Ein Samen Zuschuss von der University of Florida - College of Medicine wird dankbar anerkannt. NIH / NIGMS R25 GM061347: Forschungsinitiative für die wissenschaftliche Weiterentwicklung (MBRS-RISE) Kameradschaft - Graduate Studien (Manuel Salinas) wurden durch eine Minderheit Möglichkeiten in der biomedizinischen Forschung Programmen unterstützt. Finanzielle Unterstützung aus dem Wallace H. Coulter Foundation durch Florida International University, ist Biomedical Engineering Department auch gedankt. Schließlich danken die Autoren folgende Studenten für ihre Unterstützung während der verschiedenen Phasen der experimentellen Prozess: Kamau Pier, Malachi Suttle, Kendall Armstrong und Abraham Alfonso.

1. Vorbereitung <ol><li> Entwerfen und fertigen eine Assembly zu einer tri-Merkblatt Ventil Geometrie unterzubringen. Dies wird auf Minimum ein Ventil Inhaber Nahtmaterial in der Klappenblättchen und ein Rohr, um das Ventil Halter und Zubehör rund um Haus, um die Montage auf dem Puls duplicator System zu sichern. In unserem Fall verwendeten wir ein im Handel erhältliches Puls duplicator System ab ViVitro Labs Inc. (Victoria, BC). Ventil Halter Design sowie Pre-und Post Baugruppenkonfigurationen sind in Abbildung 1 dargestellt. </li><li> Die gesamte Schleife müssen vor der Verwendung grundiert werden. Dies erfolgt in zwei Schritten: i) die Reinigung des gesamten Kreislaufsystem mit Seifenlauge und Wasser, einschließlich Austausch aller Rohre abgebaut vor dem Gebrauch und ii) die Kalibrierung der Instrumente, die mit der Schleife, nämlich die Pumpe verwendet wird, den Strom-Sonde und die Druckwandler (in der Regel bei Vorhof-, Aorten-und ventrikuläre Stellen gemessen). Die Kalibrierung kann initbeugende Wartung durchgeführt unter Verwendung von 1% iger Kochsalzlösung und sollte vor der Verwendung von Blut-Analog-Glycerin-Lösung wiederholt werden. </li></ol> 2. Ureinwohner Aortenklappe Dissection <ol><li> Erhalten Sie 4 frische Schwein Herzen mit der Aorta aus einer intakten USDA zugelassenen Schlachthof (Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) Genehmigung erforderlich sein). In unserem Fall wurde unser Dissektion Protokoll vom IACUC an der Florida International University (: 11-020 Protocol Approval Number) genehmigt. Spülen Sie das Herz mit VE-Wasser und legen Sie es in eine Steckdose mit der 1%-Antimykotikum / Antibiotikum und steriler Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (PBS)-Lösung und Transport auf Eis zur hydrodynamischen Prüflabor gefüllt. </li><li> Zeigen Herzen in einer Pfanne und sezieren vorsichtig den Herzbeutel. Positionieren Sie das Herz, so dass ventralen Seite Ihnen zugewandt ist. Sichtprüfung und Identifizierung der vier Kammern des Herzens und suchen Sie den Aortenbogen am intakten Aorta. </li><li> Trennen Sie das Herz in two Hälften quer horizontal unterhalb etwa 0,75 in dem Ringraum, also die Verbindung zwischen der Aorta und des linken Ventrikels. Vorsichtig isolieren intakt Aorta noch an der linksventrikulären Gewebeabschnitt befestigt. </li><li> Untersuchen der Aortenklappe in der Aortenwurzel, der Bereich zwischen der aufsteigenden Aorta und dem unteren Ringraum, um sicherzustellen, dass keine Schäden oder Anzeichen von Verkalkung befindet. </li><li> Teilen Sie die Aorta bei ~ 1 in den Ring oben und trennen Sie die linksventrikuläre Gewebe Segment unterhalb des Rings um die Aortenklappe (Abbildung 2a) zu isolieren. </li></ol> 3. Polymer und Native Ventil Naht Prozess <ol><li> Platzieren Sie die Herzklappe im Ventilhalter, daß die Basis jedes Ventil mit der Basis des Pfostens Halter ausgerichtet ist. Sichern Sie das Ventil an Ort und Stelle bei jedem Post vorübergehend mit einer Büroklammer, aber darauf achten, nicht die Commissuren oder die Höcker beschädigen. </li><li> Legen Sie den Faden in dieNadel. Beginnen Nähen an der Unterseite der Ventilhalter, indem die Nadel durch das erste Loch von außen nach innen, so dass die Nadel leicht aus dem Boden gezogen werden. In einem Looping Mode, Nähen beginnen das Ventil senkrecht nach oben den Pfosten des Ventils Inhaber. </li><li> Fortschritt mit Naht (Abb. 2b) entlang des Umfangs des Halters und mit zusätzlichen Naht um den Spitzen der Halter Beiträge. Büroklammern (Abbildung 2c) kann entfernt werden, wenn das Ventil vollständig gesichert ist mit Nähten an den 3 Beiträge und am Umfang des Ventils Halter (Abb. 2d und 2e) werden. </li></ol> 4. Hydrodynamische Bewertung Hinweis: Die tatsächliche Protokoll variieren je nach spezifischer Impuls duplicator System verwendet wird. Alle Informationen caontained hierin verwendet die ViVitro Pulse Duplikator Sysytem (ViVitro Labs, Inc., Vancouver, BC). <ol><li> Bi-Broschüre valve <ol><li> Set Herzfrequenz Puls duplicator System bis 70 Schläge / min. </li><li> Wähle einen Flow-Kurve, um die Pumpe (in dem Fall des Systems der ViVitro S35 Wellenform wurde für alle hydrodynamischen gewählten Prüfungen) anzutreiben. Die speziellen Wellenform in unseren Experimenten verwendet wird, von Lim et al. (2001) 17 dargestellt. </li><li> Schalten Sie Verstärker und Kolbenpumpe. Warm up für 15 min. </li><li> Platz zwei