İskemik Kalp Hastalığının Domuz Modellerinde 3D Baskılı Koroner Stenoz İmplantlarının Konuşlandırılmasında Yeni Perkütan Yaklaşım

Özet

Biz iskemik kalp hastalığı kapalı göğüs domuz modelleri oluşturmak için üç boyutlu baskılı koroner implantlar perkütan teslim için yeni, uygun maliyetli ve verimli bir teknik açıklar. İmplantlar yüksek başarı oranına sahip bir anne-çocuk uzatma kateteri kullanılarak yerinde sabitlendi.

Özet

Büyük hayvanlarda fokal koroner daralma modelleri oluşturmak için minimal invaziv yöntemler zordur. Üç boyutlu (3D) baskılı koroner implantlar kullanılarak hızlı prototipleme perkütan bir fokal koroner darlık oluşturmak için kullanılabilir. Ancak, yardımcı ekipman kullanılmadan implantların güvenilir bir şekilde teslim edilmesi zor olabilir. İmplantın stabilizasyonu ve 3D baskılı implantın koroner damar uzunluğu boyunca istenilen herhangi bir yere etkili bir şekilde ulaştırılması için anne-çocuk koroner kılavuz kateter kullanımını açıklıyoruz. Fokal koroner daralma koroner sinegoriyografi altında doğrulandı ve koroner stenozun fonksiyonel önemi gadolinyum-enhanced first-pass kardiyak perfüzyon MRG ile değerlendirildi. İskemik kalp hastalığının domuz modellerinde (n = 11) 3Boyutlu baskılı koroner implantların güvenilir bir şekilde doğumunun anne-çocuk koroner kılavuz kateterlerin yeniden ortaya çıkarılması yla sağlanabileceğini gösterdik. Tekniğimiz, fokal koroner arter darlığı kapalı göğüs domuz modelleri oluşturmak için koroner implantların perkütan doğum basitleştirir ve hızlı bir şekilde yapılabilir, düşük bir prosedür başarısızlık oranı ile.

Giriş

İskemik kalp hastalığı ABD'de ölüm bir numaralı nedeni olmaya devam ediyor¹. Büyük hayvan modelleri deneysel olarak koroner arter hastalığı (CAD) ve ilişkili komplikasyonları (miyokard enfarktüsü, aritmik olaylar ve kalp yetmezliği dahil) yönlendiren mekanizmaları anlamak ve karakterize etmek için, yeni terapötik veya tanı yöntemleritest etmek için kullanılmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar, iskemik kalp hastalığının anlaşılmasını, tanısını ve izlenmesini genişletmeye ve klinik pratiği ilerletmeye yardımcı oldu². Tavşan, köpek ve domuz gibi birçok hayvan modeli kullanılmıştır. Ancak, koroner stenoses, özellikle ayrık lezyonlar, bu hayvanlarda çok nadir görülür ve tekrarı 3 neden^zordur. Önceki çalışma da ligasyon, oklüzif veya dış kelepçeler kullanılarak yapay koroner stenoses oluşturulması açıklanmıştır. Son zamanlarda, perkütan 4 ayrık yapay koroner^daralmaoluşturmak için kullanılabilecek koroner implantlar üretmek için 3D baskı teknolojisi nin nasıl kullanılacağını anlattı. Bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanarak, koroner arter implantlarını iç ve dış çaplarının yanı sıra implant uzunluğuna sahip içi boş tüpler olarak tasarladık ve daha sonra bunları ticari olarak mevcut katkı maddeleri kullanılarak imal ettik. İmplantlar pürüzsüz, içi boş, yuvarlak kenarlı 3D baskılı tüplerdir. Biz iç çapı, dış çapı ve uzunluğu bir dizi implant boyutları bir kütüphane tasarladı. İmplantın dış çapı koroner kılavuz kateterin büyüklüğüne bağlıdır. İç çapı sönmüş koroner anjiyoplasti balon büyüklüğüne bağlıdır. Perfüzyonun istenilen şiddetini uyarlamak için implantın uzunluğunu çeşitlendirdik. Ancak, bu tür cihazların güvenli perkütan teslimat ı, büyük hayvan kullanımı için özel olarak üretilen kablo ve kateter lerin olmaması nedeniyle zor olabilir. Buna karşılık, kateterler geniş bir koleksiyon, teller, ve destekleyici ekipman insan koroner arterlerde klinik kullanım için kullanılabilir. Bu çalışmada, 3Boyutlu baskılı koroner implantların teslimi için klinik sınıf anne-çocuk koroner kılavuz kateterin nasıl değiştirilebildiğini gösteriyoruz.

