Özet

İnferior Vena Kava Uyumunun ve Genişletilebilirliğinin İn Vivo Küçükbaş Hayvan Modelinde 3D Anjiyografi Kullanılarak Ölçülmesi

Published: April 26, 2024
doi:

Özet

Bu protokol, çeşitli potansiyel uygulamalara izin veren bir sağkalım prosedürü olarak kateterizasyon ve 3D anjiyografi kullanılarak venöz uyum ve uzayabilirliğin in vivo olarak ölçülmesine izin verir.

Abstract

Sentetik vasküler greftler, allogreftlerin, otogreftlerin ve ksenogreftlerin bazı zorluklarının üstesinden gelir, ancak genellikle implante edildikleri doğal damardan daha sert ve daha az uyumludur. Doğal damar ile uyum uyumu, greft başarısı için önemli bir özellik olarak ortaya çıkmaktadır. Damar uygunluğunu değerlendirmek için mevcut altın standart, damarın eksizyonu ve ex vivo çift eksenli mekanik testini içerir. Doğal fizyolojiyi daha iyi yansıtan ve akan kanın neden olduğu basınç değişikliğinin ve mevcut herhangi bir morfolojik değişikliğin etkisini dikkate alan venöz uyumu ve uzayabilirliği değerlendirmek için in vivo bir yöntem geliştirdik.

Bu yöntem, hayvan kullanımına olan ihtiyacı potansiyel olarak azaltırken uzunlamasına çalışmaları kolaylaştıran bir hayatta kalma prosedürü olarak tasarlanmıştır. Yöntemimiz, venöz vaskülatüre 20 mL/kg’lık bir salin bolusu enjekte edilmesini, ardından hedef bölgelerdeki intravasküler basınç ölçümleriyle eş zamanlı olarak bolusun neden olduğu değişiklikleri gözlemlemek için bolus öncesi ve sonrası 3D anjiyografilerin alınmasını içerir. Daha sonra bolus öncesi ve sonrası damarın çevresini ve kesit alanını ölçebiliyoruz.

Bu veriler ve intravasküler basınç ile belirli denklemlerle uyumu ve genişletilebilirliği hesaplayabiliyoruz. Bu yöntem, ameliyat edilmemiş yerli koyunlarda inferior vena kavanın uyumunu ve uzayabilirliğini, uzun süreli genleşmiş politetrafloretilen (PTFE) grefti ile implante edilen koyun kanalına karşılaştırmak için kullanıldı. Doğal damarın, ölçülen tüm konumlarda PTFE greftinden daha uyumlu ve uzayabilir olduğu bulundu. Bu yöntemin güvenli bir şekilde in vivo ven uyumu ve uzayabilirliği ölçümleri sağladığı sonucuna vardık.

Introduction

Kritik kardiyak anomalileri olan hastalar rekonstrüktif cerrahi gerektirir. Çoğu rekonstrüktif operasyon, vasküler greftler de dahil olmak üzere protez materyallerinin kullanılmasını gerektirir. Bu boşluğu doldurmak için potansiyel kanallar sentetik veya biyolojik malzemeleri içerir. Başlangıçta, homogreftler Fontan kanalı olarak kullanıldı, ancak o zamandan beri yüksek kalsifikasyon insidansı ve akut faz olayları nedeniyle terk edildi1. Şu anda, inorganik polimerlerden türetilen sentetik vasküler greftler kullanılmaktadır. Bu greftlerin implante edildikleri doğal damardan daha az uyumlu olması ve darlık, tıkanma ve kalsifikasyon gibi uzun vadeli komplikasyonlara sahip olması konusunda bir zorluk devam etmektedir 1,2,3,4,5.

Sentetik vasküler greftlerin yapısı, mekanik gerilme mukavemetine katkıda bulunur ve bu da doğal dokuya kıyasla her zaman daha düşük uyumlarına yol açar2. Basınçtaki bir değişiklik yerine damarın hacmindeki değişimi tanımlayan vasküler kompliyans, bir geminin mekanik yüklere verdiği tepkinin bir göstergesi olarak hizmet eder. Greft materyali ile doğal damar özellikleri arasındaki fark, kan akış modellerini bozduğu ve devridaim ve akış ayrımı alanlarına neden olduğu gösterilen bir uyum uyumsuzluğu yaratır 2,6,7,8,9. Bu fenomen endotel duvarındaki kayma stresini değiştirir ve intimal hiperplaziye neden olur 2,7,8,9. Bu tür yanıtlar greftle ilgili komplikasyonlara yol açarak greft replasmanı veya yeniden müdahale gerektirebilir6.

