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Method Article
Presentamos un protocolo de sobremesa para inducir trombosis en dispositivos de asistencia ventricular (VAD) dentro de una plataforma de prueba de recirculación. Este método sirve para identificar puntos calientes trombogénicos en la ruta del flujo sanguíneo y puede ayudar a mejorar la tromboresistencia antes de las pruebas preclínicas en modelos animales.
El riesgo de trombosis sigue siendo una preocupación importante en el desarrollo y el uso clínico de los dispositivos de asistencia ventricular (DAV). Las evaluaciones tradicionales de la trombogenicidad de la DVA, principalmente a través de estudios en animales, son costosas y requieren mucho tiempo, plantean preocupaciones éticas y, en última instancia, pueden no reflejar con precisión los resultados humanos. Para abordar estas limitaciones, desarrollamos un protocolo agresivo de pruebas in vitro diseñado para provocar trombosis e identificar posibles áreas de alto riesgo dentro de la ruta del flujo sanguíneo. Este protocolo, motivado por el trabajo de Maruyama et al., emplea una estrategia de anticoagulación modificada y utiliza componentes fácilmente disponibles, lo que lo hace accesible a la mayoría de los laboratorios que realizan análisis de sangre in vitro de los VAD. Demostramos la utilidad de este método a través de pruebas iterativas y el refinamiento de un dispositivo de asistencia ventricular pediátrico en miniatura levitado magnéticamente (PediaFlow PF5). El método ha sido eficaz en la identificación de puntos calientes trombogénicos causados por defectos de diseño y fabricación en los primeros prototipos de VAD, lo que permite mejoras específicas antes de avanzar a los estudios en animales. A pesar de sus limitaciones, incluida la ausencia de flujo pulsátil y la influencia de las características de la sangre del donante, este protocolo sirve como una herramienta práctica para el desarrollo de la VAD en etapas tempranas y la mitigación de riesgos.
Los dispositivos de asistencia ventricular (VAD) se han convertido en un estándar de atención en el tratamiento de pacientes con insuficiencia cardíaca avanzada, sin embargo, el riesgo de trombosis y accidente cerebrovascular sigue siendo un desafío importante 1,2. La trombosis dentro de los VAD generalmente se evalúa durante estudios preclínicos con animales, que, si bien son valiosos, presentan costos sustanciales y desafíos logísticos. Estos estudios requieren muchos recursos, requieren mucho tiempo y son susceptibles de que un solo defecto comprometa toda la prueba y requiera ensayos adicionales. Esto no solo aumenta la carga financiera, sino que también plantea preocupaciones éticas debido a la necesidad de repetir las pruebas con animales.
Aunque existen muchos modelos numéricos para predecir el depósito de plaquetas y la trombosis 3,4,5,6, solo unos pocos son adecuados para simular la formación de trombos en dispositivos a macroescala como los VADs 7,8,9. Además, los modelos existentes asumen inevitablemente superficies idealizadas y geometrías "estancas" simplificadas, que no reflejan con precisión las complejidades e imperfecciones de los conjuntos de bombas del mundo real. Cuando se consideran las interacciones plaqueta-superficie, estos modelos a macroescala generalmente emplean propiedades de material prescritas uniformemente (típicamente modeladas como un coeficiente en las condiciones límite superficie-flujo)10,11,12. En consecuencia, los modelos numéricos no pueden sustituir por completo a las pruebas experimentales con sangre.
Tanto la elección del material como el acabado de la superficie juegan un papel fundamental en la adhesión de las plaquetas en las superficies VAD 13,14,15,16,17. Las imperfecciones, como las manchas ásperas o las irregularidades, pueden favorecer la adhesión de las plaquetas y la formación de trombos. Además, las grietas entre los componentes en la ruta del flujo pueden servir como un nido para la trombosis, proporcionando entornos protegidos donde se pueden formar y crecer coágulos18,19. El uso de grasa, lubricantes o selladores durante el montaje también puede suponer un riesgo, ya que estas sustancias pueden filtrarse en la trayectoria del flujo e interactuar con la sangre, lo que aumenta aún más el riesgo de complicaciones.
Por lo tanto, existe la necesidad de un protocolo de pruebas in vitro bien definido que pueda evaluar de forma fiable la tromboresistencia de los VAD antes de que se sometan a pruebas con animales o a su uso clínico. Si bien existe una norma ASTM ampliamente adoptada para la evaluación de la hemólisis20, no existe una norma de este tipo para las pruebas de trombogenicidad de los VAD en condiciones de funcionamiento clínicamente relevantes21. A pesar de los estudios seminales que datan de hace tres décadas y demuestran la factibilidad de las pruebas de trombosis in vitro para bombas de sangre 22,23,24,25, la prueba en animales ha persistido como la práctica de facto para evaluar la trombosis hasta la fecha26. El obstáculo para una adopción más amplia de los métodos in vitro ha sido probablemente la naturaleza compleja de la coagulación, con la multitud de factores de confusión que pueden influir en los resultados de las pruebas, lo que dificulta diferenciar la trombogenicidad intrínseca de la bomba de los artefactos que surgen debido a limitaciones metodológicas y errores de procedimiento.
Esto nos motivó a compartir un protocolo detallado como guía para que los experimentalistas eviten trampas, promoviendo así el uso de pruebas in vitro y mitigando la dependencia de los estudios con animales. El protocolo aquí descrito, derivado de Maruyama et al.27, fue refinado y validado durante el diseño del VAD pediátrico PediaFlow (PF5) de5ª generación28,29. Este método de prueba demostró ser fundamental para identificar y abordar sistemáticamente los riesgos trombogénicos potenciales en los prototipos de VAD antes de las pruebas con animales.
La sangre entera ovina utilizada en este estudio se obtuvo de un proveedor comercial y, por lo tanto, no requirió una revisión por parte del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Cornell.
1. Construcción del bucle de flujo de prueba
NOTA: Consulte la Tabla de materiales para obtener una lista detallada de los componentes del bucle y todos los demás materiales utilizados en este protocolo.
2. Preparación de la solución de cloruro de calcio (CaCl2)
3. Preparación de la sangre
NOTA: La sangre ovina utilizada en este estudio se obtuvo de un proveedor comercial que figura en la Tabla de Materiales. La sangre se recolectó con una aguja de 14 G, con el animal inmovilizado en una posición de pie agrícola estándar. El proceso de recolección duró de 10 a 12 minutos desde la inserción de la aguja hasta su finalización. La sangre fue anticoagulada con 14 partes de CPD por 86 partes de sangre (formulación de CPD: 26,3 g/L de Na-Citrato, 25,2 g de dextrosa, 3 g/L de ácido cítrico y 2,2 g/L de Na Fosfato en agua desionizada [DI]). La bolsa de sangre se envió durante la noche en un contenedor aislado con bolsas de hielo y se utilizó para el experimento dentro de las 24 horas posteriores a la recolección.
4. Procedimientos previos a la prueba
NOTA: Todos los pasos descritos en esta sección se aplican a las Secciones 5 y 6. Realice estos pasos antes de operar la bomba con albúmina sérica bovina (BSA) o sangre en el asa. Transfiera sangre entre vasos mediante alimentación por gravedad para minimizar el estrés mecánico. Evite usar el émbolo de la jeringa para impulsar la sangre, ya que esto puede crear una presión excesiva. Además, evite estrangular la sangre a través de aberturas estrechas para evitar daños a los componentes celulares.
5. Pasivar las superficies en contacto con la sangre
6. Pruebas de trombosis
7. Procedimiento de limpieza
La ejecución exitosa de este protocolo permite la identificación de áreas localizadas de deposición de plaquetas, revelando puntos problemáticos dentro de la trayectoria de flujo de la bomba. La aplicación coherente de este protocolo permite mejoras incrementales al abordar estos "puntos críticos" identificados.
Por ejemplo, durante el desarrollo del PediaFlow PF5 VAD, nos encontramos con desafíos para pulir manualmente el lado de presión de las palet...
El primer ensayo en humanos de una nueva bomba es siempre una tarea precaria, ya que los estudios preclínicos no pueden predecir de forma fiable la trombogenicidad de los VAD en humanos26. En particular, algunos VADs que demostraron estar libres de trombosis en ensayos con animales han exhibido posteriormente una trombogenicidad significativa en el uso clínico36. Un régimen agresivo de pruebas in vitro diseñado específicamente...
S.E.O. actualmente se desempeña como consultor para Magenta Medical y anteriormente fue consultor en Boston Scientific. Ningún otro autor tiene divulgaciones financieras relevantes o conflictos de intereses para informar.
Este trabajo fue apoyado por el R01HL089456 de subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud y el Proyecto Número W81XWH2010387 de la Actividad de Adquisición de Investigación Médica del Ejército de los Estados Unidos.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
14-mL test tubes | Falcon | 352059 | Round bottom polypropylene test tubes with snap-cap |
1-way stopcock | Qosina | 99759 | Female Luer Lock, Male Luer with Spin Lock |
3-way stopcock | Qosina | 99771 | 2 Female Luer Locks, Rotating Male Luer Lock |
ACT+ cuvettes for Hemochron | Werfen | 000JACT+ | 45/Box |
All-purpose cleaner/degreaser | Simple Green | 2710200613005 | Simple Green Cleaner and Degreaser. Use 1% solution. |
Barbed connectors | Qosina | 73311 | Material: polycarbonate; ¼” x ¼” straight connector |
Barbed connectors w/ luer lock | Qosina | 73316 | Material: polycarbonate; ¼” x ¼” straight connector with luer lock |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Thermo Scientific Chemicals | AAJ6465522 | Or equivalent |
Calcium chloride, CaCl2 | Thermo Scientific Chemicals | AA89866-30 | Anhydrous, ≥96.0% ACS |
Dissecting scope (recommended) | Olympus | https://www.olympus-lifescience.com/en/technology/museum/micro/1984/ | Olympus SZH10 (continuous zoom magnification 7x - 70x) or similar |
DPBS (w/o calcium and magnesium) | Gibco | 14200075 | Dulbecco's phosphate-buffered saline, no calcium, no magnesium, 10X (must be diluted to 1X before use) |
EDTA | Quality Biological | 351-027-721EA | 0.5 M, pH 7.0–8.0 (Ethylenediaminetetraacetic acid) |
Endoscope/borescope/otoscope camera (optional) | Bebird | https://bebird.com/products/earsight-pro-ear-wax-removers | 3–4 mm probe diameter |
Enzyme-active powdered detergent | Alconox | 1304-1 | Alconox Tergazyme. Use 1% solution. |
Extension Line, 30" | Qosina | 36218 | 30" length, female luer lock to male luer lock |
Extension Line, 6" | Qosina | 36212 | 6" length, female luer lock to male luer lock |
Female luer lock, barbed | Qosina | 11548 | Fits 1/8 inch ID Tubing; material: polycarbonate; |
Flow meter | Transonic | https://www.transonic.com/t402-t403-consoles | Transonic TS410 module |
Hemostat | Fisherbrand | 13-820-004 | Locking hemostat with at least 5 cm tip length |
Heparin Sodium | McKesson Packaging Services | 949513 | 1000 U/mL concentration |
Hoffman clamp | Humboldt | H8720 | Fine-threaded clamp |
IV bag (compliant blood reservoir) | Qosina | 51494 | Material: PVC, 2 Tube ports 0.258” ID. The 100-ml bag is modified using a heat sealer |
Lint-free wipes | Kimberly-Clark Professional | 34120 | Kimtech Science Wipers |
Magnetic stirrer | INTLLAB | MS-500 | Or similar |
Male luer lock, barbed | Qosina | 11549 | Fits 1/8 inch ID Tubing; material: polycarbonate; |
Manometer (digital) | Sper Scientific | 840081 | SPER-840081 or similar |
Nylon filtering mesh | McMaster-Carr | 9318T21 | 100-μm (0.0039") opening size |
Ovine blood | Lampire | 7209004 | Donor whole blood, anticoagulated with ACD 14:86, shipped overnight |
Plastic bag heat sealer | Uline | H-190 | Uline H-190 or similar (without cutter) |
Silicone rubber adhesive | Smooth-On | B00IRC1YI0 | Sil-Poxy or similar |
Syringe w/ luer lock, 1 mL | Fisher Scientific | 14-955-646 | Fisherbrand manual syringe without needle for research purposes |
Syringe w/ luer lock, 3 mL | Fisher Scientific | 14-955-457 | Fisherbrand manual syringe without needle for research purposes |
Syringe w/ luer lock, 60 mL | Fisher Scientific | 14-955-461 | Fisherbrand manual syringe without needle for research purposes |
Transfusion filter | Haemonetics Corporation | SQ40S/SQ40NS | Haemonetics Corporation SQ40S pall blood transfusion filter |
TRIS Buffered Saline | Thermo Scientific Chemicals | AAJ62938K2 | TBS 10x (must be diluted to 1X before use), pH 7.4 |
Tubing | Tygon | ADF00017 | Tygon ND-100-65 tubing (medical grade) |
Ultrasonic flow sensor | Transonic | https://www.transonic.com/hqxl-flowsensors | Select appropriate flow sensor model for the tubing size used. ME6PXL clamp-on sensor fits the 3/8” OD tubing. The sensor is calibrated by Transonic for the test fluid (e.g., blood at 24C) and tubing grade (e.g. Tygon ND-100-65) |
Ultrasonic sonicator (optional) | Branson Ultrasonics | CPX952238R | Branson CPX2800H or similar |
VAD system | PediaFlow | PF5 | The VAD system to be tested; includes the pump and the controller |
Whole Blood Coagulation System | Werfen | https://www.werfen.com/na/en/point-of-care-testing-devices/ACT-machine-hemochron-signature-elite | Hemochron Signature Elite or Signature Jr |
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