øvre høyre hjørne av bildet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
4. Klargjøring av aorta for kanylering med PD-armaturen
- Trim overflødig lymfatisk, bindevev eller lungearterievev av aorta (figur 4A).
- Snitt aortabuens overside fra nedadgående aorta til venstre arteria subclavia med Metzenbaumsaks (figur 4B).
- Fortsett snittet på aortabuens overside fra venstre arteria subclavia til truncus brachiocephalic (figur 4C, D).
MERK: Grener av aortabuen fra svin fra distalt til proksimalt inkluderer venstre arteria subclavia og truncus brachiocephalicus, som gir opphav til høyre arteria subclavia, høyre halspulsåre og venstre halspulsåre9.
Figur 4: Klargjøring av aorta for kanylering med pulsduplikatorarmaturen. (A) Aortabue med overflødig vev fjernet. Legg merke til de to buekarene i svinens aortabue, den brakiocephaliske stammen og venstre arteria subclavia. (B) Start snittet langs aortabuens øvre side fra den synkende aorta til venstre arteria subclavia. (C) Fortsetter snittet langs aortabuens øvre side fra venstre arteria subclavia til truncus brachiocephalicus. (D) Fullført aortabuesnitt. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
5. Kanylering av LVOT med PD-armaturen
- Test plasseringen av armaturen i LVOT og trim overflødig LV-vev.
- Sett armaturen inn i LVOT under den fremre brosjyren til MV.
- Fest den LV-frie veggen rundt armaturen.
- Trim overflødig LV-vev for å opprettholde en tett vikling rundt armaturen.
- Fjern halvparten av tykkelsen på den LV-frie veggen som starter ved interventrikulær septum, og oppretthold minst 1 cm epikard ved frikanten for å opprettholde suturlinjens integritet (figur 5A).
- Trim 1 cm av papirlommetørkleet fra det øvre hjørnet av det LV-frie veggomslaget (figur 5A).
- Plasser armaturen i LVOT med festehullet for støttestangen 1 cm bak LV-snittet (figur 5B).
- Pass på at armaturen ikke settes for langt inn i LVOT slik at den utvider AV-ringrommet.
- Fest den fremre brosjyren til MV til armaturen ved hjelp av en eller to 6-tommers glidelåsbånd plassert mellom chordae tendineae i brosjyren (figur 5C).
- Sutur den LV-frie veggen rundt armaturen (figur 5D).
- Start med å suturere mansjetten av LA-vev på aorta til MV-ringrommet ved hjelp av en enkel løpende sutur med en konisk punktnål.
- Fortsett løpesømmen på LV, ikke rive LV-vevet.
Figur 5: Canylering av venstre ventrikkels utløpskanal med pulsduplikatorarmaturen. (A) En halvtykkelse av den LV-frie veggen fjernet med 1 cm epikard opprettholdt ved frikanten. Den stiplede linjen indikerer 1 cm området som skal fjernes fra det øvre hjørnet av LV-fri veggfolie. (B) Festehull for støttestang plassert 1 cm bak det LV-frie veggsnittet. (C) Glidelås som fester den fremre brosjyren til MV til den proksimale armaturen. (D) LV-fri vegg suturert rundt armaturen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
6. Kanylering av aorta med PD-armatur og endelig forberedelse til PD-testing
- Mål diameteren av AV ved hjelp av Hegar dilatatorer for å bistå med tolkningen av resultatene av PD testing.
- Identifiser aortaens nøytrale posisjon ved å løfte prøven av bordet ved å ta tak i aorta (figur 6A).
- Sett PD-armaturen inn i aorta, pass på å stille opp stangfestehullene i nøytral posisjon av aorta.
- Kontroller lengden på prøven ved å sette inn støttestengene.
- Fest PD-armaturen til aorta ved hjelp av en eller to 6-tommers glidelåsbånd (figur 6B).
