用于实验性主动脉瓣手术和新型医疗设备流体动力学测试的 离体 猪模型

摘要

我们提出了一种将猪主动脉瓣安装在脉冲复制器上以测试其流体动力学特性的方法。该方法可用于确定在大型动物模型中使用实验程序或新型医疗设备之前应用实验程序或新型医疗设备后流体动力学的变化。

摘要

在动物模型中使用之前测试新的心脏程序和研究性医疗设备的选择是有限的。在这项研究中，我们提出了一种在脉冲复制器中安装猪主动脉瓣以评估其流体动力学特性的方法。然后，可以在执行所调查的程序和/或应用调查医疗设备之前和之后评估这些特性。由于左心室流出道中缺乏环形心肌，因此固定流入段存在一些困难。这种方法通过使用二尖瓣的前叶固定流入段，然后在流入固定装置周围缝合左心室游离壁来解决这个问题。只需将夹具插入主动脉弓上侧的切口即可固定流出段。我们发现，标本在组织固定前后具有显着不同的流体动力学特性。这一发现促使我们在测试中使用新鲜标本，在使用这种方法时应予以考虑。在我们的工作中，我们使用这种方法通过在安装的猪主动脉瓣上执行主动脉瓣新尖瓣手术（尾崎手术）来测试用于瓣膜位置的新型心内贴片材料。这些阀门在手术前后进行了测试，以评估与天然阀门相比流体动力学特性的变化。在此，我们报告了一个用于实验性主动脉瓣手术的流体动力学测试平台，该平台可以与天然瓣膜以及用于所研究手术的不同设备和技术进行比较。

引言

主动脉瓣疾病是一个重大的公共卫生负担，尤其是主动脉瓣狭窄，影响着全世界900万人¹。目前，解决这种疾病的策略正在不断发展，包括主动脉瓣修复和主动脉瓣置换术。特别是在儿科人群中，修复而不是更换瓣膜有很大的动机，因为目前可用的假体容易发生结构性瓣膜变性 （SVD） 并且不耐生长，需要随着患者的成长再次手术以重新更换。即使是用自体肺动脉瓣 （PV） 替换患病主动脉瓣 （AV） 的 Ross 手术，也需要在肺位置安装假体或移植物，该位置也受到 SVD 的影响，并且通常生长耐受性有限²。正在开发治疗主动脉瓣疾病的新方法，在应用于大型动物模型之前，需要在生物学相关背景下进行测试。

我们开发了一种用于测试猪 AV 的方法，该方法可以深入了解新型医疗设备的研究程序或应用之前和之后的瓣膜功能。通过将猪 AV 安装在市售的脉冲复制机上，我们能够比较用于研究并最终批准瓣膜假体的流体动力学特性，包括反流分数 （RF）、有效孔口面积 （EOA） 和平均正压差 （PPD）^3,4.然后，在大型动物模型中使用之前，可以在生物学相关的背景下对干预进行微调，从而限制了生产可用于人类的程序或假体所需的动物数量。用于该实验的心脏可以从当地的屠宰场获得，也可以从其他实验中获得废物组织，因此没有必要仅仅为了这....

研究方案

所有研究均按照动物护理的机构指南进行。

一、实验的注意事项和准备工作

1. 使用合适的脉冲复制器 （PD） 通过 AV 模拟心输出量。PD需要能够容纳生物材料并能够进行清洁。
   1. 利用适合测试 AV 的 PD 设置：70 mL 位移容积和 70 次/分钟心跳（5 L/min 心输出量）、收缩期心动周期的 35%、100 mmHg 平均经瓣压梯度、120 个最大压力梯度和 80 个最小压力梯度。
   2. 使用室温 （RT） 生理盐水 （0.9% NaCl） 作为流体介质。
2. 找到或创建（使用 3D 打印或类似方法）合适的夹具，用于安装猪 AV 以在 PD 上进行测试。
   1. 使用以脉冲拷贝机随附的夹具为模型的夹具，并具有以下规格：确保夹具的内径与所研究的 AV 的直径相似，连接长度至少为 2 cm，可用连接宽度至少为 4 cm（图 1）。
   2. 使用橡胶 O 形圈作为夹具末端的垫圈。
3. 心脏切除术后获取心脏标本（图2A）。
   1. 使用来自屠宰场的猪心脏标本或来自其他方面健康的动物的废物组织，并且没有参与任何会影响其心脏的实验方案。
   2. 在心脏切除术后获取标本....

讨论

这里介绍的方法为AV的流体动力学测试提供了一个平台，以检查实验程序或新型医疗设备的效果。通过将天然主动脉瓣安装在脉冲复制机上，我们能够确定实验程序对用于研究和批准新型瓣膜假体（ISO 5840）的所有流体动力学参数的影响。这提供了一个机会，可以在大型动物模型中使用之前对程序和假体进行微调。

由于左心室流出道中缺乏环形心肌，因此固定流入段存在一些?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Printer	Ultimaker	Ultimaker S5	Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing
Crile-Wood Needle Driver	Emerald Instruments	2.0638.15	Used for suturing ventricle
Debakey Forceps	Jarit	320-110	Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant)
Ethanol 200 proof	Decon Labs Inc.	DSP-MD.43	Used for fixed tissue storage
Formalin 10%	Epredia	5701	Used for tissue fixation
Gerald Forceps	Jarit	285-126	Used for dissection and sample preparation
Glass jars	QAPPDA	B07QCP54Z3	Used for tissue storage
Glutaraldehyde 25%	Electron Microscopy Sciences	16400	Used for tissue fixation
HEPES 1 M buffer solution	Fisher	BP299-100	Used to make glutaraldehyde 0.6%
Mayo Scissors	Jarit	099-200	Used for cutting suture
Metzenbaum Scissors	Jarit	099-262	Used for dissection and sample preparation
O-ring	Sterling Seal & Supply Inc.	AS568-117	Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures
Polylactic acid resin	Ultimaker	1609	Used for 3D printing fixtures
Polyproplene suture	Covidien	VP-762-X	Used for suturing ventricle, tapered needle
Pulse Duplicator	BDC Laboratories	HDTi-6000	Used for hydrodynamic testing
Silk ties	Covidien	S-193	Used for ligating coronary arteries
Tonsil Clamp	Aesculap	BH957R	Used for coronary artery dissection
Zip ties (6 inch)	Advanced Cable Ties, Inc.	AL-06-18-9-C	Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide
Zip ties (8 inch)	GTSE	GTSE-20025B.1000	Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide