La fabricación de calibre pequeño endoprótesis Uso de electrospinning y balón expandible Bare stents metálicos

Resumen

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.

Resumen

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.

Introducción

procedimientos de intervención coronaria causan daños significativos pared del vaso debido a la interrupción de la pared de la placa y el vaso. Esto da lugar a la reestenosis, la embolia periférica en los injertos de vena, y la discontinuidad de la luz coronaria ^1-4. Para evitar estas complicaciones, una estrategia prometedora será para cubrir la superficie vascular en el sitio de la angioplastia, que potencialmente inhibir la restenosis, mitigar los riesgos de discontinuidad de la luz del vaso, y prevenir la embolia periférica. Estudios previos han comparado stents de metal desnudo al stent-injertos con resultados positivos para los injertos de stent ^5. Los investigadores han utilizado varios materiales para la fabricación de membranas para cubrir los stents. Esto incluye materiales sintéticos como tetraftalato de polietileno (PET), politetrafluoroetileno (PTFE), poliuretano (PU), y silicio o tejido de vaso autólogo para la fabricación de stents cubiertos ^6-9. Un material de injerto ideales utilizado para cubrir el stent se debe a los trombos, no biodegradable, y debe integrarse con el tejido nativo sin excesiva proliferación y la inflamación ^10. El material de injerto utilizado para cubrir el stent debe también promover la cicatrización del stent-injerto.

Injertos de prótesis endovasculares son ampliamente utilizados para el tratamiento de la coartación aórtica, pseudo-aneurisma de la arteria carótida, fístulas arteriovenosas, degeneraron injertos venosos, y grande para los aneurismas cerebrales gigantes. Pero el desarrollo de las pequeñas calibre injertos de stent está limitada por la capacidad de mantener bajo perfil y la flexibilidad, que ayuda en el despliegue de la endoprótesis-injertos ^11-14. PU es un polímero elastomérico con una buena resistencia mecánica, que es un rasgo deseado para lograr un perfil bajo y una buena flexibilidad ^15,16. Además de tener una buena capacidad de entrega, las endoprótesis también deberían promover la curación rápida y endotelización. PU cubierta de endoprótesis han demostrado una mejor biocompatibilidad y la endotelización ¹⁷ mejorada. Los investigadores tienenpreviamente tratado de endothelialize PU cubierta de endoprótesis mediante la siembra con las células endoteliales ^17. Electrohilado de PU para crear la matriz de nanofibras se ha demostrado ser una técnica valiosa para la producción de injertos vasculares ^18,19. La existencia de nanofibras que imitan la arquitectura de la matriz extracelular nativa también es conocido para promover la proliferación de células endoteliales ^20,21. Electrospinning también permite el control sobre el grosor del material ^22. injertos vasculares de pequeño calibre hechas de PU se han estudiado para promover la curación mediante el uso de modificaciones tales como revestimientos de superficie, anti-coagulantes, y supresores de proliferación celular. Todas estas modificaciones están diseñados para mediar la aceptación de acogida y promover la cicatrización del injerto ^23.

Nuestro grupo ha desarrollado un stent metálico expandible con balón que puede desplegarse en modelos animales ^24-26. La combinación de una malla electrospun de poliuretano y una bolaoon stent expandible nos ha permitido generar globo pequeño calibre de stent-injertos. La mayoría de los injertos de prótesis endovasculares disponibles en la actualidad se introducen a través de la arteria femoral durante un procedimiento de intervención, pero sólo unos pocos stents cubiertos comerciales se puede introducir el tamaño de 1 francesa más grande que el requerido para un globo desinflado ^27. En este estudio hemos desarrollado un pequeño calibre vascular stent-injerto mediante la encapsulación de un stent expansible por globo entre dos capas de electrospun PU que se pueden suministrar a una arteria coronaria utilizando un catéter de guía francés 8-9 estándar en un procedimiento de intervención percutánea.

Protocolo

1. electrospinning de poliuretano en el mandril del colector

1. Preparar mandril para electrospinning
   1. Derretir aproximadamente 8 ml de biocompatible, de calidad alimentaria, material de soporte soluble en agua en un cilindro graduado (aproximadamente 9 mm de diámetro y 110 mm de profundidad) a 155 ° C utilizando un horno.
   2. Sumergir un diámetro de 3 mm y 100 mm de largo mandril de acero inoxidable para obtener un recubrimiento de material de apoyo en la superficie del mandril. Antes de la inmersión, colocar los mandriles en el horno a 155 ° C durante aproximadamente 15 min para elevar la temperatura de la superficie del mandril que ayuda a humedecer la superficie con el material de soporte fundido.
   3. Deje el mandril de cruce enfríen a aproximadamente 140 ° C, mientras que el material de soporte fundido solidifica formando una capa delgada uniforme sobre la superficie del mandril. Durante el proceso de enfriamiento, colgar el mandril verticalmente de modo que la gravedad hace que el exceso de material de soporte a gotear. Este recubrimiento permite una fácileliminación del acabado stent-injerto del mandril.
2. Configuración del colector mandril del sistema de electrospinning (como se muestra en la Figura 1)
   1. Alinear el mezclador de laboratorio horizontalmente y conectar una barra de plástico que se mantenga el mandril de acero inoxidable en el extremo opuesto dentro de la campana de humos.
   2. Se disuelve el material de soporte de la punta del mandril sumergiendo sólo la punta del mandril en agua para dar cabida a la barra de soporte de plástico en el extremo del mandril. Apoyar la varilla de soporte de plástico en el extremo libre del mandril para ayudar en la rotación uniforme del colector mandril.
   3. Utilice tornillos de fijación de las barras de soporte de plástico para fijar el mandril de acero inoxidable y evitar resbalones durante el electrospinning.
   4. Conectar a tierra el colector de vástagos uniendo un cable de tierra en forma de U para el mandril de acero inoxidable. Utilizar juntas tóricas de goma para sujetar el cable de tierra a los lados del mandril.
3. Setting hasta sistema de extrusión de poliuretano líquido del sistema de electrospinning
   1. Mezclar dimetilacetamida (DMA) con un 25% (m / v) solución de poliuretano (PU) de valores para obtener el 15% (m / v) de la PU en DMA solución (por ejemplo, añadir 6 ml de DMA a la solución de la PU 9 ml de 25%).
      ¡PRECAUCIÓN! Trabajar dentro de una campana de humos con el equipo de protección personal adecuado.
   2. Llene una jeringa de vidrio de 5 ml con una aguja de acero inoxidable de extremo romo (hilera) con una solución de PU 15%.
   3. Programar la bomba de jeringa para extruir a 0,01 ml / min basado en el diámetro interior de la jeringa.
   4. El montaje de jeringa con la hilera en la bomba de jeringa horizontalmente con la punta de la aguja aproximadamente 20 cm desde el colector mandril. Aislar la jeringa de las partes conductoras de la jeringa de la bomba con láminas de caucho para evitar la formación de arco eléctrico.
   5. Conectar el generador de alta tensión a la hilera de la jeringa utilizando una pinza de conexión.
4. Haga funcionar la bomba de jeringa a 0,01 ml / min y rotaTA El mandril con el mezclador de laboratorio funcionando a baja velocidad (por ejemplo, 50 rpm).
5. Aplicar un diferencial de tensión de 20 kV a través de la hilera y el mandril colector. nanofibras PU comenzarán depositar sobre el mandril giratorio y una capa fina serán visibles dentro de varios minutos. Asegúrese de que la campana de humos se apaga y el escape se cierra para evitar la pérdida de nanofibras electrospun.

2. electrospinning un stent-injerto

1. nanofibras Electrospin PU sobre un mandril giratorio durante 2 horas para crear un tubo uniforme (como se explica en el paso 1).
2. Retire el mandril de la barra de plástico conectado a la mezcladora de laboratorio para instalar el stent metálico. Encienda campana de humos y gases de escape abierta antes de retirar el mandril para asegurar que el remanente se eliminan los vapores de disolvente.
3. Deslizar el stent de balón expandible ²⁶ de acero inoxidable en el tubo electrospun a una ubicación deseada. Puede que sea necesario ampliar ligeramente el stent por lo que SLIps sin dañar el tubo electrospun.
4. Unir el stent para asegurarse de que el stent está firmemente establecido en el material del tubo sobre el mandril y no lo suficientemente floja como para deslizarse. Esto también ayudará a evitar la deslaminación de las capas interior y exterior.
5. Cargar el mandril con el tubo y el stent de nuevo en la barra de plástico de la mezcladora de laboratorio para electrospinning la capa exterior de la stent-injerto.
6. nanofibras Electrospin durante 3 horas tal como se explica en el paso 1 para fabricar la capa exterior de la stent-injerto.
7. Después de electrospinning el exterior después, circunferencialmente cortar el material de la PU de aproximadamente 1 mm de los extremos del stent utilizando un bisturí.
8. Remojar el mandril con stent-injerto en agua desionizada para disolver el material de soporte del mandril que se suelte el stent-injerto de mandril. Reemplazar con agua fresca como sea necesario para disolver completamente el material de soporte.
9. Una vez que se disuelve el material de soporte, retire con cuidado el stent-injerto a partir de tél mandril y dejar secar. Considere empapando el stent-injerto eliminado en agua desionizada para disolver cualquier material de soporte restante antes de permitir que se seque al aire.

3. El análisis de Manufactured endoprótesis

1. Deslizar el stent-injerto en un globo tríptico 3 mm.
2. Unir el stent-injerto sobre el globo usando una herramienta de mano que prensa.
3. Inspeccionar el stent-injerto rizada utilizando un microscopio de engarce uniforme y cualesquiera otros signos de insuficiencia como la delaminación o pinchazo del material de la cubierta debido a la deformación del stent.
4. Expandir el stent-injerto al diámetro diseñado de 3 mm mediante la presurización del globo tríptico con un dispositivo de inflado y agua. Una vez más, examinar la stent-injerto expandido para la expansión uniforme y signos de insuficiencia.

Resultados

Nuestra configuración ElectroSpinner (Figura 1) se ha traducido en nanofibras de poliuretano de alta calidad (Figura 2). Un stent-injerto está fabricado por electrospinning una capa interior de poliuretano sobre un mandril, deslizamiento de un stent metálico sobre esta capa, y electrospinning una segunda capa exterior de poliuretano (Figura 3). nanofibras de poliuretano se electrospun a razón de 50 m / h, lo que resulta en una capa interior de 100 micras y una...

Discusión

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 ...

Materiales

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 9 mm 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