- Fest LVOT rundt PD-armaturen med ett eller to 8-tommers glidelåsbånd.
- Fest støttestengene på plass med skruer som følger med PD-settet.
- Plasser prøven i PD og start testen (figur 6C, Video 1 og Video 2).
- Sutur eventuelle lekkasjer etter behov.
Figur 6: Kanylering av aorta og testing i pulsduplikatoren. (A) Løfte prøven av bordet ved aorta for å identifisere aortas nøytrale posisjon. (B) Distal armatur sikret i aorta med glidelås. (C) Prøve montert i pulsduplikatoren for hydrodynamisk testing. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
7. Utfør eksperimentell prosedyre
MERK: Utfør eksperimentelle prosedyrer som Ozaki-prosedyren som tidligere beskrevet 5,6,7, og gjenta PD-testing.
- Hvis vevet har blitt uttørket under prosedyren, stram glidelåsene og forsterk suturlinjen etter behov.
8. Langtidslagring av prøve (hvis ønskelig)
- Plasser prøven i formalin 10% i 168 timer (1 uke)10,11.
- Etter vevfiksering, vask prøven med avionisert vann og legg den i etanol 70% for langtidsoppbevaring.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De representative dataene som samles inn fra pulsduplikatoren inkluderer regurgitasjonsfraksjon (RF), effektivt åpningsområde (EOA) og gjennomsnittlig positiv trykkforskjell (PPD). Spesielt RF og EOA brukes i ISO-standardene for proteseventiler (ISO 5840) og vil være viktig å samle inn hvis proteseventilprodukter er under utredning. PPD gir informasjon om hvor mye trykk som kreves for å åpne ventilen og refereres ofte når man diskuterer utskifting av proteseventil 3,4. HDTi-6000 pulsduplikator (BDC Laboratories, Wheat Ridge, CO) som brukes i dette eksperimentet, kan samle andre verdier om ønskelig, inkludert lukkevolum, lekkasjevolum, totalt regurgitantvolum, totalt fremoverstrømningsvolum, systolisk varighet, maksimal positiv trykkforskjell og gjennomsnittlig fremoverstrømning.
Verdiene for hydrodynamisk testing (RF, EOA og PPD) av den opprinnelige aortaklaffen (n = 20) i et korrekt utført eksperiment er vist i tabell 1. De oppnådde verdiene er innenfor normalområdet for aortaklaffmålinger, inkludert en gjennomsnittlig RF på 5,74 %12 og en gjennomsnittlig predikert aortaklaffindeks på 1,08 cm2/m2 (beregnet ved å forutsi kroppsoverflateareal basert på gjennomsnittlig aortadiameter og dividere gjennomsnittlig EOA med denne verdien)13,14.
Når prøven er festet i formalin 10% eller glutaraldehyd 0,6%, blir vevet rundt ventilen stivt, og det er vanskelig å rette prøven tilstrekkelig for testing. Enhver kurve eller bøyning fremheves, og ventilringrommet kan forvrenges slik at RF er feilaktig forhøyet på grunn av malkoaptasjon av brosjyrene. For eksempel var RF-verdiene for to faste prøver som hadde ikke-reduserbare bøyninger som forvrengte ringrommet 27, 73% og 67, 30%. Selv når prøven er rett nok til å teste, gir stivheten i vevet rundt ventilen en falskt forhøyet PPD, redusert RF og redusert EOA. Det er ingen signifikant forskjell mellom fiksering i formalin eller glutaraldehyd. Disse problemstillingene bør tas i betraktning ved bruk av fast vev med denne eksperimentelle modellen, og antyder at ferske prøver er mer representative for in vivo klafffunksjon. Representative verdier før og etter vevsfiksasjon i faste prøver som kunne monteres ubøyelig er presentert i tabell 2.
RF kan feilaktig forhøyes ved lekkasje fra prøven, spesielt lekker proksimalt til ventilen. Noe lekkasje er å forvente, og som hovedregel er enhver lekkasje som gir en kontinuerlig strøm (i motsetning til drypping) hydrodynamisk signifikant. Lekkasje fra suturlinjen kan løses ved hjelp av en forsterkende sutur (en annen løpende sutur eller en figur på åtte sømmer). Generelt, når du bruker denne modellen, bør ikke skjærepinner brukes, da det lekker fra suturhull. Lekkasje fra festeinnsettingsstedene kan løses ved å stramme eksisterende glidelåser eller legge til mer. I ett representativt tilfelle resulterte stramming av glidelås for å adressere lekkasje i en nedgang i RF fra 13,7% til 9,5%. Forsiktighet bør utvises for ikke å stramme glidelåsene på innstrømningssiden, da dette kan føre til falskt redusert EOA og falskt forhøyet PPD. I ett representativt tilfelle resulterte løsningen av et overstrammet glidelåsbånd i en økning i EOA fra 0,98 cm2 til 1,08 cm2 og en reduksjon i PPD fra 20,2 mmHg til 18,0 mmHg. Glidelåsbåndene skal være løse nok til at ventrikkelvevet proksimalt til ventilen forblir bøyelig, og lekkasje trenger ikke nødvendigvis elimineres helt, bare bremses til en dryppende tilstand der det ikke vil påvirke de hydrodynamiske målingene.
Når den opprinnelige ventilen er testet, kan prosedyren som undersøkes utføres for å bestemme endringen i hydrodynamisk funksjon. I vårt arbeid undersøkte vi effekten av å bruke forskjellige lappematerialer i valvulær stilling ved å erstatte brosjyrene via Ozaki-prosedyren 5,6,7. Ved å erstatte brosjyrene med forskjellige undersøkelsesmaterialer, var vi i stand til å evaluere funksjonen til forskjellige materialer for bruk i reparasjon og utskifting av aortaklaffen. Verdiene oppnådd etter Ozaki-prosedyren ved bruk av kontrolllappmaterialet (autologt perikard fiksert i glutaraldehyd 0,6 %) ga en endring fra baselineventilen som er konsistent med ventilutskifting ved bruk av ventilprotese av passende størrelse (RF < 10 %, PPD < 20 mmHg, EOA-endring < 0,3 cm2 reduksjon fra baseline)4. Representative verdier oppnådd etter å ha utført Ozaki-prosedyren med kontrollplastermaterialet er angitt i tabell 3.
Video 1: Fungerende aortaklaffen tatt opp med det interne kameraet på pulsduplikatoren. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.
Video 2: Lateral visning av aortaklaffen som testes på pulsduplikatoren. Vennligst klikk her for å laste ned denne videoen.
| Eksempel | Diameter (mm) | RF (%) | EOA (cm2) | PPD (mmHg) |
| P1 | 20 | 4.90 | 1.20 | 7.50 |
| P2 | 18 | 6.50 | 1.08 | 8.00 |
| P3 | 17 | 3.40 | 1.25 | 13.80 |
| P4 | 21 | 8.87 | 1.55 | 13.60 |
| P5 | 19 | 5.93 | 1.46 | 14.73 |
| P6 | 19 | 4.30 | 1.47 | 14.53 |
| P7 | 17 | 3.33 | 1.30 | 16.53 |
| P8 | 18 | 5.47 | 1.23 | 15.50 |
| P10 | 18 | 3.17 | 1.28 | 13.43 |
| P11 | 16 | 4.03 | 1.04 | 16.70 |
| P12 | 17 | 4.17 | 1.33 | 11.33 |
| P13 | 17 | 6.90 | 1.37 | 9.97 |
| P14 | 15 | 5.67 | 1.22 | 11.57 |
| P15 | 14 | 8.33 | 1.23 | 11.80 |
| P16 | 16 | 6.10 | 1.29 | 10.33 |
| P17 | 17 | 5.80 | 1.40 | 8.03 |
| P18 | 16 | 3.77 | 1.29 | 9.73 |
| P19 | 15 | 4.53 | 1.17 | 11.40 |
| P21 | 22 | 11.73 | 1.26 | 8.30 |
| P22 | 17 | 7.83 | 1.17 | 9.27 |
| Bety | 17.45 | 5.74 | 1.28 | 11.80 |
| Standardavvik | 2.01 | 2.18 | 0.13 | 2.92 |
Tabell 1: Representative verdier oppnådd ved hydrodynamisk testing i et korrekt utført eksperiment. Prøvene P9 og P20 ble ikke inkludert fordi de opprinnelige klaffene var unormale. Verdier hentet fra pulsduplikatorprogramvare. RF, oppstøt fraksjon; EOA, effektivt åpningsområde; PPD, positiv trykkforskjell.
| Ikke-komprimert (n = 6) | Fast (n = 6) | p-verdi | |
| 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 |
| Glutaraldehyd fiksert (n = 2) | Formalin fast (n = 4) | p-verdi | |
| 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 |
Tabell 2: Representative verdier oppnådd ved hydrodynamisk testing før og etter vevsfiksering med formalin 10% eller glutaraldehyd 0,6%. Data presentert som gjennomsnitt ± standardavvik. P-verdier ble beregnet med paret t-test (opprinnelig vs. fast) eller uparet t-test (glutaraldehyd vs. formalin). Verdier hentet fra pulsduplikatorprogramvare. RF, oppstøt fraksjon; EOA, effektivt åpningsområde; PPD, positiv trykkforskjell.
| Ikke-komprimert (n = 6) | Etter Ozaki (n = 6) | p-verdi | |
| 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 |
Tabell 3: Representative verdier oppnådd ved hydrodynamisk testing før og etter å ha utført Ozaki-prosedyren med glutaraldehydfiksert autologt perikard. Data presentert som gjennomsnitt ± standardavvik. P-verdiene ble beregnet med paret t-test. Verdier hentet fra pulsduplikatorprogramvare. RF, oppstøt fraksjon; EOA, effektivt åpningsområde; PPD, positiv trykkforskjell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden som presenteres her gir en plattform for hydrodynamisk testing av AV-en for å undersøke effekten av en eksperimentell prosedyre eller et nytt medisinsk utstyr. Ved å montere den opprinnelige aortaklaffen på en pulsduplikatormaskin, er vi i stand til å bestemme effekten av den eksperimentelle prosedyren på alle hydrodynamiske parametere som brukes i undersøkelsen og godkjenningen av nye ventilproteser (ISO 5840). Dette gir en mulighet til å finjustere prosedyrer og proteser før bruk i en stor dyremodell.
Sikring av innstrømningssegmentet gir noen vanskeligheter på grunn av mangel på omkretsmyokard i venstre ventrikkels utløpskanal. Denne metoden løser dette problemet ved å sikre innstrømningssegmentet ved hjelp av mitralklaffens fremre brosjyre, deretter suturere den venstre ventrikkelfrie veggen rundt innstrømningsarmaturen og påføre ytterligere glidelåsbånd til ventrikkelmansjetten. Andre lignende metoder har tydd til suturering av et polyetylentereftalat (Dacron) rør til LVOT15,16 eller sikring av innstrømningsarmaturen nær AV-ringrommet17,18. Disse metodene risikerer kunstig å heve EOA på bekostning av RF ved å feste ringrommet til en relativt stiv innstrømningsarmatur som er større enn dens opprinnelige diameter. På samme måte er det mulig å begrense diameteren ved fiksering til et stivt feste som er mindre enn sin opprinnelige diameter og derved kunstig redusere RF på bekostning av EOA. Følgelig rapporterer mange lignende metoder ikke både RF og EOA 15,16,18. En av fordelene med denne metoden er at vi kan evaluere både åpnings- og lukkeparametrene til ventilene samtidig.
