Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.

Abstract

Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.

Introduction

إجراءات التدخل التاجي تسبب كبيرة إصابة جدار الوعاء الدموي بسبب تعطل اللوحة والأوعية الجدار. وهذا يؤدي إلى عودة التضيق والانسداد الطرفية في ترقيع الوريد، وانقطاع من التجويف التاجية 1-4. لتجنب هذه المضاعفات، واستراتيجية واعدة يكون لتغطية سطح الأوعية الدموية في الموقع الاوعية الدموية، والتي من المحتمل أن تحول دون عودة التضيق، والتخفيف من المخاطر الناجمة عن انقطاع من التجويف السفينة، ومنع انسداد الطرفية. وقارن الدراسات السابقة الدعامات المعدنية العارية لتركيب دعامات-الطعوم مع النتائج الإيجابية لالدعامات ترقيع 5. وقد استخدم الباحثون عدة مواد لتصنيع أغشية لتغطية الدعامات. وهذا يشمل المواد الاصطناعية مثل البولي ايثيلين tetraphthalate (PET)، تترافلوروإيثيلين (PTFE)، البولي يوريثان (PU)، والسيليكون أو الأنسجة سفينة ذاتي لتصنيع الدعامات المغطاة 6-9. مادة الكسب غير المشروع المثالي تستخدم لتغطية الدعامات يجب thromboresistant، غير biodegr-adable، ويجب أن تتكامل مع أنسجة الأم دون الانتشار المفرط والتهاب 10. يجب على المواد الكسب غير المشروع تستخدم لتغطية الدعامة أيضا تعزيز الشفاء من الدعامات الكسب غير المشروع.

وتستخدم على نطاق واسع الدعامات ترقيع لعلاج تضيق الأبهر الزائفة، تمدد الأوعية الدموية في الشريان السباتي، ناسور شرياني وريدي، تحولت الوريد الطعوم، وكبيرة لتمدد الأوعية الدموية الدماغية العملاقة. لكن تطور صغيرة العيار الدعامات ترقيع محدودة بسبب القدرة على الحفاظ على الانظار والمرونة، والذي يساعد في نشر الدعامات ترقيع 11-14. بو هو البوليمر من اللدائن المرنة مع قوة ميكانيكية جيدة التي هي سمة المطلوب لتحقيق الظهور ومرونة جيدة 15،16. بالإضافة إلى وجود أهدافها جيدا، يجب أن الدعامات ترقيع أيضا تعزيز الشفاء السريع وتبطنن. غطت بو أثبتت الدعامات ترقيع توافق مع الحياة بشكل أفضل وتعزيز تبطنن 17. الباحثينحاولت سابقا لendothelialize بو غطت الدعامات الطعوم من قبل البذر لهم الخلايا البطانية 17. وقد تبين العزل الكهربائي من بو لخلق ألياف نانوية مصفوفة لتكون تقنية قيمة للإنتاج الأوعية الدموية الطعوم 18،19. ومن المعروف وجود ألياف النانو التي تحاكي العمارة من المصفوفة خارج الخلية الأم أيضا لتشجيع الخلايا البطانية انتشار 20،21. العزل الكهربائي كما يسمح للسيطرة على سمك المادة 22. وقد تم دراسة العيار الصغير ترقيع الأوعية الدموية مصنوعة من بو على التئام الجروح باستخدام التعديلات مثل مواد الطلاء ومضادات التخثر، ومثبطات تكاثر الخلايا. وقد صممت جميع هذه التعديلات للتوسط قبول المضيف وتعزيز الكسب غير المشروع الشفاء 23.

وقد وضعت مجموعتنا بالون توسيع الدعامات المعدنية العارية التي يمكن نشرها في النماذج الحيوانية 24-26. مزيج من شبكة electrospun البولي يوريثين وكرةأون الدعامة القابلة للتوسيع مكنتنا من توليد بالون العيار الصغير توسيع الدعامات الطعوم. وقدم أكثر من المتاحة حاليا، الطعوم الدعامات من خلال شريان الفخذ خلال إجراء التدخلي، ولكن فقط عدد قليل من الدعامات المغطاة التجارية يمكن إدخال 1 حجم الفرنسي أكبر مما هو مطلوب لبالون برنامج الأمم المتحدة للتضخم 27. في هذه الدراسة قمنا بتطوير العيار الصغير الأوعية الدموية الدعامات الكسب غير المشروع عن طريق التغليف دعامة قابلة للتوسيع البالون بين طبقتين من electrospun بو التي يمكن تسليمها إلى أحد الشرايين التاجية باستخدام معيار 8-9 قسطرة التوجيه الفرنسية في إجراء التداخلية عن طريق الجلد.

Protocol

1. العزل الكهربائي من مادة البولي يوريثين على مغزل جامع

  1. إعداد مغزل لالعزل الكهربائي
    1. تذوب حوالي 8 مل من حيويا، الصف الغذاء والماء للذوبان الدعم المادي في الاسطوانة (حوالي 9 مم و 110 مم العميقة) في 155 درجة مئوية باستخدام فرن.
    2. تراجع قطرها 3 مم و 100 مم الفولاذ المقاوم للصدأ طويلة مغزل للحصول على طلاء من الدعم المادي على سطح مغزل. قبل غمس، وضع مماسك في الفرن على 155 درجة مئوية لمدة حوالي 15 دقيقة لرفع درجة حرارة سطح مغزل والتي تساعد في ترطيب سطح مع الدعم المادي المنصهرة.
    3. السماح للمغزل تراجع بارد إلى حوالي 140 درجة مئوية في حين أن الدعم المادي المنصهرة يتصلب تشكيل طبقة رقيقة موحد على سطح مغزل. أثناء عملية التبريد، شنق مغزل عموديا بحيث تسبب خطورة الدعم المادي الزائدة بالتنقيط خارج. هذا الطلاء يتيح سهولةإزالة الانتهاء من الدعامات الكسب غير المشروع من مغزل.
  2. الإعداد للجامع مغزل من نظام العزل الكهربائي (كما هو موضح في الشكل رقم 1)
    1. محاذاة خلاط مختبر أفقيا وتوصيل قضيب البلاستيك التي ستعقد مغزل الفولاذ المقاوم للصدأ في الطرف الآخر داخل غطاء الدخان.
    2. حل الدعم المادي من طرف مغزل من قبل غمر سوى غيض من مغزل في المياه لاستيعاب الدعم قضيب بلاستيكي في نهاية مغزل. دعم دعم قضيب بلاستيكي في نهاية خالية من مغزل للمساعدة في دوران الموحد للجامع مغزل.
    3. استخدام مجموعة براغي في دعم قضبان البلاستيك لتأمين مغزل الفولاذ المقاوم للصدأ وتجنب الانزلاق أثناء العزل الكهربائي.
    4. الأرض جامع مغزل عن طريق ربط الأسلاك الأرضية على شكل حرف U لمغزل الفولاذ المقاوم للصدأ. استخدام المطاط O-خواتم لعقد الأسلاك الأرضية على الجانبين من مغزل.
  3. SETTIنانوغرام يصل السائل نظام البولي يوريثين قذف نظام العزل الكهربائي
    1. مزيج dimethylacetamide (DMA) 25٪ (م / ت) حل البولي الأسهم (PU) للحصول على 15٪ (/ ت م) بو في DMA حل (على سبيل المثال، إضافة 6 مل من DMA إلى 9 مل من 25٪ بو الحل).
      الحذر! العمل داخل غطاء الدخان مع المعدات المناسبة للحماية الشخصية.
    2. حقنة ملء كوب 5 مل مع نهاية حادة إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ (مغزال) مع 15٪ بو الحل.
    3. برنامج ضخ حقنة لبثق في 0.01 مل / دقيقة على أساس القطر الداخلي للحقنة.
    4. جبل الحقنة مع مغزال على ضخ حقنة أفقيا مع طرف الإبرة حوالي 20 سم من جامع مغزل. عزل حقنة من الأجزاء الموصلة من الحقنة ضخ باستخدام أوراق المطاط لتجنب الانحناء الكهربائية.
    5. توصيل مولد الجهد العالي إلى مغزال من الحقنة باستخدام مشبك التمساح.
  4. تشغيل ضخ حقنة عند 0.01 مل / دقيقة، وروتاالشركة المصرية للاتصالات مغزل مع خلاط مختبر يعمل بسرعة بطيئة (على سبيل المثال، 50 دورة في الدقيقة).
  5. تطبيق فرق جهد 20 كيلو فولت عبر مغزال ومغزل جامع. وسوف تبدأ بو ألياف النانو إيداع على مغزل الدورية وسوف طبقة رقيقة تكون مرئية في غضون عدة دقائق. ضمان تشغيل غطاء الدخان الخروج وإغلاق العادم لتجنب فقدان ألياف النانو electrospun.