Plättchen Ventil (Abbildung 2f) in der Aorta Position. </li><li> Smear Vakuumfett auf allen Kreuzungen der Einrichtung, wo Lecks auftreten könnten. </li><li> Gießen Glycerin / salzhaltigen Flüssigkeit im Vorhof Fach. Beachten Sie, dass der pulsierende duplicator System auf 2 l Flüssigkeit läuft mit: 35% / 0,7 L Glycerin und 65% / 1,3 l Kochsalzlösung. Die Salzlösung wird unter Verwendung von Kochsalz gut gelöst in entionisiertem Wasser bei einer Konzentration von 9 mg / ml (Gewicht / Volumen). </li><li> Schalten Sie den Strom-Messwandler, der in der Aorta Position gebracht worden ist. </li><li> Kalibrieren the Pumpe. </li><li> Gehen Sie mit dem Fluss Prüfkopfjustierung von den Drucksensoren gefolgt. Ähnlich wie bei der Pumpe, folgen Sie einfach den Anweisungen des ViVitest Software (ViVitro Labs Inc.) für jeden Fluss und Druck unter der Registerkarte Kalibrierung gegeben. </li><li> Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, starten Sie die Pumpe bei einer niedrigen Drehzahl, bis die Flüssigkeit füllt den Aorten-Fach. Dichtheit prüfen. Verwenden Sie zusätzliche Vakuumfett wenn nötig. </li><li> Drehen Sie die beiden Absperrhähne (Aorten-und ventrikuläre Wandler) in die geöffnete Position. </li><li> Erhöhen Sie die Drehzahl der Pumpe bis das Hubvolumen erreicht 80 ml / Beat. </li><li> Erlauben Sie das System für 10 Minuten laufen, bis Flow hat sich stabilisiert. Flow-Stabilisierung kann durch die Beobachtung der Strömung und Druck Wellenformen in dem Bildschirm überprüft werden. Niedrig bis keine Unterschiede zwischen den Zyklen ist ein guter Indikator für das System vorher stabilisieren. </li><li> In der Software wählen ViVitest erwerben Modus. </li><li> Klicken Sie auf sammeln 10 Zyklen. </li><li> Von der Analyse-Modus, clecken auf dem Tisch, und speichern Sie die Datei. Sichern Sie auch ein Bild der Wellenformen mit der Foto-snap Option in ViVitest. </li></ol></li><li> Ureinwohner und Polymerventile <ol><li> Für Polymer und Tier Ventile, befolgen Sie die gleichen Schritte 3.1.1 - 3.1.3 aus den bi-Ventil Packungsbeilage beachten. </li><li> Legen Sie die Halterung mit dem Ventil vernäht Ventil innerhalb der Glasröhre aus dem Maß Montage. Sandwich das Rohr mit der oberen und unteren Stücke und sicher an Ort und Stelle mit seitlichen Schrauben und Muttern. </li><li> Ablage-Anordnung zwischen der Aorta und der Kammer eine Aortenklappe Halter. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.1.5 - 3.1.16 aus den bi-Ventil Packungsbeilage beachten. </li></ol></li></ol> 5. Nachbearbeitung <ol><li> Strömungs-und Druckkurven <ol><li> Durchschnittlich werden die Daten für jede der Wellenformen gesammelt, dh Aortendruck (AP), ventrikuläre Druck (VP) und Strömungsrate (Q) gesammelt. </li><li> Für jede Gruppe von Ventil (Polymer-, Schweine-ntive Aortenklappe und bi-Prospekt), zeichnen Sie die entsprechenden AP, VP und Q gegen die Zeit Beziehungen auf dem gleichen Grundstück. </li><li> Für die AP, überlagern normal, nativen Aortenklappe 18 und bi-Merkblatt Klappenprothese 19 Grundstücke aus der Literatur für die Validierung. </li></ol></li><li> Hydrodynamische Metriken <ol><li> Für jedes Ventil getestet, sollten die folgenden hydrodynamischen Metriken berechnet werden: a) Vorlauf Druckabfall und maximale transvalvuläre Druck (TVP), b) die Aorten-Root Mean Square (RMS) vorwärts Durchfluss, c) Aorten-Vorlauf, Schließen, Leckage und insgesamt Regurgitationsvolumen, d) Ventil Ende Mündungsbereich (EOA), e) transaortale Vorlauf, Schließen, Leckage und der gesamten Energieverluste. <ol><li> Vorlauf Druckabfall von TVP Messwerte berechnet und kann in 3 Zeitintervallen P kategorisiert werden: Intervall beginnt und endet mit 0 TVP, F: Intervall mit Vorlauf und H: Intervall mit 0 beginnend und endend mit TVP 0 fließen. Maximale TVP ist die maximum Druckgefälle über das Ventil von der Aorta und ventrikulären Druckwerte erfasst. </li><li> Der RMS-Vorlauf (Q eff) ein nützliches Maß für die Quantifizierung der Größenordnung von Vorwärtsströmungsgeschwindigkeit wie folgt: <img alt="Gleichung 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1.jpg" /> Wo &#39;n&#39; die Anzahl der Zeitpunkte ist gesammelt, &#39;Q i&#39; ist die momentane Durchflussmessung in Auftrag gesammelt &#39;i&#39;. </li><li> Die Aorta nach vorn, Schließ-und Leckage-Volumes werden basierend auf den folgenden Zeitintervallen, Vorwärts berechnet: Beginn der Vorlauf durch das Ventil (t o), bis zum Ende der Vorlauf (t 1); Closing: ab 1 t bis die Instanz des Ventilschließkörpers (t 2); Leckage: von t 2 bis zum Ende des Herzzyklus (t 3). Insgesamt Regurgitationsvolumen ist einfach die Summe der closing und Leckage Bände. </li><li> Die EOA auf Blut Eigenschaften basieren, können für die 3 Intervalle, P, F und H aus dem Mittelwert TVP während jeder dieser Perioden als 20 berechnet werden: <img alt="Gleichung 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2.jpg" /></li><li> Energieverluste werden wie folgt definiert 21: <img alt="Gleichung 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3.jpg" /></li></ol></li></ol></li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

In dieser Studie haben wir die Brauchbarkeit Modifizieren eines handelsüblichen pulsatile Doppeleinheit bis dreifach Klappenventil Geometrien aufnehmen, so dass hydrodynamische Prüfung von Polymer und nativen Schweine-Ventile durchgeführt werden gezeigt. Speziell in unserem Fall war das System geändert a ViVitro linken Herzens und systemische Simulator (Abbildung 1a) über die ViViTest Datenerfassungssystem (ViVitro Systems, Inc, Victoria, BC, Kanada). Allerdings ist das System nicht im Gegensatz zu...

Herzklappenerkrankungen resultiert oft aus degenerative Verkalkung Ventil 1, 2 rheumatischen Fiebers, Endokarditis 3,4 oder angeborene Missbildungen. Wenn das Ventil Schaden tritt verursacht Stenose und / oder Erbrechen Ventil Prolaps und operativ nicht repariert werden kann, wird die natürliche Klappe normalerweise durch eine Herzklappe ersetzt. Die derzeit verfügbaren Optionen umfassen mechanische Ventile (Käfig-Kugelhähne, Kipp-Ventile, etc.), Homograft und bioprothetischen Ventile (Schwein und Rind Ventile). Mechanische Klappen werden oft bei jüngeren Patienten auf ihre Haltbarkeit beruhen empfohlen, aber der Patient ist erforderlich, um auf gerinnungshemmende Therapie zu verhindern thrombotischen Komplikationen 5 bleiben. Homograft und biologische Klappenprothesen wurden effektive Entscheidungen zu Blutverdünner Therapie zu vermeiden, jedoch haben diese Ventile erhöhten Risiko für Fibrose, Verkalkung, Degeneration, und immunogen Komplikationen führt zu Ausfall des Ventils 6. Tissue-Engineering-Ventile werden als eine neue Technologie 7-9 untersucht, aber es bleibt noch viel aufgedeckt werden. Alternative langlebig, biokompatibel, künstliche Herzklappen sind notwendig, um die Lebensqualität der Herzklappenerkrankungen Patienten zu verbessern. Auch hier könnte dieses Ventil Design ersetzen die Bioprothese in transcatheter Ventil-Technik verwendet, mit transcatheter Ansätze zeigt das Potenzial für die Umwandlung der Behandlung von ausgewählten Patienten mit Herzklappenerkrankungen 10. Wie von aktuellen Standards angegeben, ein erfolgreicher Herzklappe Ersatz sollte folgende Leistungsmerkmale haben: &quot;1) ermöglicht Vorlauf mit annehmbar kleinen mittleren Druckdifferenz Tropfen, 2) verhindert, retrograde Strömung mit akzeptabler kleine Aufstoßen, 3) widersteht Embolisation; 4) widersteht Hämolyse, 5) widersteht Thrombusbildung, 6) ist biokompatibel; 7) ist kompatibel mit in vivo diagnostische Techniken, 8) ist lieferbar und implantierbare im ZielBevölkerung; 9) fixiert bleibt einmal platziert; 10) hat eine akzeptable Lärmpegel; 11) reproduzierbar Funktion; 12) behält seine Funktionalität zu einem vernünftigen Leben im Einklang mit seinen generische Klasse; 13) behält seine Funktionalität und Sterilität zu einem vernünftigen Regal Leben vor der Implantation. &quot;11. Einige der Mängel des bestehenden Klappenprothesen kann möglicherweise durch eine Polymer-Ventil überwunden werden. biokompatible Polymere wurden Top-Kandidaten auf der Grundlage Biostabilität, anti-Hydrolyse, Anti-Oxidation, und vorteilhafte mechanische Eigenschaften wie als hohe Festigkeit und Viskoelastizität. Insbesondere kann Elastomerpolymere bieten Materialumformung ähnelt natürlichen Klappe Dynamik. Elastomere zugeschnitten werden, um Weichgewebe Eigenschaften nachzuahmen, und sie können nur die künstlichen Materialien zur Verfügung, die bio-tolerant sind, und das kann die gekoppelte widerstehen, in vivo, Fluid-induzierte, Biege-und Zugspannungen, aber in einer Weise ähnlich gesund zu bewegen,nativen Klappe Bewegung. Darüber hinaus können Elastomere in Massenproduktion hergestellt werden in einer Vielzahl von Größen, mit Leichtigkeit gespeichert werden soll kostengünstige Geräte sein und strukturell mit Faserverstärkung verstärkt werden. Das Konzept der Verwendung von Polymer-Materialien, um eine tri-Merkblatt Ventil montieren ist nicht neu und war bereits Gegenstand mehrerer Untersuchungen Forschung in den letzten 50 Jahren 12, die weitgehend wurden aufgrund der begrenzten Haltbarkeit Ventil aufgegeben. Doch mit dem Aufkommen der neuen Fertigungsmethoden 13,14, die Verstärkung von Polymerwerkstoffen 15,16 und potenziell nahtlose Integration von Polymer Klappenersatzprodukten mit transcatheter Ventil-Technik, hat es vor kurzem ein erneutes Interesse und Aktivität bei der Entwicklung von Polymer-Ventile als potenziell Alternative zu derzeit verfügbaren kommerziellen Ventile. In diesem Licht betrachtet, ist ein Protokoll zu ermöglichen Erprobung dieser Ventile hydrodynamischen Funktionalität beurteilen der erste Schrittin der Auswertung, doch im Handel erhältlich Pulssimulators Systeme in der Regel kommen nicht ausgestattet, um tri-Merkblatt Ventilkonstruktionen aufnehmen und enthalten einen ringförmigen Abstand zu kommerziell erhältlichen Herzklappen (zB Kippscheibenprothese, bi-Merkblatt mechanische Herzklappen) einzufügen. Zweitens sind Ventile Polymer eine neue Technologie, deren Hydrodynamik kann nur in einer relativen Kontext beurteilt werden. Obwohl nativen Herzklappe Druck und Durchfluss Daten verfügbar sind, ist es wichtig, für die Versuche an nativen Schweine-Aorta-Ventile, die biologisch ähnlich dem menschlichen Ventile durchzuführen, unter Verwendung der gleichen pulsatile Simulator, mit der die Polymer-Ventile so zu bewerten, um Konto für Messung Unterschiede, die vom System abhängig kann. Somit war das Ziel dieser Studie zu zeigen, wie ein im Handel erhältliches Puls Simulator mit einer Baugruppe zu tri-Merkblatt Ventil Konstrukte aufzunehmen und systematisch zu evaluieren Polymer Ventil hydrodynamischen Metriken in einer relativen cont montiert werdenext im Vergleich zu mechanischen und nativen Herzklappe vom Schwein Pendants. In unserem Fall, neuartige Tri-Broschüre Siliconpolymers Ventile zuvor an der Universität von Florida 13 umfasste die Polymer Ventil Gruppe entwickelt.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://vivitrolabs.com/products/superpump/" target="_blank">http://vivitrolabs.com/products/superpump/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow Meter and Probe</td>
			<td>Carolina Medical</td>
			<td>Model 501D</td>
			<td><a href="http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf" target="_blank">http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Transducer</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>HCM018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ViVitro Pressure Measuring Assembly</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>6186</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Valve holder</td>
			<td>WB Engineering</td>
			<td></td>
			<td>Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Duplicator</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>PD2010</td>
			<td><a href="http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf" target="_blank">http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>PDA2010</td>
			<td><a href="http://vivitrolabs.com/products/software-daq" target="_blank">http://vivitrolabs.com/products/software-daq</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcine Hearts and Native Aortic Valves</td>
			<td>Mary&#39;s Ranch Inc</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bi-leaflet Mechanical Valves</td>
			<td>Saint Jude Medical</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sjm.com/" target="_blank">http://www.sjm.com/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Vacuum Grease</td>
			<td>Dow Corning Corporation</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf" target="_blank">http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerin</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>3190K293</td>
			<td>99% Natural 5 gal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>MT21031CV</td>
			<td>100 ml/heart</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antimycotic/Antibiotic Solution</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>SV3007901</td>
			<td>1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S3014-500G</td>
			<td>9 g/L of deionized water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized Water</td>
			<td>EMD Millipore Chemicals</td>
			<td></td>
			<td>Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