Selv om det er fristende å utføre dette eksperimentet ved hjelp av faste prøver av hensyn til mer fleksibel timing av eksperimentet, endres ventilens hydrodynamiske egenskaper betydelig etter fiksering, og monteringsprosessen blir mye vanskeligere. Vevet rundt ventilen blir svært stivt når det er festet i formalin 10% eller glutaraldehyd 0,6%, og RF er kunstig redusert mens PPD er kunstig økt og EOA er kunstig redusert. Den naturlige kurven til aorta blir også svært vanskelig å rette for testing, og som et resultat av dette kan ringrommet forvrenges slik at ventilen i noen tilfeller ikke lenger kan testes. Av denne grunn har vi brukt ferskt vev i våre eksperimenter, enten testet innen 6 timer eller nedkjølt ved 4 °C i sterilt saltvann og 1% antibiotikaoppløsning (penicillin og streptomycin) i opptil 7 dager.
Når den opprinnelige ventilen er testet, kan prosedyren som undersøkes utføres. I vårt arbeid utførte vi en Ozaki-prosedyre ved hjelp av en rekke patchmaterialer for å evaluere de hydrodynamiske egenskapene til hvert av disse materialene når de ble brukt i reparasjon eller utskifting av aortaklaffen. Eksisterende patchmaterialer er utsatt for degenerasjon over tid, og det er et betydelig behov for et holdbart lappemateriale som kan brukes til disse applikasjonene19. Som et eksempel på hvilken type prosedyre som kan undersøkes ved hjelp av denne metoden, evaluerte vi den hydrodynamiske effekten av å utføre Ozaki-prosedyren ved bruk av kontrollmaterialet, glutaraldehydfiksert autologt perikardium, og fant at den resulterende endringen i hydrodynamiske egenskaper var i samsvar med endringen forbundet med implantering av en AV-protese i god størrelse4.
Hovedbegrensningene i denne metoden er, som beskrevet ovenfor, relatert til vanskelighetene som er forbundet med å sikre innstrømningssegmentet uten omkrets myokard. Denne delen av prosedyren må utføres nøye i samsvar med spesifikasjonene i avsnittet om representative resultater ovenfor. Som med enhver teknikk for ex vivo hydrodynamisk testing av aortaklaffen, kan verdiene endres ved monteringsprosessen, og det mest instruktive resultatet er sammenligningen av hydrodynamiske egenskaper til en ventil før og etter at en eksperimentell prosedyre utføres. I tillegg begrenser manglende evne til pålitelig å teste prøver som har gjennomgått vevsfiksering tidsrammen der forsøket må utføres og bredden av applikasjonen som er mulig. Forskjellene i anatomi mellom svin AV og humant AV er begrenset, og består først og fremst av en muskelhylle under høyre koronar cusp i svin AV, men må tas i betraktning i generaliseringen av disse resultatene til menneskelig anatomi20,21.
Denne metoden for testing av svin AV på en PD-maskin kan brukes i testing av andre undersøkelsesprosedyrer og proteser beregnet for bruk på AV. Spesielt nye aortaklaffproteser og teknikker for utskifting av aortarot er mulige. Denne metoden gir en plattform for å teste og kvantifisere de hydrodynamiske endringene indusert av disse prosedyrene og protesene. Dermed gir det en mulighet til å sammenligne og finjustere materialer og prosedyrer i en biologisk relevant setting før bruk i en stor dyremodell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen relevante økonomiske interessekonflikter å opplyse.
Acknowledgments
Vi vil gjerne takke laboratoriet til Dr. Gordana Vunjak-Novakovic, inkludert Julie Van Hassel, Mohamed Diane og Panpan Chen, for å tillate oss å bruke hjerteavfallsvev fra deres eksperimenter. Dette arbeidet ble støttet av Congenital Heart Defect Coalition i Butler, NJ, og National Institutes of Health i 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).