2. العزل الكهربائي والدعامة الكسب غير المشروع

  1. ألياف النانو Electrospin بو على مغزل بالتناوب لمدة 2 ساعة لإنشاء أنبوب موحد (كما هو موضح في الخطوة 1).
  2. إزالة مغزل من قضيب بلاستيكي متصلا خلاط مختبر لتثبيت الدعامات المعدنية العارية. بدوره على غطاء الدخان والعادم مفتوحة قبل إزالة مغزل لضمان أن تتم إزالة بقايا أبخرة المذيبات.
  3. حرك الدعامة البالون للتوسيع الفولاذ المقاوم للصدأ 26 على الأنبوب electrospun إلى الموقع المطلوب. قد يكون من الضروري زيادة طفيفة الدعامات لذلك سليملاحظة من دون الإضرار أنبوب electrospun.
  4. تجعيد الدعامات للتأكد من أن الدعامة ومن المقرر بإحكام على المواد أنبوب على مغزل وليس فضفاض بما يكفي لالانزلاق. وهذا سوف يساعد أيضا على منع التبطين من الطبقات الداخلية والخارجية.
  5. تحميل مغزل مع أنبوب والدعامة مرة أخرى على قضيب من البلاستيك خلاط مختبر للالعزل الكهربائي الطبقة الخارجية من الدعامات الكسب غير المشروع.
  6. ألياف النانو Electrospin لمدة 3 ساعة كما هو موضح في الخطوة 1 إلى افتعال الطبقة الخارجية من الدعامات الكسب غير المشروع.
  7. بعد العزل الكهربائي الخارجي في وقت لاحق، وقطع محيطي المواد PU حوالي 1 ملم من طرفي الدعامات باستخدام مشرط.
  8. نقع مغزل مع الدعامات الكسب غير المشروع في الماء منزوع الأيونات بحل الدعم المادي من مغزل والتي سوف الافراج عن الدعامات الكسب غير المشروع من مغزل. استبدال المياه العذبة حسب الحاجة بحل الدعم المادي تماما.
  9. مرة واحدة يتم حل الدعم المادي، وإزالة بلطف الدعامات الكسب غير المشروع من رانه مغزل والسماح ليجف. النظر تمرغ إزالة الدعامات الكسب غير المشروع في الماء منزوع الأيونات إلى حل أي دعم مادي المتبقية قبل السماح للهواء الجاف.

3. اختبار المصنعة الدعامة-الطعوم

  1. حرك الدعامة الكسب غير المشروع على trifold بالون 3 مم.
  2. تجعيد الدعامات الكسب غير المشروع على البالون باستخدام اليد التي عقدت أداة العقص.
  3. تفقد مجعد الدعامات الكسب غير المشروع باستخدام المجهر لالعقص موحدة وأي علامات أخرى على فشل مثل التبطين أو ثقب مادة الغطاء بسبب تشوه الدعامات.
  4. توسيع الدعامات الكسب غير المشروع لقطر تهدف من 3 مم الضغط على البالون trifold مع جهاز التضخم والمياه. مرة أخرى، ودراسة توسيع الدعامات الكسب غير المشروع للتوسع موحدة وعلامات الفشل.

النتائج

وقد أدى الإعداد electrospinner لدينا (الشكل 1) في ألياف النانو من مادة البولي يوريثين جودة عالية (الشكل 2). يتم تصنيعها A-الكسب غير المشروع الدعامة التي كتبها العزل الكهربائي طبقة داخلية من البولي يوريثين على مغزل، الانزلاق الدعامات المعدنية العارية فوق ...

Discussion

We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable ...

Disclosures

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgements

We would like to thank the Division of Engineering, Mayo Clinic for their technical support. This study was financially supported by European Regional Development Fund - FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), and The Grainger Innovation Fund - Grainger Foundation.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Glass syringeAir Tite7.140-33Syringe for spinneret
Graduated cylinder 5 mLFisher Scientific08-552-4G5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long
High voltage generatorBertan Accociates, Inc.205A-30PUsed to apply voltage difference across spinneret and collector
Laboratory mixer with rpm controlScilogexSCI-84010201Available from various laboratory equipment suppliers
PolyurethaneDSMBioSpan SPUBiospan Segmented Polyurethane
Rubber sheetMcMaster Carr1370N11Used to insulate syringe during electrospinning
Stainless steel mandrelN/AN/AManufactured 
Stainless steel needleHamilton91018Used as spinneret in electrospinning
Support materialEnvisionTecB04-HT-DEMOMATBiocompatible water soluble material
Syringe PumpHarvard Apparatus55-3333

References

  1. Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
  2. Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
  3. Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
  4. Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
  5. Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
  6. Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
  7. Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
  8. Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
  9. Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
  10. Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
  11. Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
  12. Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
  13. Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
  14. Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
  15. Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
  16. Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
  17. Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
  18. Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
  19. Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
  20. Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
  21. Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
  22. Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
  23. Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
  24. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. Ann. Biomed. Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  25. Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099 (2015).
  26. Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100 (2015).
  27. de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
  28. Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
  29. Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

116

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved