Tri-broşür Polimer Vanalar göreceli hidrodinamik Değerlendirme Protokolü
17 Ekim 2013
Polimer vanalar gelişmekte olan ilgi yenilendi. Burada, hedefleri üç-broşür geometrileri karşılamak için ve yakın-aynı koşullar altında toplanan yerli ve protez kapak verilerine göre polimer kapak hidrodinamik veri sunmak için bir protokol tanımlamak için ticari bir darbe teksir değiştirme fizibilite göstermek için vardır.
Aşağıdaki deneyin genel amacı, ticari olarak temin edilebilen bir in vitro nabız çoğaltıcının, ortaya çıkan tri broşürü, polimer kalp kapakçığı protezlerini nasıl barındırabileceğini göstermek ve montajın hidrodinamik ölçümlerini değerlendirmektir. Bu, darbe çoğaltıcıda bir tri broşür valf konfigürasyonunu barındırmak için bir tüp ve valf tutucusunun monte edilmesiyle elde edilir İkinci adım olarak, polimer valfler yerine dikilir ve hidrodinamik ölçümlerini ölçmek için test edilir. Doğal domuz kapakçıkları ve mekanik kalp kapakçıkları, sentetik valfin mekanik tasarımında sistem donanımı değişikliklerini doğrulamak için de test edilir.
Sonuçlar, modifiye edilmiş darbe çoğaltıcı sisteminin, doğal domuz ve mekanik valf hidrodinamiğine sahip polimer valfleri değerlendirmek için kullanılabileceğini ve böylece polimer valf tasarımının işlevsel yönleri hakkında bilgi sağladığını göstermektedir. Genel olarak, bu yönteme yeni olan bireylerin kafası karışacaktır çünkü teknikler sıkıcıdır ve kapsamlı bir kapak protezi değerlendirmesi için gerekli olan ve tipik olarak geleneksel bir mühendislik müfredatında öğretilmeyen hidrodinamik metriklerle ilgili birçok kavram vardır. Bu tekniğin etkileri, gelişmekte olan kalp kapakçığı protez teknolojilerinin işlevsel gelişimine doğru uzanır, çünkü hidrodinamik değerlendirme, Manuel ile birlikte protez har kapağının tasarım özelliklerinin nasıl daha da iyileştirileceğine dair içgörüler sağlar.
Ona yardım etmek. Bu gösteride Carl Lande kardeşim ve laboratuvarımda lisans öğrencisi olacak. Bu protokol montajın imalatı ile başlar.
Bu, valf broşürlerine dikiş atmak için kullanılan bir valf tutucuyu, valf tutucuyu barındırmak için kullanılan bir tüpü ve düzeneği darbeli çoğaltıcı sistemine sabitleyen çevreleyen aksesuarları içerir. Piyasada bulunan bir darbe çoğaltıcı sistemi de gereklidir Sistem ilk olarak kullanılmadan önce, tüm döngüyü astarlayın. Döngü sistemini sabun ve su kullanarak temizleyin.
Bu işlem sırasında, bozulmuş tüpleri değiştirin. Ardından, pompa, akış probu ve basınç dönüştürücüleri olan döngüye bağlı aletleri kalibre edin. Kalibrasyon, %1'lik bir tuzlu su çözeltisi ile başlar, ardından bir kan analog gliserin çözeltisi ile devam eder.
Tipik olarak bunları atriyal, aort ve ventriküler konumlarda ölçüm yapmak için kalibre edin. Kalibre edildikten sonra valfleri hazırlamaya devam edin. A-U-S-D-A onaylı mezbahadan aortu bozulmamış dört taze domuz kalbi alın.
Bir kalbi ambalajından çıkarın ve deiyonize su ile durulayın ve buz üzerinde PBS'de %1 antimikotik antibiyotikle dolu bir kaba koyun. Hidrodinamik test laboratuvarına taşıyın. Kalplerden birini bir diseksiyon tavasına yerleştirin ve perikardını dikkatlice çıkarın.
Ventral tarafa bakarak, dört odayı inceleyin ve sağlam aort üzerindeki aort arkını bulun. Sonra kalbi yarıya bölün. Aort ve sol ventrikül arasındaki kavşakta halkanın dörtte üçü altında yatay olarak kesin ve sol ventrikül dokusu segmentine bağlı sağlam aortu izole edin.
Aort kökünde bulunan aort kapağını hasar veya kireçlenme açısından inceleyin. Bu, çıkan aort ile alt halka arasındaki bölgedir. İyi görünüyorsa, aortu halkanın yaklaşık bir inç yukarısına bölün, aksi takdirde dokuyu atın.
Daha sonra, kapak izole edilmiş halde aort kapağını izole etmek için anulusun altındaki sol ventrikül dokusu segmentini ayırın. Tutucuya bir valf sabitlemek için dikişe devam edin. İlk olarak, valf tutucusunun içine yerleştirin.
Valfin tabanını direk tutucunun tabanıyla hizalayın. Ardından valfi geçici olarak bir ataşla sabitleyin. Komissür veya tüberküllere zarar vermemeye dikkat edin.
Şimdi, dikişleri valf tutucusunun altına yerleştirin. İğneyi ilk delikten aşağıya doğru besleyin. Daha sonra bir döngü şeklinde, valfi direkler boyunca valf tutucusuna dikin.
Tutucunun çevresi boyunca dikmeye devam edin. Daha fazla güvenlik için direklerin uçlarının etrafına ek bir dikişle dikişi bitirin. Dikişler atıldıktan sonra, valfi tüm direklere sabitleyin.
Bu gösterideki ataşı çıkarın. Bir vi vitro nabız çoğaltıcı sistemi kullanılır. Adımlar diğer sistemlerde farklı olacaktır.
Sistemin kalp atış hızını dakikada 70 atışa ayarlayarak değerlendirmeye başlayın. Ardından, pompayı çalıştırmak için bir akış dalga formu seçin, bu durumda S 35 dalga biçimidir. Şimdi amplifikatörü ve pistonlu pompayı açın ve 15 dakika ısınmalarına izin verin.
Bir bi yaprakçık valfini test ederken, dikişli bir valf için aort pozisyonunda sisteme yerleştirin. İlk olarak, boruyu üst ve alt parçalarla sandviçleyerek özel yapım montaj için cam tüpün içine yerleştirin ve yanal vidalarla sabitleyin. Polimer valfi yeni taktık.
Bu, doğal valfi yerleştirmek için kullandığımız prosedürün aynısıdır. Ardından düzeneği, valf yerindeyken aort odası ile orijinal aort kapak tutucusu arasına yerleştirin, sızıntı yapabilecek tüm bağlantı noktalarına vakumlu gres sürün. Daha sonra, atriyal bölmeye tuzlu su içinde iki litre% 35 gliserin ekleyin.
Artık sistem dolduğuna göre, en önemli adım tüm bileşenlerin iyi kalibre edildiğinden emin olmaktır. Sistemi kurmak için iki kişi birlikte çalışır. Şimdi, akış dönüştürücüsünün aort konumuna ayarlandığından emin olun ve yazılımdaki kalibre et sekmesi altındaki talimatları kullanarak açın, pompayı ve ardından akış dönüştürücüsünü ve ardından basınç dönüştürücülerini kalibre edin.
Kalibrasyonlar tamamlandıktan sonra, sıvı aort bölmesini doldurana kadar pompayı düşük bir RPM'de çalıştırın. Sızıntı olup olmadığını kontrol edin ve bunları ek vakum gresi ile kapatın. İki vanayı açık konuma çevirin.
Bunlar aort ve ventriküler transdüserlerdir. Strok hacmi vuruş başına 80 mililitreye ulaşana kadar pompanın RPM'sini artırın. Akış stabilize olana kadar sistemin 10 dakika çalışmasına izin verin.
Bu, ekrandaki akış ve basınç dalgası oluşumlarını gözlemleyerek doğrulanabilir. Döngüler arasındaki değişiklik gözlenmediğinde veya çok küçük olduğunda, sistem stabilize olmuştur. Şimdi VI test yazılımında, edinme modunu seçin ve analiz modundan 10 döngü topla'ya tıklayın, tabloya tıklayın ve dosyayı kaydedin.
Ayrıca, fotoğraf çekimini kullanarak dalga formlarının bir görüntüsünü kaydedin. Beşinci seçenek, polimer dört yerli domuz ve iki bi yaprakçık valfi karşılaştırıldı. Akış hızı, ventrikül ve aort odacıklarının arayüz konumuna yerleştirilen noninvaziv bir akış probuna bağlı bir elektromanyetik akış ölçer kullanılarak ölçüldü.
Ventrikül odasındaki ventriküler basınç, bunun üzerine bindirilmiş bir mikro uçlu basınç dönüştürücü kullanılarak ölçüldü. Sonuçlar, 29 milimetre çapındaki yerel ve B yaprakçık valfleri için rapor edilen değerlerdir. Literatürden.
Aort basıncı, bir mikro uçlu basınç dönüştürücü kullanılarak aort kapak pozisyonunun hemen aşağısında ölçüldü. Yine 29 milimetre çapındaki valfler için daha önce bildirilen değerler de verilmiştir. Özetle yapılan debi ve basınç ölçümlerinden birçok parametre hesaplanmıştır.
Test edilen valflerin boyutu, broşür ile ortalama 22 milimetre çapındaydı. Valfleri elde etmek zordu. Bu nedenle, örneklem büyüklükleri küçüktür.
Bir kez ustalaştıktan sonra, numune hazırlama ve hidrodinamik değerlendirme dahil olmak üzere bu teknik yaklaşık iki buçuk saat içinde gerçekleştirilebilir. Özel bir montaj kullanarak, üç yapraklı valf veya üç yapraklı polimer valf yapılarını barındırabileceğimiz bir yol inşa ettiğimizi ve daha sonra bu tür valfleri veya bu polimer valfleri fonksiyonel hidrodinamik değerlendirme için mevcut bir ticari pulsatil döngüsüne dahil edebileceğimizi gösterebildik. Aynı zamanda, bu valfleri objektif olarak, aynı zamanda geometride üçlü broşür olan yerel bir valf ile karşılaştırabileceğimizi gösterebildik.
Bizim durumumuzda, domuz doğal aort kapakçıkları kullanıyoruz çünkü bu kapakçıklar insan kapakçıklarına çok benziyor. Son olarak, bu prosedürleri takiben, doku mühendisliği için kullanılabilecek iskele montajlı kapakların geliştirilmesi, kalp kapakçığı amaçları gibi diğer araştırma alanlarına da bakabiliriz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, ticari bir nabız düplikatörün, üç yapraklı polimer kalp kapakçıklarını barındıracak şekilde modifiye edilmesinin uygulanabilirliğini gösterir. Ayrıca, bu kapakçıkların hidrodinamik ölçümlerini, doğal ve mekanik kapakçıklarla karşılaştırarak değerlendirmek için bir protokol tanımlar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Biyomedikal Mühendisliği
- Kardiyovasküler Cihazlar
- Hidrodinamik
Arka Plan
- Gelişmekte olan polimer kalp kapakçığı teknolojileri, kapsamlı bir değerlendirme gerektirir.
- Hidrodinamik ölçümler, kapakçık performansını değerlendirmek için kritik öneme sahiptir.
- Mevcut yöntemler, söz konusu karmaşıklığı yeterince kapsamayabilir.
- Bu ölçümleri anlamak, gelişmiş protez tasarımlarına yol açabilir.
Çalışmanın Amacı
- Üç yapraklı kapakçık testi için bir nabız düplikatörü modifiye etmek.
- Hidrodinamik değerlendirme için bir protokol oluşturmak.
- Polimer kapakçıkları, doğal ve mekanik muadilleriyle karşılaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Üç yapraklı konfigürasyon için bir kapakçık tutucu ve tüp montajı.
- Polimer kapakçıkların dikilerek hidrodinamik test için hazırlanması.
- Nabız düplikatör sisteminin salin ve gliserin çözeltileriyle kalibasyonu.
- Doğrulama için doğal domuz ve mekanik kapakçıkların test edilmesi.
Ana Sonuçlar
- Modifiye edilmiş nabız düplikatör, polimer kapakçık hidrodinamiklerini etkili bir şekilde değerlendirir.
- Elde edilen bilgiler, gelecekteki polimer kapakçık tasarımlarına rehberlik edebilir.
- Metodolojiyle ilgili zorluklar, özel eğitimin gerekliliğini vurgular.
- Çalışma, kapakçık protezlerinde daha ileri araştırmalar için bir temel sağlar.
Sonuçlar
- Hidrodinamik değerlendirme, polimer kapakçıkların geliştirilmesi için kritik öneme sahiptir.
- Modifiye edilmiş sistemler, mevcut değerlendirme tekniklerindeki boşlukları doldurabilir.
- Gelecekteki çalışmalar, bu yöntemleri daha geniş bir uygulama için geliştirmeye odaklanmalıdır.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This protocol enables early-stage hydrodynamic assessment of tri-leaflet polymer heart valves using a modified commercial pulse duplicator, providing objective functional data to inform design iterations. By enabling direct comparison with native and mechanical valves under identical conditions, it reduces measurement variability and supports mechanistic de-risking in cardiovascular device development. The approach offers a scalable, reproducible platform for evaluating emerging valve prostheses during discovery and preclinical phases.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of valve design hypotheses through quantitative hydrodynamic metrics under physiologically relevant flow conditions.
- Operational Value: Provides a standardized system for functional assessment that reduces variability across test runs and operator technique.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates reproducible, quantitative outputs such as pressure drop, flow rate, and regurgitant volume for comparative valve screening.
- Operational Value: Supports assay readiness by adapting a commercial system to accommodate flexible tri-leaflet geometries, enabling platform reuse.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates translational continuity by allowing side-by-side evaluation of polymer valves against native porcine and mechanical benchmarks.
- Operational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions by providing objective hydrodynamic performance data early in the design cycle.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum by supporting hypothesis-driven design evaluation, enabling quantitative screening of valve prototypes, and informing preclinical validation through benchmarked hydrodynamic profiling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and biological de-risking by measuring functional performance of valve designs in a controlled, pulsatile flow environment.
- Screening: Delivers assay standardization and quantitative hydrodynamic outputs that allow objective comparison across valve iterations.
- Analytics: Provides measurable readouts including forward flow pressure drop, aortic root mean square flow rate, closing dynamics, leakage, and energy loss for comparative analysis.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical work by enabling validation against native and gold-standard mechanical valves under identical test conditions.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable hydrodynamic testing capability that can be applied across multiple valve design campaigns without requiring custom system development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in valve design by delivering objective, comparable hydrodynamic data across valve types.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization through a modified commercial system with defined calibration and preparation steps.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by reducing late-stage biological risk through early functional de-risking of polymer valve prototypes.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of valve designs based on quantifiable hydrodynamic performance relative to established benchmarks.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cardiovascular hydrodynamics, valve suturing techniques, and pulse duplicator system operation.
- Depends on access to a commercial pulse duplicator system capable of modification for tri-leaflet valve accommodation.
- Necessitates cross-team standardization of valve preparation, suturing, and system calibration procedures.
- Involves adaptation considerations when applying the protocol to different polymer materials, valve sizes, or flow conditions.
- Limited by the technical complexity of the setup and the need for specialized training in hydrodynamic metric interpretation.