GuideLiner kateteri (Şekil 1A) perkütan koroner girişim (PCI) için derin kateter oturma ve kompleks olgular için artan destek sağlamak için geliştirilmiştir⁵. Araştırmamızda, GuideLiner kateteri kullanım ve kullanılabilirlik aşinalığı nedeniyle seçilmiştir, ancak mevcut olduğu durumlarda benzer kateterler de düşünülebilir. "Anne-çocuk" kılavuz kateter(Şekil 1B)olarak kabul edilen cihaz, tipik bir koroner kılavuz kateterin içine ("anne") sığar ve koaksiyel esnek bir tüp ("çocuk"). Bu kateter bir kılavuz tel üzerine takılabilir ve koroner kılavuzun sonuna kadar uzanarak tipik bir koroner kılavuz kateterin erişimini etkili bir şekilde uzatür. GuideLiner veya benzer bir anne-çocuk kateter 3D baskılı koroner implantların dağıtımı için ek destek olarak kullanılabilir. İmplantlar anjiyoplasti balonlarının üzerine monte edilebildiği için damariçine koroner bir tel inmesi için bir ünite olarak yerleştirilir(Şekil 1B,1C),kateter implantı istenilen bölgeye ulaştırmak için ek destek sunar. Anne-çocuk kateterini balona sadece proksimal olarak yerleştirerek, balon deflasyon ve geri çekilme sırasında implant istenilen yerde kalır. Yapısında biraz sıkılığa sahip olmasına rağmen, anne-ve-çocuk kateterinin bir kılavuz tel üzerinde koroner arterlerin derinliklerine inebilme özelliği ve kateter ucundaki radyoopak belirteç implantasyon için temel özelliklerdi.

Monte edilmiş teslimat cihazlarımız tipik bir koroner kılavuz kateter, anne-çocuk kateteri ve sönmüş koroner anjiyoplasti balonuna sabitlenmiş 3Boyutlu baskılı implanttan oluşuyordu (Şekil 1B). Fonksiyonel bir dağıtım ünitesi olarak anne-çocuk kateteri sadece ekipmanın teslimi için istikrarlı bir ek destek sağlamakla kalmamış, aynı zamanda balonun deflasyon ve çıkarılması sırasında implantları yerinde tutmak için bir kesme cihazı olarak da benzersiz bir şekilde uygulanmıştır. Kateter ucundaki radyoopak marker, monte edilen aparat için bir konumlandırma kılavuzu olarak görev yaptı ve anjiyoplasti balonuna yakın bir konumda dır. Bu özellikler, akış sınırlayıcı implantların hassas bir şekilde dağıtılmasına olanak sağlar. Bu süreç, hayvan denekleri için tekrarlanabilir, verimli ve insancıl olacak şekilde tasarlanmıştır.

Uygulamamızda kontrastlı stres kardiyak perfüzyon manyetik rezonans görüntülemenin (MRG) değerlendirilmesinde fokal koroner darlığı olan domuz modelleri oluşturmak için anne-çocuk perkütan doğum tekniği kullanılmıştır. Ancak bu teknik, koroner damarların dışındaki vasküler sistemler de dahil olmak üzere diğer araştırmalarda da kullanılabilir.

Protokol

Deneyleri Hayvan Refahı Yasası, Ulusal Sağlık Enstitüleri ve Amerikan Kalp Araştırma Derneği'nin yönergelerine göre gerçekleştirdik. Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitemiz hayvan çalışma protokolünü onayladı.

1. 3D baskılı koroner stenoz implantlarının preusul ekiprepreprepre

1. Cımbız kullanarak, trombüs oluşumunu önlemek ve 24 saat kuru hava izin vermek için% 25 heparin çözeltisi baskılı implantlar daldırma.

2. Hayvan deneklerin usule hazırlık öncesi

1. Erkek Yorkshire domuz (SNS Çiftlikleri, 30-45 kg) deney tarihinden 1 hafta önce kuruma varMak ve onları alışmak için izin var.
2. İşlemden bir gün önce gece yarısından sonra bir oruç durumda domuz tutun.

3. Prosedürel anestezi

1. İntramüsküler ketamin (10 mg/kg) ve intravenöz midazolam (1 mg/kg) ile domuz yatıştırıcı.
2. Hayvanları oksijen-isofluran (%1-2) ile havalandırın Karışımı.
3. Hayvan denek uyuşturulduktan sonra endotrakeal entübasyon yapın.
4. İntravenöz (IV) rükuronyum (2.5 mg/kg/sa) aşındırın ve diyafragmatik immobilizasyon sağlamak için gerektiğinde ek bolus (her 20-30 dakikada 1-3 mg/kg IV) verin.
5. Uyanış, hareketler, hayati belirtilerde geniş dalgalanma ve deney süresince diğer sıkıntı veya rahatsızlık belirtilerini kontrol ederek işlem boyunca cerrahi bir anestezi düzlemini koruyun. Domuzu anestezi altında yaklaşık 6 saat boyunca izledik.

4. Vasküler erişim

1. Seldinger tekniğini kullanarak, arteriyel ve venöz kılıfları bilateral femoral arterlere ve deneklerin damarlarına yerleştirin.
2. Tüm kateter bağlantı noktalarını heparinize normal tuzlu ile sürekli olarak temizler.

5. Preprocedural ilaç yönetimi

1. Amiodaron intramüsküler (1.5 mg/kg), lidokain intravenöz (2 mg/kg) ve esmolol intravenöz (1 mg/kg) aritmiye karşı profilaksi için gerekli olan esmolol uygulayın. Ventriküler ritimleri bastırmak ve kalp hızı yanıtını kontrol etmek için deney boyunca gerektiği gibi amiodaron, lidokain ve esmolol tekrar dozajlar verin.
2. Vasküler erişim sağlandıktan sonra, aktive pıhtılaşma süresini (ACT) >300 s. Deney süresince her saat başı ACT'yi kontrol etmek ve ACT hedefini korumak için gerektiğinde ek intravenöz heparin vermek için heparin (5.000-10.000 ünite) uygulayın.

6. Hemodinamik izleme

1. Tüm deneysel dönemde ST segmenti, T dalgaları ve kalp hızındaki değişiklikleri kaydetmek için tek bir lateral elektrokardiyografi (EKG) göğüs kurşunu kullanın.
2. Prosedür boyunca sürekli femoral arteriyel basınç kaydetmek için bir basınç transdüser kullanın.
3. Sürekli nabız oksimetri kayıtları için hayvanın kulağına veya dudağına bir darbe oksimetresi takın.

7. İmplant dağıtım ekipmanlarının hazırlanması

1. Koroner anjiyografi gerçekleştirmeden önce, istenilen boyutta ki anne-çocuk kateterinden sönmüş bir NC Trek over-the-wire koroner balon yerleştirin, bu şekilde balon ucu kateterin ucunun ötesine uzanır.
2. 3D baskılı implantı sönmüş anjiyoplasti balonuna monte edin, öyle ki implant balonun belirteçleri arasına yerleştirilir ve proksimal belirteç lere yakındır(Şekil 1B).
3. İmplantı balona sabitlemek için balonu 2-3 atm'ye insufflator ile şişirin. İmplantın balonun proksimal yarısına daha yakın yerleştirildiğinden doğrulayın, böylece çıkarılmaya hazır olduğunda anne-çocuk kateterine en yakın olacaktır(Şekil 1B).

8. Koroner anjiyografi ve koroner implantın yerleştirilmesi

1. Floroskopik C kolunu anteroposterior (AP) projeksiyonuna yerleştirin.
2. Bir kontrol valfi (Bkz. Malzeme Tablosu)sol veya sağ koroner kılavuz kateterine (Bkz. Malzeme Tablosu).
3. Sağ femoral arter kılıfı ile J uçlu tel üzerinde kılavuz kateter tanıtın ve floroskopik rehberlik altında, aort köküne kateter ilerlemek.
4. Seçici (veya nonselektif) sol ana koroner arter içine kateter meşgul (LMCA) ve sol koroner sistemi görselleştirmek için floroskopi altında iyotlu kontrast 5 mL enjekte.
5. Kılavuz kateteri ikinci anjiyogram için LMCA'ya doğru yerleştirin(Şekil 2). Koroner arter nişan zor kanıtlıyorsa, domuz kısa aort kemer kısmen nedeniyle, onlar damarların yeterli görselleştirme sağlamak sürece non-selektif anjiyogramlar gerçekleştirmeyi düşünün.
6. Bir kez içinde meşgul, ya da LMCA yakın konumlandırılmış, floroskopi altında, bir 0.014 ilerlemek ", 300 cm koroner tel (Malzeme Tablosubakınız) LMCA içine ve daha distal sol anterior inen arter tel ilerler (LAD) veya sol circumflex koroner arter (LCX) istenirse(Şekil 3).
7. Floroskopik kılavuz altında, önceden monte edilmiş anne-çocuk kateterini şişirilmiş koroner anjiyoplasti balonu ile takın ve koroner tel in üzerine implant yerleştirin ve koroner damar boyunca istenilen yere ilerleyin. Koroner implantın devreye salınması gereken istenilen yerde ayrı bir daralma görselleştirmek için 5 mL iyotlu kontrast enjekte edin(Şekil 4).
8. İmplant yerleştirildikten sonra anne ve çocuk kateterini şişirilmiş balonun proksimal belirtecine iletin.
9. Balonu söndürün ve anne-çocuk kateterinden geçirin. Bu işlem, anne-çocuk kateterin geri çekilirken implantı balondan kesmesine olanak tanır ve implantın geminin belirlenen segmentindeki konumunu düzeltir.
10. Balonu, anne-çocuk kateterini ve koroner teli çıkarın.
11. Damar içindeki yeni suni stenozun yerini belgelemek için son anjiyogramları yapın. Mümkün olduğunda, stenoz şiddetinin görsel tahminini elde etmek için iki ortogonal görünümde anjiyogram yapılmalıdır. Son anjiyografi(Şekil 5)proksimal kapta anne-çocuk kateterinin subselektif konumlandırması ile de yapılabilir, bu da minimal kontrastile mükemmel opasifikasyon sağlar.
12. 2 mL/sn oranında enjekte edilen gadobutrol (0.1 mM/kg) kullanarak kardiyak stres perfüzyon MRG'si için hayvanı derhal MR paketine aktarın.
    NOT: Kullanılan stres maddesi 300 g/kg/dk'da 4 dk adenozin infüzyonu idi. Görüntüleme protokolü 1) cine görüntüleme (görüş alanı [FOV] = 292 x 360 mm, matris boyutu = 102 x 126, tekrarlama süresi [TR] = 5,22 ms, yankı süresi [TE] = 2,48 ms, dilim kalınlığı = 6 mm, piksel bant genişliği = 450 Hz, çevirme açısı = 12°); 2) ilk geçiş perfüzyonu istirahatte ve en yüksek adenozin vazodilatör stresinde şımarık bir degrade yankı dizisi (FOV = 320 x 320 mm, matris boyutu = 130 x 130, TR = 2,5 ms, TE = 1,1 ms, dilim kalınlığı = 10 mm, piksel bant genişliği = 650 Hz, flip angle = 12°; ve 3) Geç gadolinyum geliştirme görüntüleme bir EKG kapılı, segmentli, bozulmuş gradyan-eko faz-duyarlı-inversiyon-kurtarma dizisi (FOV = 225 x 340 mm, matris boyutu = 131 x 175 mm, TR = 5.2 ms, TE = 1.96 ms, dilim kalınlığı = 8 mm, inversiyon süresi (TI) = pocard, myocard için nulld ixel bant genişliği = 465 Hz, çevirme açısı = 20°). Şekil 6'daaçıklayıcı bir ilk geçiş perfüzyon görüntüsü gösterilmiştir.
13. MRI protokolü tamamlandıktan sonra, sodyum pentobarbital (100 mg/kg) infüzyonu ile domuz ötenazi.
14. Lateral torakotomi yapın, kalbi boşaltın ve koroner damarları ortaya çıkarmak için ekstrem vivo kalbi inceleyin. İmplantın diyagonal dallar (LAD bölgesi) veya kalın marjinal dallarla (LCX bölgesi) ilişki içinde bulunduğu yere dikkat edin ve implantları geri alın.
15. Körve kavisli Metzenbaum makaskullanarak koroner damarı açın ve damarı brüt yaralanma için inceleyin (Bkz. Şekil 7). Miyokard enfarktüsü hariç olmak için brüt patoloji ve triphenyltetrazolium klorür ile leke için kalp dokusunu fotoğraflayın (Bkz. Şekil 8).

Tartışma

Bu çalışmada, koroner darlığı indükleyen implantlar için yeni bir perkütan dağıtım stratejisi üzerinde duruldu ve bir anne-çocuk kateter 3D baskılı koroner implantların etkili perkütan teslimat için repurposed olabileceğini gösterdi. Değişken şiddetteki ayrık yapay koroner stenoses hızlı bir şekilde domuz modellerinde yüksek başarı oranı ile ve minimal invaziv bir şekilde standart insan perkütan koroner girişimsel teknikler ve ekipman kullanılarak oluşturulabilir. Bu implantların akut ortamda güvenli olduğu gösterilmişti...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
3D Baskılı koroner implantlar	Çalışma Sahası Üretilen
Amiodarone IV solüsyonu	Çalışma Sitesi Eczane
Amplatz Left-2 (AL-2) kılavuz kateter (8F)	Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, ABD
Denge Orta sıklet koroner tel (0.014" 300cm)	Abbott Laboratuvarları, Abbott Park, Illinois, ABD
COPILOT Bleedback Kontrol vanası	Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, ABD
Esmolol IV çözeltisi (1 mg / kg)	Çalışma Alanı Eczane
Formlabs Form 2 Minimum XY özellik boyutu 150 ve mikro olan 3D yazıcı; m	Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, ABD
Formlabs Gri Reçine (implant malzemesi)	Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, ABD
Gadobutrol 0.1 mmol/kg	Gadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ
GuideLiner kateter (6F)	Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, ABD
Heparin IV çözeltisi	Surface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, ABD
Ketamin IM çözeltisi (10 mg / kg)	Çalışma Alanı Eczane
Lidokain IV çözeltisi	Çalışma Sitesi Eczane
Erkek Yorkshire domuzu (30-45 kg)	SNS Çiftlikleri
Midazolam IV çözeltisi	Çalışma Alanı Eczane
NC Trek kablo üstü koroner balon	Abbott Laboratuvarları, Abbott Park, Illinois, ABD
Oksijen-izofluran %1-2 inhale karışım	Çalışma Sitesi Eczane
Roküronyum IV çözeltisi	Çalışma Sitesi Eczane
Sodyum Pentobarbital IV çözeltisi (100mg/kg)	Çalışma Sitesi Eczane
Trifeniltetrazolyum klorür lekesi	Kurum Patoloji Laboratuvarı