Endotel Hücre yakalama ve Saklanmasına İlişkin ferromanyetik Bare Metal Stent

Aşağıdaki deneyin genel amacı, manyetik nanopartikül ile etiketlenmiş endotel hücrelerini yakalayıp tutabilen ferromanyetik bir çıplak metal stent geliştirmektir. Bu, stent malzemesinin ve yapısının sıkıştırma ve genişletme sırasındaki mekanik davranışını doğru şekilde anlamak için bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve sonlu elemanlar analizi (FEA) yazılımları kullanılarak 2205 paslanmaz çelik bir stent tasarlanarak gerçekleştirilir. Ardından, üretilen stent mekanik olarak sıkıştırılır ve genişletilir; böylece mekanik bütünlük gösterilir ve stentin manyetik alan tutma kapasitesi incelenerek manyetik davranışı doğrulanır.

Ardından, hücre yakalanmasını ve koroner dolaşımda tutulumu doğrulamak amacıyla stentler domuzlara implante edilir ve manyetik nanopartikül ile işaretlenmiş endotel hücreleri iletilir. Sonuçlar, in vivo deneylerden çıkarılan kan damarlarının histolojik analizine dayanarak, bu çalışmada geliştirilen ferromanyetik stentin, manyetik olarak işaretlenmiş endotel hücrelerini yakalayabildiğini ve tutabildiğini göstermektedir. Hızlı endotelizasyon iyileşmeyi teşvik edebileceği ve kan uyumluluğunu artırabileceği için, bu tekniğin etkileri çeşitli kardiyovasküler cihazların geliştirilmesine kadar uzanmaktadır.

Genel olarak, bu yönteme yeni başlayan kişiler, stent tasarımında yer alan CAD ve FEA prosedürlerinin karmaşıklığı nedeniyle zorluk yaşayacaklardır; ayrıca hücre kültürü de yeni başlayanlar için zorlayıcı olabilir. Sıkı bir aseptik ortamın sürdürülmesinin önemi nedeniyle, stentlerin iyileşmesini geliştirmek istedik ve canlı hücreleri stentlere tutturmak için manyetik kuvvetleri kullanma fikrini geliştirdik. Bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritik önem taşımaktadır; çünkü stent geliştirme ve hücre ekleme adımları, sıkma ve genişleme sırasındaki malzeme davranışının karmaşıklığı ve stentin manyetik hücre yakalama yönteminin yeniliği nedeniyle öğrenilmesi zor süreçlerdir.

Başlamak için, duvar kalınlığı stent destek kalınlığına eşit olan bir ekstrüzyon çıkıntılı taban özelliği seçerek CAD yazılımı ile ekstrüde edilmiş içi boş bir silindir oluşturun. Ekstrüde edilen silindire teğet olan farklı bir çizim düzlemine bir stent deseni tasarlayın. Düz desenin genişliğini, ekstrüde edilmiş içi boş silindirin çevresiyle eşleşecek şekilde ayarlayın.

Sarma (wrap) özelliğini kullanarak, düz desen tasarımını içi boş silindire aktarın. Parçayı hem kendi yerel formatında hem de FEA'ya aktarılmak üzere ACEs formatında kaydedin. Sonlu elemanlar analizini gerçekleştirmek için, ACEs formatında kaydedilen katı geometriyi, yazılımın parça modelleyicisinde daha fazla analiz yapmak üzere FEA yazılımının parça modülüne aktarın. Stent ile eş eksenli iki analitik silindir modelleyin. Parçaları, FEA yazılımının bir ağ (mesh) modülü ile ilgili konumlara yerleştirmek için montaj modelleyicisindeki örnekler (instances) ağaç öğesine çift tıklayın.

Elemanı, indirgenmiş entegrasyonlu 20 düğümlü heksahedral eleman olarak belirleyin. Model ağacının etkileşim özellikleri kısmında eleman boyutunu belirleyin ve stenti örgüleyin. Stent ile iki silindir arasında sırasıyla sürtünmesiz rijit temas çiftlerini tanımlayın.

2205 paslanmaz çeliğin ELAs opl gerilme-şekil değiştirme davranışını stent modeline atayın. Öncelikle, krimp işlemini simüle etmek için dış silindiri bir milimetreye kadar sıkıştıracak sınır koşullarını tanımlayın. Krimp işlemiş stentin gevşemesini simüle etmek için dış silindiri kaldırın.

Genişlemeyi simüle etmek için iç silindiri üç milimetreye genişletin ve son olarak, stent geri tepmesini simüle etmek için iç silindiri kaldırın. Simülasyon tamamlandığında, sonuç dosyasını açın ve asal gerilmeleri incelemek için sonuçları işlem sonrası analizden geçirin; malzemenin hasar limitinden daha düşük olan %20'lik bir asal gerilme değerine ulaşmak için stent tasarımını yinelemeli olarak iyileştirin.

2205 paslanmaz çelik tüpler temin edildikten ve stentler bir çeker ocak altında, uygun koruyucu ekipman kullanılarak metin protokolüne göre kesildikten sonra; elektropolisaj uygulanmış stentlerin yüzeyini pasivize etmek için stentleri 10 dakika boyunca %50 hidroklorik asit içine daldırarak asit temizleme işlemi uygulayın, ardından asit temizlemeyi tamamlamak için 10 dakika boyunca %10 sodyum bikarbonat çözeltisine daldırın. Stentleri yıkamak için önce etanol, ardından deiyonize su kullanın. Daha sonra stentleri krimpleme testi için, bir stent ve üç katlı bir balon tutun.

Bir el tipi sıkıştırma aletiyle, stentle balonun üzerine sıkıştırılacak şekilde sapı bastırarak stenti deforme edin. Sıkıştırılmış stenti, homojen sıkıştırma ve herhangi bir hata belirtisi açısından mikroskop altında inceledikten sonra, üç katlı balonu basınçlandırmak için su kullanarak stenti üç milimetrelik tasarım çapına genişletin. Genişletilmiş stentleri, güçlü bir neodimyum mıknatıs kullanarak mikroskobik kırıklar ve homojen genişleme açısından inceleyin.

Stenti, çapı manyetik alan çizgileri boyunca olacak şekilde düz yüzeylerden birinde tutarak çaprazal olarak mıknatıslayın. Alternatif olarak, stenti ekseni manyetik alan çizgileri boyunca olacak şekilde silindirik yüzeye paralel tutarak eksenel olarak mıknatıslayın. Stenti yaklaşık bir dakika boyunca güçlü mıknatısa yakın tutun.

Manyetizasyon için, stentleri tek tek cam mandrellere monte edin ve ardından cam mandrelleri manyetik sondalama düzeneğinin hassasye tutucusuna yerleştirin. Manyetik sondalama düzeneğinin X, Y, Z tablalarını kullanarak, manyetik mikro sensör probunu stent yüzeyine temas etmeyecek şekilde stente yakın bir konuma hassas bir şekilde getirin. Manyetik mikro sensörün stentten uzaktaki başlangıç değerini ölçün ve ardından probu konumlandırmak için x, y, Z tablalarını kullanarak stent yüzeyindeki kalıntı manyetik alanı ölçün.

Metin protokol kültüründe açıklandığı üzere porcine periferik kandan endotelyal çıkış hücreleri veya EOC'ler elde edildikten sonra, hücreleri yaklaşık %80 konfluenceye ulaşana kadar T 75 flask içinde kültüre edin. Süper paramanyetik demir oksit nanopartiküllerinin veya pyon sentezlenmesinin ardından, pyon'u hücre kültürü ortamındaki EOC'lere 200 µg/mL konsantrasyonda ekleyin. 37 °C'de 16 saat boyunca inkübe edin.

Hücre kültür ortamını nazikçe aspire edin ve flaska 10 mililitre PBS ekleyin. Ardından nazikçe sallayın ve aspire edin. Hücreleri üretici talimatlarına göre boyamak için, 10 mililitre kültür ortamına mililitre başına beş mikrogram CM DAI gibi bir floresan boya ekleyin ve 37 degrees Celsius'de 30 dakika boyunca inkübe edin.

Hücreleri daha önce olduğu gibi PBS ile nazikçe yıkayın, ardından 0,25% tripsin EDTA çözeltisi ekleyin ve hücreleri flasktan ayırmak için 37 °C'de beş dakika inkübe edin. Hücre süspansiyonunu 15 ml'lik konik bir tüpe aktarın. Hacmi tamamlamak için PBS kullanın ve hücreleri çöktürmek için 500 G'de beş dakika santrifüjleyin, ardından üst fazı boşaltın.

Hücreleri mililitre başına 1 ila 2 milyon hücre konsantrasyonunda resüspande etmek için PBS kullanın. In vitro hücre çalışmaları için, stenti bir cam lamel yüzeyinin hemen üzerinde tutacak basit bir düzenek tasarlayın ve imal edin. Bir stenti demanyetize etmek için elektromanyetik bir cihaz kullanın veya güçlü bir neodimyum mıknatı ile bir stenti çapraz veya eksenel olarak manyetize edin; PBS içinde süspande edilmiş, işaretli e ooc hücrelerini, eksenel manyetize edilmiş, çapraz manyetize edilmiş veya manyetize edilmemiş kontrol stentlerini içeren kaba pipetleyin.

Ardından, ters floresans mikroskop görüntüsü ile, antiplatelet ilaç uygulaması yapılmış ve metin protokolüne uygun olarak anestezi uygulanmış dört sağlıklı Yorkshire domuzuna stent implantasyonu gerçekleştirmek amacıyla PBS içinde süspande edilmiş EOC içeren stentler kullanılır; standart birleşimle kalp kateterizasyon tekniği kullanılarak sağ koroner artere (RCA) bir magnetize ve bir magnetize olmayan stent implante edilir. Balonu ve stenti over-the-wire balon ile ilerletmek için bir kılavuz tel kullanıldıktan sonra, implante edilen stentlerin proksimalindeki RCA içindeki kan akımı tıkanır. Ardından, iki dakikalık bir süre boyunca, merkezi kateter aracılığıyla 4 mL PBS içinde süspande edilmiş, s scion ile işaretlenmiş yaklaşık 2 milyon otolog EOC iletilir; iki dakikalık ek oklüzyonun ardından RCA'deki kan akışı yeniden sağlanır, stent çıkarılır ve histoloji yapılır. Burada gösterildiği üzere metin protokolüne göre, FEA tabanlı iteratif stent tasarımı, %30'luk nihai gerilmeden (ultimate strain) daha düşük olan %20'lik bir temel gerinim (principle strain) ile sıkıştırılabilen ve genişleyebilen bir stenti işaret etmiştir.

Küçük bir balon kateter üzerine sıkıştırılan ve küçük bir balon kullanılarak üç milimetreye genişletilen, lazerle kesilmiş ve elektropolish edilmiş bir stentte herhangi bir kırık belirtisine rastlanmamıştır. Deforme olmuş stentin resimleri, FEA ile hesaplanan deformasyonla iyi bir uyum göstermiş ve ayrıca mikroskopi resimleri, kalıntı manyetik alan ölçümlerinden beklendiği üzere herhangi bir kırık olmadığını göstermiştir. Etiketli hücrelerdeki SPY, aksiyel olarak mıknatıslanmış stentlerde tercihen Ben segmentlerine, düz segmentlere ise daha düzgün bir şekilde çekilmiştir.

Çapraz mıknatıslanmış stentlerde, histoloji görüntüleri stent destekleri yakınında demir boyanması göstermiş ve bu durum, yedi günlük implantasyon süresi boyunca EOC'nin stente çekildiğini ve orada tutunduğunu doğrulamıştır. Bu prosedür uygulanırken, hatalı giriş parametreleriyle FEA ve CAD kavramlarını anlamak önemlidir. Aksi takdirde, ya çok sert olan ya da stent kırılmasına eğilimi olan hatalı bir stent tasarımı elde edilir.

Bu prosedür takip edildikten sonra; stentlerin uzun vadeli dayanıklılığı ve biyouyumlu ile ilgili ek soruları yanıtlamak amacıyla hızlandırılmış yorulma testi ve toksisite testi gibi diğer yöntemler uygulanabilir. Birkaç yıllık geliştirme sürecinin ardından, şu anda porcine modelde doğrulanmış fonksiyonel bir teknolojiye sahibiz.

Bu videoyu izledikten sonra, ferromanyetik bir stent geliştirme ve manyetik olarak işaretlenmiş arter hücrelerinin yakalanması ve tutulması için test yapma süreçleri hakkında kapsamlı bir bilgiye sahip olmalısınız.