Vasküler uyum, greft sonuçlarının belirlenmesinde önemli bir rol üstlendiğinden, bu özelliğin doğru ölçümü esastır. Vasküler uyumu ölçmek için mevcut altın standart, ex vivo tübüler çift eksenli mekanik testtir. Bu yöntem, ilgilenilen bir greft veya damarın eksize edilmesini, lateks tüplere bağlanmasını ve çeşitli basınçlar boyunca çevresel gerilme-gerilme davranışını değerlendirmek için basınçlandırılmasını içerir. Uygunluk, basıncın iç çapın10 ölçümü ile karşılaştırılmasıyla belirlenir. Ancak ex vivo yöntemlerin bazı dezavantajları vardır. Ex vivo yöntemi kullanılarak implante edilen greftlerin işlevselliği değerlendirilirken, hayvanların kurban edilmesi ve greftlerin ekilmesi gereklidir, bu da uzun süreli incelemelerin yapılmasını imkansız hale getirir. Bu nedenle, bir in vivo uyumluluk ölçüm protokolü geliştirdik.

Grubumuz, konjenital kalp kusuru hipoplastik sol kalp sendromunu (HLHS) iyileştirmek için Fontan cerrahisinde kullanılmak üzere doku mühendisliği yapılmış vasküler greftler (TEVG’ler) geliştirmeye odaklanmaktadır. Konjenital kalp cerrahisi alanındaki son gelişmeler, ameliyat sonrası sonuçları iyileştirerek daha uzun yaşam beklentilerine yol açmıştır. Bu, implante edilen vasküler kanalın uzun vadeli özelliklerini ve başarısını giderek daha önemli hale getirmektedir. Şu anda, HLHS’nin herhangi bir hayvan modeli mevcut değildir, bu nedenle greftlerimizi hızlandırılmış büyük bir hayvan inferior vena kava (IVC) interpozisyon greft modelinde değerlendiriyoruz. Bu model, Fontan dolaşımının akışını yaratmaya çalışmasa da, benzersiz hemodinamik koşulları etkili bir şekilde özetlemektedir. Bu in vivo protokolü yakın zamanda kullanmamız, TEVG ve konvansiyonel genleşmiş politetrafloroetilen (PTFE) greftlerimiz arasında greft uyumunda önemli farklılıklar göstermiştir11. Bu önceki çalışma metodolojiye odaklanmadığından, bu yeni in vivo yöntemi detaylandıran ek deneyler yaptık.

Şu anda bakım standardı olarak hizmet veren ve genleşmiş politetrafloroetilenden (PTFE) oluşan sentetik grefti Dorset koyunları çalışma hayvanlarına implante ettik ve cerrahi olarak naif kontrol hayvanlarındaki doğal IVC ile karşılaştırdık. Bu protokol, bir PTFE kanalının implantasyonundan 5-7 yıl sonra PTFE grubu ve farklı yaşlarda ameliyat edilmemiş kontrol hayvanları üzerinde gerçekleştirildi. Bu nedenle, protokolü ve temsili sonuçları açıklayan sonraki bölümlerde, zaman zaman, örneğin IVC interpozisyon greftinin greft ortası (midgraft) bölgesi olarak ilgilenilen bölgeye atıfta bulunacağız.

Bu protokol, uzun vadeli bir zaman noktasında uyumsuz olduğu bilinen PTFE kanalının doğal damar ile in vivo uyumluluğunu analiz etmemizi sağlar. Klinik standart materyal olan PTFE’yi doğal ameliyat edilmemiş ven ile karşılaştırmayı seçtik. PTFE kanalının uyumsuz kaldığı ve kireçlenmeye eğilimli olduğu bilindiği için uzun vadeli bir zaman noktası seçtik, bu da uyumluluğunu daha da azaltıyor11. Sistemik hemodinamik değişiklikler in vivo yöntemlerle elde edilen ölçümlere doğru bir şekilde yansıtıldığı için tüm karşılaştırmaları in vivo yapmayı tercih ettik. Bu karşılaştırmadan, bu protokolün PTFE’nin uyumsuzluğunu doğrulayabildiğini ve in vivo venöz uyumun ölçümlerini güvenli ve tekrarlanabilir bir şekilde elde edebildiğini bulduk. Bu yöntem, in vivo11 PTFE kanalları ve doku mühendisliği yapılmış vasküler greftler (TEVG’ler) arasındaki istatistiksel olarak anlamlı farklılıkları göstermek için yayınlanmış bir çalışmada başarıyla uygulanmıştır.

Bu protokolün genel amacı, bir sağkalım prosedüründen elde edilen in vivo ölçümleri kullanarak bir küçükbaş hayvan modelinde torasik IVC’nin uyumluluğunu ve genişletilebilirliğini hesaplamaktır. Bu amaçla, torasik IVC’nin çevresi ve kesit alanındaki değişiklikleri bir sıvı bolusuna görselleştirdik ve ölçtük. Eş zamanlı olarak basınçtaki intravasküler değişimi ölçtük ve bu ölçümleri uyum ve uzayabilirliği hesaplamak için kullandık. 3D anjiyografi görüntülemeyi kullanmak, ölçümlerimizin damarın bir kesitinden alındığından emin olmak için görüntü yakalama sonrası görünümünü ayarlama yeteneği de dahil olmak üzere birçok avantaj sağlar ve aynı zamanda damar boyunca birden fazla yeri ölçmemize izin verir. Bu çalışmadaki üç ilgi alanı, midgreft bölgesinin yanı sıra PTFE greftinin iki bitişik anastomoz bölgesi ve doğal IVC’deki karşılaştırılabilir alanlardı. İn vivo deneyler yaparak, greftlerin gerçek kan akışı içinde ve doku ve organlarla çevrili işlevselliğinin değerlendirilmesinde avantajlar vardır. Bu yöntemle elde edilen ölçümlerin, greftlerin canlı bir organizmadaki gerçek işlevselliğini yansıttığına inanılmaktadır.

Protokol, koyunların prosedür öncesi hazırlanması, kateterizasyon, temel pre bolus verilerinin toplanması, çalışma verilerinin toplanması, hayvanların geri kazanılması ve veri analizi dahil olmak üzere altı ana bölüme ayrılmıştır. Hayvan hazırlama bölümünde, sedasyon, anestezinin başlatılması ve kateterizasyon prosedürü sırasında kullanılan izleme ekipmanının yerleştirilmesini tartışıyoruz. İkinci bölümde, veri toplama için gerekli olan iki kateter kılıfının yerleştirilme sürecini anlatıyoruz. Bu protokol için, her iki kılıf da iki çok kanallı kateterin damar içine sokulmasına izin vermek için sağ iç juguler ven (IJV) içine yerleştirilir. Biri basınçtaki değişikliği kaydetmek için ilgili bölgeye yerleştirilecek ve diğeri kontrast enjeksiyonu için damarın altına yerleştirilecektir. Kateterler yerleştirildikten sonra, karşılaştırma için bir taban çizgisi pre bolus 3D anjiyografi çekilir. Çalışma verilerinin toplanması, salin bolusunun uygulama için basınçlı bir torba sisteminde hazırlanması, salin bolusunun intravasküler basınçların kaydedilmesi ve bolus sonrası 3D anjiyografinin alınması ile başlar. Daha sonra protokolden sonra koyunların geri kazanılmasını kolaylaştırmak için süreci anlatıyoruz. Son olarak, analiz ve istatistiksel karşılaştırma için uygun görüntüleri ve kesitsel ölçümleri elde etme yöntemini tartışıyoruz.

Protocol

Çalışma protokolü, Nationwide Çocuk Hastanesi Abigail Wexner Araştırma Enstitüsü Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (AR22-0004) tarafından onaylandı. Tüm hayvanlara, Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından yayınlanan Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu’na uygun olarak insancıl bakım verildi. 1. Hayvan hazırlama Hayvanın güvenli bir şekilde anestezi alabilmesini sağlamak için fizik muayene ve yaşamsal beli…

Representative Results

25’in üzerinde koyunla bu işlemi başarıyla gerçekleştirdik. Daha da önemlisi, bu işlemle ilgili herhangi bir morbidite ve mortalite vakası yoktu. Tüm koyunlar karmaşık olmayan iyileşmeler sergiledi. Bu temsili sonuçlar, PTFE greftleri implante edilen üç koyundan ve ameliyat edilmemiş üç yerli koyundan alınmıştır. Şekil 5 , protokol sırasında her iki çalışma hayvanı grubundan alınan intravasküler basınç ölçümlerini sağlar. Bu değerler, uyumluluk ve geni?…

Discussion

Uyumluluk ve genişletilebilirlik, kan damarı fonksiyonu için temel özelliklerdir ve potansiyel komplikasyonların ve müdahalelerin göstergeleri olarak hizmet eder. Bu parametrelerdeki değişikliklerin kesin olarak ölçülmesi ve karşılaştırılması, greft etkinliğini değerlendirmek için önemlidir. İn vivo yöntemimiz, ex vivo analizin sınırlamalarının üstesinden gelir ve karşılaştırılabilir sonuçlar sağlar. İn vivo verilerimiz Blum ve arkadaşları tarafından sunu…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma R01 HL163065 ve W81XWH1810518 tarafından desteklenmiştir. Animal Research Core’daki kendini işine adamış personele minnettarlığımızı sunuyoruz. Ayrıca, çalışma boyunca paha biçilmez uzmanlığı ve dikkatli bakımı için Carmen Arsuaga’ya minnettarlığımızı ifade etmek istiyoruz.

Materials

0.035" x 260 cm Rosen Curved Wire Guide Cook Medical G01253 Guide for holding placement swapping caths (Multi-track, IVUS, etc)
0.035"x 150 cm Glidewire Terumo GR3507 Guide for JR cath
0.9% Sodium Chloride Saline Baxter Healthcare Corporation NCH pharmacy For diluting norepinpherine, pressure monitoring
10.0 Endotracheal tube Coviden 86117 To secure airway
16 G IV catheter BD 382259 To administer fluids and anesthetic drugs
22 G IV catheter BD 381423 For invasive blood pressure
5Fr x .35" JR2.5 Cook Medical  G05035 Guide for rosen wire
70% isopropyl alcohol Aspen Vet 11795782 Topical cleaning solution
7Fr x 100 cm Multi-track B. Braun 615001 Collecting pressure, Administering contrast to specific intravascular location
9Fr Introducer sheath Terumo RSS901 Access catheter through skin into vessel for wires to pass through
ACT cartridge Abbot Diagnostics 03P86-25 Activated Clotting Time
Angiographic syringe w/ filling spike Guerbet 900103S For contrast injector
Bag decanter Advance Medical Designs, LLC 10-102 Punctures saline bag to pour and fill sterile bowl with saline
Butorphanol Zoetis NCH pharmacy Sedation drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 0.1 mg/kg
Cath Research Pack Cardinal Health SAN33RTCH6 Cath pack with misc. supplies
Cetacaine Cetylite 220 Topical anesthetic spray
Chloraprep BD 930825 Topical cleaning solution
Chlorhexidine 2% solution Vedco INC VINV-CLOR-SOLN Topical cleaning solution
Conform stretch bandage Coviden 2232 Neck wrap to prevent bleeding
Connection tubing Deroyal 77-301713 Connects t-port to fluid/drug lines
Diazepam Hospira Pharmaceuticals NCH pharmacy Sedation drug: Concentration 5 mg/mL, Dosage 0.5 mg/kg
EKG monitoring dots 3M 2570
Fluid administration set Alaris 2420-0007
Fluid warming set Carefusion 50056
Hemcon Patch Tricol Biomedical 1102 Patch for hemostasis
Heparin Hospira, Inc NCH pharmacy Angicoagulant: 1,000 USP units/mL
Infinix-i INFX-8000C Toshiba Medical Systems 2B308-124EN*E Interventional angiography system
Invasive pressure transducer Medline 23DBB538 For invasive blood pressure
Isoflurane Baxter Healthcare Corporation NCH pharmacy Anesthetic used in prep room
Ketamine Hospira Pharmaceuticals NCH pharmacy Sedation drug: Concentration 100 mg/mL, Dosage 4 mg/kg
Lubricating Jelly MedLine MDS0322273Z ET tube lubricant
Micropuncture Introducer Set Cook Medical G47945 Access through skin into vessel
Needle & syringes Cardinal Health 309604 For sedation
Norepinpherine Bitartrate Injection, USP Baxter Healthcare Corporation NCH pharmacy 1 mg/mL
Optiray 320 Liebel-Flarsheim Company, LLC NCH pharmacy Contrast 
Optixcare Aventix OPX-4252 Corneal lubricant
OsiriX MD Pixmeo SARL DICOM Viewer and Analysis software
Pressure infusor bag Carefusion 64-10029 To maintain invasive blood pressure
Propofol Fresenius Kabi NCH pharmacy Anesthetic drug: Concentration 10 mg/mL, Dosage 20-45 mg·kg-1·h-1
Silk suture 3-0 Ethicon C013D To secure IV catheter 
SoftCarry Stretcher Four Flags Over Aspen SSTR-4
Stomach tube Jorgensen Lab, INC J0348R To release gastric juices and gas and prevent bloat
T-port Medline DYNDTN0001 Connects to IV catheter
Urine drainage bag Coviden 3512 Connects to stomach tube to collect gastric juices
Warming blanket Jorgensen Lab, INC J1034B