protocol for relative hydrodynamic assessment of tri-leaflet polymer valves

Einschränkungen der derzeit verfügbaren künstliche Herzklappen, Xenotransplantate und Homografts eine aktuelle Wiederaufleben der Entwicklungen im Bereich der Tri-Broschüre Polymer Klappenprothesen aufgefordert. Allerdings ist die Identifizierung eines Protokolls für die erste Bewertung der Polymer Ventil hydrodynamischen Funktionalität während der frühen Phasen des Design-Prozesses im Vordergrund. Traditionell in vitro Puls duplicator Systeme sind nicht so konfiguriert, dass flexible tri-Merkblatt Materialien aufnehmen, darüber hinaus, Bedarfsanalyse von Polymer Ventil Funktionalität in einem relativen Zusammenhang zu nativen und künstlichen Herzklappen unter identischen Testbedingungen hergestellt werden, so dass die Variabilität in Messungen aus verschiedenen Instrumente können vermieden werden. Dementsprechend führten wir hydrodynamischen Beurteilung i) Muttersprache (n = 4, mittlerer Durchmesser, D = 20 mm), ii) bi-Merkblatt mechanische (n = 2, D = 23 mm) und iii) polymer Ventile (n = 5, D = 22 mm) über die Verwendung eines handelsüblichen Puls duplicator System (ViVitro LabsInc, Victoria, BC), die wurde modifiziert, um tri-Merkblatt Ventil Geometrien unterzubringen. Tri-Broschüre Silikon Ventile an der University of Florida entwickelt umfasste die Gruppe Polymer Ventil. Ein Gemisch im Verhältnis von 35:65 Glycerin zu Wasser wurde verwendet, um Blut physikalischen Eigenschaften nachzuahmen. Momentanen Durchfluss an der Grenzfläche der linken Herzkammer und Aorta-Einheiten gemessen wird, während Druck an den Ventrikel und Aorta Positionen aufgenommen wurde. Bi-Broschüre und natürlichen Klappe Daten aus der Literatur wurde verwendet, um Durchfluss und Druck Lesungen validieren. Die folgenden hydrodynamischen Metriken wurden gemeldet: Vorlauf Druckabfall bedeuten Aortenwurzel Feld vorwärts Durchfluss, Aorten-Schließung, Leckage und Regurgitationsvolumen, transaortale endet, Leckage, und insgesamt Energieverluste. Repräsentative Ergebnisse zeigten, dass hydrodynamische Metriken aus den drei Gruppen erfolgreich Ventil könnte durch den Einbau eines custom-built-Baugruppe in einem handelsüblichen Puls duplicator und subsequentl erhalten werdeny, objektiv gegenüber Erkenntnisse über funktionelle Aspekte der Polymer Ventil Design bieten.

Repräsentative Durchfluss und Druck Wellenformen sind in den 3, 4 und 5 gezeigt. Die Grundstücke wurden über die Stichprobengröße von Ventilen für jede Gruppe, die getestet wurde gemittelt, n = 5, 4, und 2 Ventile für Polymer-, Schweine-und nativen bi-Faltblatt-Gruppe. Der hydrodynamische Metriken und die Standardabweichung des Mittelwerts für diese Stichproben sind in Tabelle 1 dargestellt. <img ...

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Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Es wurde Interesse an der Entwicklung Polymer Ventile erneuert. Hier sind die Ziele, um die Machbarkeit der Modifizierung eine kommerzielle Puls duplicator zu tri-Merkblatt Geometrien aufnehmen und ein Protokoll zu definieren Polymer Ventil hydrodynamischen Daten im Vergleich zu nativen und Klappenprothese Daten unter nahezu identischen Bedingungen gesammelt präsentieren zu demonstrieren.

Protokoll für Relative Hydrodynamische Beurteilung der Tri-Polymer Merkblatt Ventile

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.7K Aufrufe.  Florida International University. Es wurde Interesse an der Entwicklung Polymer Ventile erneuert. Hier sind die Ziele, um die Machbarkeit der Modifizierung eine kommerzielle Puls duplicator zu tri-Merkblatt Geometrien aufnehmen und ein Protokoll zu definieren Polymer Ventil hydrodynamischen Daten im Vergleich zu nativen und Klappenprothese Daten unter nahezu identischen Bedingungen gesammelt präsentieren zu demonstrieren.

Serie: Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science. Methods for particle trapping based on optical, magnetic, electrokinetic, and acoustic techniques have led to major advancements in physics and biology ranging from the molecular to cellular level. In this article, we introduce a new microfluidic-based technique for particle trapping and manipulation based solely on hydrodynamic fluid flow. Using this method, we demonstrate trapping of micro- and nano-scale particles in aqueous solutions for long time scales. The hydrodynamic trap consists of an integrated microfluidic device with a cross-slot channel geometry where two opposing laminar streams converge, thereby generating a planar extensional flow with a fluid stagnation point (zero-velocity point). In this device, particles are confined at the trap center by active control of the flow field to maintain particle position at the fluid stagnation point. In this manner, particles are effectively trapped in free solution using a feedback control algorithm implemented with a custom-built LabVIEW code. The control algorithm consists of image acquisition for a particle in the microfluidic device, followed by particle tracking, determination of particle centroid position, and active adjustment of fluid flow by regulating the pressure applied to an on-chip pneumatic valve using a pressure regulator. In this way, the on-chip dynamic metering valve functions to regulate the relative flow rates in the outlet channels, thereby enabling fine-scale control of stagnation point position and particle trapping. The microfluidic-based hydrodynamic trap exhibits several advantages as a method for particle trapping. Hydrodynamic trapping is possible for any arbitrary particle without specific requirements on the physical or chemical properties of the trapped object. In addition, hydrodynamic trapping enables confinement of a "single" target object in concentrated or crowded particle suspensions, which is difficult using alternative force field-based trapping methods. The hydrodynamic trap is user-friendly, straightforward to implement and may be added to existing microfluidic devices to facilitate trapping and long-time analysis of particles. Overall, the hydrodynamic trap is a new platform for confinement, micromanipulation, and observation of particles without surface immobilization and eliminates the need for potentially perturbative optical, magnetic, and electric fields in the free-solution trapping of small particles.

In this article, we present a microfluidic-based method for particle confinement based on hydrodynamic flow. We demonstrate stable particle trapping at a fluid stagnation point using a feedback control mechanism, thereby enabling confinement and micromanipulation of arbitrary particles in an integrated microdevice.

Einem mikrofluidischen-basierte Hydrodynamische Trap für einzelne Teilchen

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

Forschung

Biotechnik

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

Entwurf eines zyklischen Druck Bioreaktor für die Ex Vivo Studium der Aorten-Herzklappen

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, 'SurgiLux': Preparation and Demonstration

Sutures are a 4,000 year old technology that remain the 'gold-standard' for wound closure by virtue of their repair strength (~100 KPa). However, sutures can act as a nidus for infection and in many procedures are unable to effect wound repair or interfere with functional tissue regeneration.1 Surgical glues and adhesives, such as those based on fibrin and cyanoacrylates, have been developed as alternatives to sutures for the repair of such wounds. However, current commercial adhesives also have significant disadvantages, ranging from viral and prion transfer and a lack of repair strength as with the fibrin glues, to tissue toxicity and a lack of biocompatibility for the cyanoacrylate based adhesives. Furthermore, currently available surgical adhesives tend to be gel-based and can have extended curing times which limit their application.2 Similarly, the use of UV lasers to facilitate cross-linking mechanisms in protein-based or albumin 'solders' can lead to DNA damage while laser tissue welding (LTW) predisposes thermal damage to tissues.3 Despite their disadvantages, adhesives and LTW have captured approximately 30% of the wound closure market reported to be in excess of US $5 billion per annum, a significant testament to the need for sutureless technology.4
In the pursuit of sutureless technology we have utilized chitosan as a biomaterial for the development of a flexible, thin film, laser-activated surgical adhesive termed 'SurgiLux'. This novel bioadhesive uses a unique combination of biomaterials and photonics that are FDA approved and successfully used in a variety of biomedical applications and products. SurgiLux overcomes all the disadvantages associated with sutures and current surgical adhesives (see Table 1).
In this presentation we report the relatively simple protocol for the fabrication of SurgiLux and demonstrate its laser activation and tissue weld strength. SurgiLux films adhere to collagenous tissue without chemical modification such as cross-linking and through irradiation using a comparatively low-powered (120 mW) infrared laser instead of UV light. Chitosan films have a natural but weak adhesive attraction to collagen (~3 KPa), laser activation of the chitosan based SurgiLux films emphasizes the strength of this adhesion through polymer chain interactions as a consequence of transient thermal expansion.5 Without this 'activation' process, SurgiLux films are readily removed.6-9 SurgiLux has been tested both in vitro and in vivo on a variety of tissues including nerve, intestine, dura mater and cornea. In all cases it demonstrated good biocompatibility and negligible thermal damage as a consequence of irradiation.6-10

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, &#039;SurgiLux&#039;: Preparation and Demonstration

The fabrication of a novel, flexible thin film surgical adhesive from FDA approved ingredients, chitosan and indocyanine green is described. Bonding of this adhesive to collagenous tissue through a simple activation process with a low-powered infra-red laser is demonstrated.

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive &quot;SurgiLux &#39;: Vorbereitung und Demonstration

Sutures are a 4,000 year old technology that remain the 'gold-standard' for wound closure by virtue of their repair strength (~100 KPa). However, sutures ...

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Polymer Microarrays für High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

Umweltfreundliche kontrollierten Microtensile Testing von mechanisch-adaptive Polymer-Nanokomposite für<em&gt; Ex vivo</em&gt; Charakterisierung

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

Intra-lymph Node Injection of Biodegradable Polymer Particles

Generation of adaptive immune response relies on efficient drainage or trafficking of antigen to lymph nodes for processing and presentation of these foreign molecules to T and B lymphocytes. Lymph nodes have thus become critical targets for new vaccines and immunotherapies. A recent strategy for targeting these tissues is direct lymph node injection of soluble vaccine components, and clinical trials involving this technique have been promising. Several biomaterial strategies have also been investigated to improve lymph node targeting, for example, tuning particle size for optimal drainage of biomaterial vaccine particles. In this paper we present a new method that combines direct lymph node injection with biodegradable polymer particles that can be laden with antigen, adjuvant, or other vaccine components. In this method polymeric microparticles or nanoparticles are synthesized by a modified double emulsion protocol incorporating lipid stabilizers. Particle properties (e.g.&#160;size, cargo loading) are confirmed by laser diffraction and fluorescent microscopy, respectively. Mouse lymph nodes are then identified by peripheral injection of a nontoxic tracer dye that allows visualization of the target injection site and subsequent deposition of polymer particles in lymph nodes. This technique allows direct control over the doses and combinations of biomaterials and vaccine components delivered to lymph nodes and could be harnessed in the development of new biomaterial-based vaccines.

Lymph nodes are the immunological tissues that orchestrate immune response and are a critical target for vaccines. Biomaterials have been employed to better target lymph nodes and to control delivery of antigens or adjuvants. This paper describes a technique combining these ideas to inject biocompatible polymer particles into lymph nodes.

Intra-Lymphknoten-Injektion von biologisch abbaubaren Polymerpartikeln

Generation of adaptive immune response relies on efficient drainage or trafficking of antigen to lymph nodes for processing and presentation of these ...

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose and short sisal fibers are dispersed into a water suspension containing bacterial cellulose. The fiber and nanocellulose suspension is then filtered (using vacuum or gravity) and the wet filter cake pressed to squeeze out any excess water, followed by a drying step. This will result in the hornification of the bacterial cellulose network, holding the loose natural fibers together.
Our method is specially suited for the manufacturing of rigid and robust preforms of hydrophilic fibers. The porous and hydrophilic nature of such fibers results in significant water uptake, drawing in the bacterial cellulose dispersed in the suspension. The bacterial cellulose will then be filtered against the surface of these fibers, forming a bacterial cellulose coating. When the loose fiber-bacterial cellulose suspension is filtered and dried, the adjacent bacterial cellulose forms a network and hornified to hold the otherwise loose fibers together.
The introduction of bacterial cellulose into the preform resulted in a significant increase of the mechanical properties of the fiber preforms. This can be attributed to the high stiffness and strength of the bacterial cellulose network. With this preform, renewable high performance hierarchical composites can also be manufactured by using conventional composite production methods, such as resin film infusion (RFI) or resin transfer molding (RTM). Here, we also describe the manufacturing of renewable hierarchical composites using double bag vacuum assisted resin infusion.

We present a novel method of manufacturing rigid and robust short natural fiber preforms using a papermaking process. Bacterial cellulose acts simultaneously as the binder for the loose fibers and provides rigidity to the fiber preforms. These preforms can be infused with a resin to produce truly green hierarchical composites.

Herstellung von robusten Naturfaser-Preforms Verwendung Bakteriencellulose als Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

Culturing Mouse Cardiac Valves in the Miniature Tissue Culture System

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the molecular, cellular and mechanical mechanisms underlying the maintenance and/or loss of the valvular structure. 
Current models used to study valvular biology include in vitro cultures of valvular endothelial and interstitial cells. Although, in vitro culturing models provide both cellular and molecular mechanisms, the mechanisms involved in the 3D-organization of the valve remain unclear. While in vivo models have provided insight into the molecular mechanisms underlying valvular development, insight into adult valvular biology is still elusive. 
In order to be able to study the regulation of the valvular 3D-organization on tissue, cellular and molecular levels, we have developed the Miniature Tissue Culture System. In this ex vivo flow model the mitral or the aortic valve is cultured in its natural position in the heart. The natural configuration and composition of the leaflet are maintained allowing the most natural response of the valvular cells to stimuli. The valves remain viable and are responsive to changing environmental conditions. This MTCS may provide advantages on studying questions including but not limited to, how does the 3D organization affect valvular biology, what factors affect 3D organization of the valve, and which network of signaling pathways regulates the 3D organization of the valve.

Here, we present an ex vivo flow model in which murine cardiac valves can be cultured allowing the study of the biology of the valve.

Kultivierung von Maus-Herzklappen in der Miniatur-Gewebekultursystem

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the ...

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a high-protein crambe meal that has limited value, as it is not fit for food or feed use. However, it contains proteins that could potentially make it a suitable raw material for higher-value products. The purpose of this study was to find methods of making this side stream into extruded films, showing that products with a higher value can be produced. The study mainly considered the development of material compositions and methods of preparing and extruding the material. Wheat gluten was added as a supportive protein matrix material, together with glycerol as a plasticizer and urea as a denaturant. The extrudate was evaluated with respect to mechanical (tensile testing) and oxygen barrier properties, and the extrudate structure was revealed visually and by scanning electron microscopy. A denser, more homogeneous material had a lower oxygen transmission rate, higher strength, and higher extensibility. The most homogeneous films were made at an extruder die temperature of 125-130 &#176;C. It is shown here that a film can be extruded with promising mechanical and oxygen barrier properties, the latter especially after a final compression molding step.

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

The side stream from plant oil production of Crambe abyssinica has limited value. The purpose of this study was to find methods for extruding materials based on this side stream, demonstrating that products with a higher value can be produced. The extrudates were found to have promising properties.

Folienextrusion von<em&gt; Krambe</em&gt; / Weizen-Gluten-Mischungen

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a ...

Synthesis of Functionalized 10-nm Polymer-coated Gold Particles for Endothelium Targeting and Drug Delivery

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting and drug delivery are some of the applications of these AuNPs, but endothelial extracellular matrices&#39; defensive properties hamper particle uptake. To address this issue, we describe a synthesis method for ultrasmall gold nanoparticles to improve vascular delivery, with customizable functional groups and polymer lengths for further adjustments. The protocol yields 2.5 nm AuNPs that are capped with tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium chloride (THPC). The replacement of THPC with hetero-functional polyethylene glycol (PEG) on the surface of the AuNP increases the hydrodynamic radius to 10.5 nm while providing various functional groups on the surface. The last part of the protocol includes an optional addition of a fluorophore to allow the AuNPs to be visualized under fluorescence to track nanoparticle uptake. Dialysis and lyophilization were used to purify and isolate the AuNPs. These fluorescent nanoparticles can be visualized in both in vitro and in vivo experiments due to the biocompatible PEG coating and fluorescent probes. Additionally, the size range of these nanoparticles render them an ideal candidate for probing the glycocalyx without disrupting normal vasculature function, which may lead to improved delivery and therapeutics.

We describe a method of synthesizing biocompatible 10-nm gold nanoparticles, functionalized by coating poly-ethylene glycol onto the surface. These particles can be used in vitro and in vivo for delivering therapeutics to nanoscale cellular and extracellular spaces that are difficult to access with conventional nanoparticle sizes.

Synthese von funktionalisierten 10 nm Polymer beschichteten Goldpartikeln für Targeting Endothel und Drug-Delivery

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting ...