Die Herstellung von Kleinkaliber Stentgrafts Mit Elektrospinnen und Balloon Expandable Bare Metal Stents

Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung

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.

Einleitung

Coronary Intervention Verfahren verursachen erhebliche Gefäßwand Verletzungen durch Unterbrechung der Plaque und Gefäßwand. Dies führt zu einer Restenose, periphere Embolien bei Venentransplantaten und Diskontinuität der koronaren Lumen ^1-4. Um diese Komplikationen zu vermeiden, ist eine vielversprechende Strategie wird sein, die Gefäßoberfläche in der Angioplastie Ort zu decken, die möglicherweise Restenose hemmen, Risiken zu mindern von Diskontinuität von Gefäßlumen, und zu verhindern, periphere Embolie. Frühere Studien haben Bare - Metal - Stents im Vergleich zu Stentgrafts mit positiven Ergebnissen für Stent-Implantate ^5. Die Forscher haben verschiedene Materialien verwendet, um Membranen herzustellen, die Stents zu decken. Dazu gehören synthetische Materialien wie Polyethylentetraphthalat (PET), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyurethan (PU) und Silizium oder autologe Gefäßgewebe ummantelte Stents herzustellen ^6-9. Ein ideales Transplantatmaterial verwendet, um den Stent zu bedecken sollte thromboresistente, nicht biodegr werdenadable und sollte mit nativem Gewebe ohne übermäßige Vermehrung integrieren und Entzündung ^10. Das Transplantatmaterial verwendet, um den Stent zu bedecken sollte auch die Heilung des Stent-Graft zu fördern.

Stent-Transplantate werden zur Behandlung von Aortenisthmusstenose weit verbreitet, Pseudo-Aneurysmen der Arteria carotis, arteriovenöse Fisteln, degeneriert Transplantate Vene und große bis hin zu riesigen zerebraler Aneurysmen. Aber die Entwicklung von kleinkalibrigen Stent-Transplantate wird durch die Fähigkeit begrenzt niedriges Profil zu erhalten und Flexibilität, die ^11-14 in der Entfaltung des Stents-Grafts hilft. PU ist ein Elastomer - Polymer mit guter mechanischer Festigkeit , die für das Erreichen ein niedriges Profil und eine gute Flexibilität ^15,16 ein gewünschtes Merkmal ist. Neben der guten Lieferfähigkeit hat, Stent-Implantate sollten auch eine schnelle Heilung und Endothelialisierung zu fördern. PU - beschichtet Stent-Implantate ¹⁷ bessere Biokompatibilität und verbesserte Endothelialisierung unter Beweis gestellt haben. Die Forscher habenzuvor versucht , PU - beschichtet Stent-Implantate zu endothelialisieren , indem sie mit Endothelzellen ¹⁷ Säen. Elektrospinnen von PU - Nanofaser - Matrix zu schaffen , hat sich gezeigt , eine wertvolle Technik zu sein , für die Herstellung von Gefäßtransplantaten ^18,19. Die Existenz von Nanofasern, die die Architektur der nativen extrazellulären Matrix nachzuahmen ist auch bekannt , Endothelzellproliferation ^20,21 zu fördern. Elektrospinnen ermöglicht auch die Kontrolle über die Dicke des Materials ^22. Kleinkalibrigen Gefäßtransplantate aus PU wurden untersucht zur Förderung der Heilung von Modifikationen wie Oberflächenbeschichtungen, Antikoagulantien und Zellproliferationshemmer verwendet wird. All diese Änderungen sind so konzipiert , Host - Akzeptanz zu vermitteln und Transplantatheilung ²³ fördern.

Unsere Gruppe hat einen Ballon erweiterbaren Bare - Metal - Stent entwickelt , die ^24-26 in Tiermodellen eingesetzt werden kann. Die Kombination einer elektro Polyurethan mesh und einer Kugeloon Stent hat uns ermöglicht, kleinkalibrige Ballon erweiterbaren Stent-Implantate zu erzeugen. Die meisten der derzeit erhältlichen Stentgrafts werden durch die Oberschenkelarterie bei einem interventionellen Verfahren eingeführt, aber nur wenige kommerzielle Stents können 1 Französisch Größe größer ist als die für einen nicht aufgeblasenen Ballon ²⁷ erforderlich eingeführt werden. In dieser Studie haben wir eine kleinkalibrige Gefäßstent-Transplantat durch Einkapseln eines Ballons aufweitbaren Stents zwischen zwei Schichten aus elektro PU entwickelt, die zu einer Koronararterie geliefert werden, um eine Standard 8-9 Französisch Führungskatheter in einem perkutanen Eingriff-Verfahren verwendet wird.

Protokoll

1. Elektrospinnen von Polyurethan auf Mandrel Collector

1. Bereiten Sie Dorn für Elektro
   1. Melt etwa 8 ml biokompatiblen, Lebensmittelqualität, wasserlösliche Trägermaterial in einem Messzylinder (ca. 9 mm Durchmesser und 110 mm tief) bei 155 ° C über einen Backofen verwenden.
   2. Tauche ein 3 mm Durchmesser und 100 mm langen Edelstahldorn mit einer Beschichtung aus Trägermaterial an der Oberfläche des Dorns zu erhalten. Vor dem Eintauchen, legen die Dorne in den Ofen bei 155 ° C für ca. 15 min, die Temperatur der Dornoberfläche zu erhöhen, die mit dem geschmolzenen Trägermaterial in Benetzung der Oberfläche hilft.
   3. Lassen Sie die getaucht Dorns auf etwa 140ºC abkühlen, während das geschmolzene Trägermaterial verfestigt eine einheitliche dünne Beschichtung auf der Dornoberfläche bildet. Während des Kühlprozesses, hängen Sie den Dorn vertikal, so dass die Schwerkraft Materialüberschuss Unterstützung verursacht abtropfen. Diese Beschichtung ermöglicht eine einfacheEntfernen des fertigen Stent-Transplantat von dem Dorn.
2. Setup des Dorns Kollektor des Elektrospinnsystem (wie in 1 gezeigt)
   1. Richten Sie den Labormischer horizontal und schließen Sie einen Kunststoffstab, der die Edelstahldorn am gegenüberliegenden Ende im Inneren der Abzugshaube halten wird.
   2. Man löst das Trägermaterial von der Spitze des Dorns nur die Spitze des Dorns in Wasser durch Eintauchen des Kunststoffstützstange am Ende des Dorns aufzunehmen. Unterstützen die Kunststoffstützstange am freien Ende des Dorns in gleichförmige Rotation des Dorns Kollektors zu unterstützen.
   3. Verwenden Sie Stellschrauben in der Kunststoff-Tragstangen der Dorn aus rostfreiem Stahl zu sichern und zu verhindern ein Verrutschen beim Elektrospinnen.
   4. Erden Sie den Dorn Kollektor durch einen U-förmigen Erdungskabel an den Dorn aus rostfreiem Stahl befestigt. Verwenden Sie Gummi-O-Ringe, die die Erdungskabel an den Seiten des Dorns zu halten.
3. Settiflüssiges Polyurethan Extrusionssystem des Elektrosystems ng bis
   1. Mischungs Dimethylacetamid (DMA) mit 25% (m / v) Polyurethan (PU) Vorratslösung zu erhalten , 15% (m / v) PU in DMA - Lösung (beispielsweise 6 ml DMA zu 9 ml von 25% PU - Lösung).
      VORSICHT! Die Arbeit innerhalb einer Abzugshaube mit der richtigen Schutzausrüstung anlegen.
   2. Füllen Sie eine 5-ml-Glasspritze mit stumpfen Ende Nadel aus rostfreiem Stahl (Spinndüse) mit 15% PU-Lösung.
   3. Programmieren der Spritzenpumpe bei 0,01 ml / min zu extrudieren, bezogen auf den Innendurchmesser der Spritze.
   4. Montieren der Spritze mit Spinndüse an der Spritzenpumpe horizontal mit der Nadelspitze etwa 20 cm von dem Dorn Sammler. Isolieren Sie die Spritze aus den leitfähigen Teilen der Spritzenpumpe Gummiplatten mit elektrischen Lichtbogenbildung zu vermeiden.
   5. Schließen Sie den Hochspannungsgenerator an die Spinndüse der Spritze eine Krokodilklemme verwenden.
4. Führen Sie die Spritzenpumpe mit 0,01 ml / min und rotate , den Dorn mit dem Labormischer bei langsamer Geschwindigkeit läuft (beispielsweise 50 rpm).
5. Übernehmen einer Spannungsdifferenz von 20 kV über die Spinndüse und dem Kollektor Dorn. PU-Nanofasern beginnt auf dem rotierenden Dorn Abscheiden und eine dünne Schicht wird innerhalb von einigen Minuten sichtbar. Sicherstellen, dass die Abzugshaube ausgeschaltet und Abgas geschlossen Verlust von elektrogesponnenen Nanofasern zu vermeiden.

2. Elektrospinnen einer Stent-Graft

1. Elektrospinnen PU-Nanofasern auf einem rotierenden Dorn 2 h eine gleichförmige Röhre zu schaffen (wie in Schritt 1 beschrieben).
2. Entfernen des Dorns aus dem Kunststoffstab mit dem Labormischer verbunden, um den unbeschichteten Stent anzubringen. Schalten Sie Dunstabzug und offene Auspuff vor den Dorn zu entfernen, dass die Überbleibsel Lösungsmitteldämpfe entfernt werden, um sicherzustellen.
3. Schieben den Ballon expandierbaren Stent aus rostfreiem Stahl ²⁶ auf die elektroRohr an eine gewünschte Stelle. Es kann notwendig sein, um leicht den Stent zu erweitern, so dass es slips auf, ohne die elektro Rohr zu beschädigen.
4. Crimp des Stents, um sicherzustellen, dass der Stent fest auf dem Rohrmaterial auf dem Dorn festgelegt ist und nicht locker genug zu gleiten. Dies wird auch Delamination der inneren und äußeren Schicht zu verhindern.
5. Laden der Dorn mit Schlauch und Stent wieder auf den Kunststoffstab des Labormischer für Elektrospinnen der Außenschicht des Stent-Transplantats.
6. Elektrospinnen Nanofasem 3 h wie in Schritt 1, erläutert, die äußere Schicht des Stent-Transplantat herzustellen.
7. später nach dem äußeren Elektroverspinnen, schneiden den Umfang der PU-Werkstoff etwa 1 mm von den Enden des Stents unter Verwendung eines Skalpells.
8. Weichen Sie den Dorn mit Stent-Graft in entsalztem Wasser, um das Trägermaterial von dem Dorn zu lösen, die den Stent-Graft aus Dorn freigeben wird. Ersetzen mit frischem Wasser nach Bedarf das Trägermaterial vollständig zu lösen.
9. Nachdem das Trägermaterial gelöst ist, sanft das Stent-Transplantat aus t entfernener Dorn und trocknen lassen. Betrachten wir die entfernt Stent-Graft in entsalztem Wasser einweichen alle verbleibenden Trägermaterial zu lösen, bevor an der Luft trocknen zu ermöglichen.

3. Prüfung der hergestellten Stent-Grafts

1. Schieben Sie den Stent-Graft auf einem 3 mm trifold Ballon.
2. Crimp das Stent-Transplantat auf den Ballon eine Handpresswerkzeug verwendet wird.
3. Untersuchen Sie den gekräuselten Stent-Graft ein Mikroskop für eine gleichmäßige Kräuselung und andere Anzeichen von Versagen wie Delaminationen oder Einstich des Deckmaterials aufgrund von Stents Verformung verwendet wird.
4. Erweitern Sie den Stent-Graft zur Konstruktions Durchmesser von 3 mm durch die trifold Ballon mit einer Aufblasvorrichtung und Wasser unter Druck. die erweiterte Stent-Graft für eine gleichmäßige Expansion und Zeichen des Scheiterns wieder untersuchen.

Ergebnisse

Unsere Electro Setup (Abbildung 1) wurde in hochwertigem Polyurethan - Nanofasern (Abbildung 2) geführt. Ein Stent-Transplantat wird durch Elektro eine innere Schicht aus Polyurethan auf einen Dorn, ein Verrutschen eines unbeschichteten Stent über dieser Schicht hergestellt, und eine zweite äußere Schicht aus Polyurethan Elektroverspinnen (Abbildung 3). Polyurethan-Nanofasern mit einer Geschwindigkeit von 50 um / h, elektroversponnen, die in einer inneren Schi...

Diskussion

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 artery^24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Glass syringe	Air Tite	7.140-33	Syringe for spinneret
Graduated cylinder 5 mL	Fisher Scientific	08-552-4G	5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long
High voltage generator	Bertan Accociates, Inc.	205A-30P	Used to apply voltage difference across spinneret and collector
Laboratory mixer with rpm control	Scilogex	SCI-84010201	Available from various laboratory equipment suppliers
Polyurethane	DSM	BioSpan SPU	Biospan Segmented Polyurethane
Rubber sheet	McMaster Carr	1370N11	Used to insulate syringe during electrospinning
Stainless steel mandrel	N/A	N/A	Manufactured
Stainless steel needle	Hamilton	91018	Used as spinneret in electrospinning
Support material	EnvisionTec	B04-HT-DEMOMAT	Biocompatible water soluble material
Syringe Pump	Harvard Apparatus	55-3333