Referanslar

  1. Hagler, D. J., et al. Fate of the Fontan connection: Mechanisms of stenosis and management. Congenit Heart Dis. 14 (4), 571-581 (2019).
  2. Nezerati, R. M., Eifert, M. B., Dempsey, D. K., Cosgriff-Hernandez, E. Electrospun vascular grafts with improved compliance matching to native vessels. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 103 (2), 313-323 (2015).
  3. Bates, O., Semple, T., Krupickova, S., Bautisa-Rodriguez, C. Case report of a Gore-Tex TCPC conduit dissection causing severe stenosis. Eur Heart J Case Rep. 5 (11), 1-6 (2021).
  4. Sathananthan, G., et al. Clinical importance of Fontan Circuit thrombus in the adult population: Significant association with increased risk of cardiovascular events. Can J Cardiol. 35 (12), 1807-1814 (2019).
  5. Kumar, P., Bhatia, M. Computed tomography in the evaluation of Fontan Circulation. J Cardiovasc Imaging. 29 (2), 108-122 (2021).
  6. Abbott, W. M., Megerman, J., Hasson, J. E., L’Italien, G., Warnock, D. F. Effect of compliance mismatch on graft patency. J Vasc Surg. 5 (2), 376-382 (1987).
  7. Weston, M. W., Rhee, K., Tarbell, J. M. Compliance and diameter mismatch affect the wall shear rate distribution near an end-to-end anastomosis. J Biomech. 29 (2), 187-198 (1996).
  8. Ballyk, P. D., Walsh, C., Butany, J., Ojha, M. Compliance mismatch may promote graft-artery intimal hyperplasia by altering suture-line stress. J Biomech. 31 (3), 229-237 (1997).
  9. Lemson, M. S., Tordoir, J. H. M., Daemen, M. J. A. P., Kitslaar, P. J. E. H. M. Intimal hyperplasia in vascular grafts. Eur J Vasc Endovasc Surg. 19 (4), 336-350 (2000).
  10. Blum, K. M., et al. Tissue engineered vascular grafts transform into autologous neovessels capable of native function and growth. Commun Med. 2, 3 (2022).
  11. Turner, M. E., et al. Tissue engineered vascular grafts are resistant to the formation of dystrophic calcification. Nat Commun. 15, 2187 (2024).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Villarreal, D. J., Watanabe, T., Nelson, K., Morrison, A., Heuer, E. D., Ulziibayar, A., Kelly, J. M., Breuer, C. K. Quantifying Inferior Vena Cava Compliance and Distensibility in an In Vivo Ovine Model Using 3D Angiography. J. Vis. Exp. (206), e66724, doi:10.3791/66724 (2024).

View Video