Una subvención de semillas de la Universidad de Florida - Facultad de Medicina se agradece. Estudios de Postgrado (Manuel Salinas) fueron apoyados a través de una oportunidad de minorías en los programas de investigación biomédica - Iniciativa de Investigación para la mejora científica (SAM-RISE) beca: NIH / NIGMS R25 GM061347. El apoyo financiero de la Fundación Wallace H. Coulter por la Florida International University de, Departamento de Ingeniería Biomédica también se agradece. Por último, los autores agradecen a los siguientes estudiantes por su asistencia durante las diversas etapas del proceso experimental: Kamau Pier, Malaquías Suttle, Kendall Armstrong y Abraham Alfonso.

1. Preparación <ol><li> Diseñar y fabricar una asamblea para dar cabida a una geometría de la válvula tri-folleto. Esto por lo menos, un soporte de la válvula de sutura en las valvas de la válvula y un tubo para alojar el soporte de la válvula y accesorios circundantes para asegurar el conjunto en el sistema duplicador de pulso. En nuestro caso, hemos utilizado un sistema duplicador de pulso disponible comercialmente de ViVitro Labs Inc. (Victoria, BC). Diseño de soporte de la válvula, así como configuraciones de pre y post montaje se representan en la Figura 1. </li><li> Tendrá que ser cebado antes de su uso todo el bucle. Esto implica dos pasos: i) la limpieza de todo el sistema de bucle usando solución de jabón y agua, incluyendo el reemplazo de cualquier tubos degradados antes de su uso y ii) de calibración de los instrumentos conectados al bucle, a saber, la bomba se utiliza, la sonda de flujo, y los transductores de presión (generalmente medido en lugares fibrilación, aórticas y ventriculares). La calibración puede initially llevarse a cabo utilizando solución salina al 1% y se debe repetir antes de utilizar la sangre-analógico solución de glicerina. </li></ol> 2. Nativo de la válvula aórtica Disección <ol><li> Obtenga 4 corazones de cerdo fresco con la aorta intacta de una casa masacre aprobado por USDA (Institucional Cuidado de Animales y puede ser necesario el empleo Comisión de aprobación (IACUC)). En nuestro caso, nuestro protocolo de disección fue aprobado por el IACUC la Universidad Internacional de Florida (Protocolo Número de aprobación: 11 a 020). Enjuague el corazón con agua desionizada y colóquela en un recipiente lleno con el 1% de fosfato antimicótica / antibiótica y solución salina estéril tamponada solución y el transporte (PBS) en hielo al laboratorio de análisis hidrodinámico. </li><li> Coloque corazones en una sartén de disección y retirar con cuidado el pericardio. Coloque el corazón de tal manera que la parte ventral hacia usted. Inspeccione visualmente e identificar las cuatro cavidades del corazón y busque el arco aórtico en la aorta intacta. </li><li> Separe el corazón en two mitades cortando a través horizontalmente a aproximadamente 0,75 en por debajo de la corona circular, es decir, la unión entre la aorta y el ventrículo izquierdo. Aislar cuidadosamente la aorta intacta todavía unido al segmento de tejido del ventrículo izquierdo. </li><li> Examine la válvula aórtica se encuentra en la raíz de la aorta, la región entre la aorta ascendente y el anillo inferior, asegurándose de que no hay daños o signos de calcificación. </li><li> Dividir la aorta en ~ 1 en por encima de la corona circular y separar el segmento de tejido del ventrículo izquierdo por debajo del anillo para aislar la válvula aórtica (Figura 2a). </li></ol> 3. Polímeros y Process sutura válvulas nativas <ol><li> Coloque la válvula de corazón en el interior del soporte de la válvula de tal manera que la base de cada válvula se alinea con la base del soporte de poste. Fije la válvula en su lugar en cada puesto de forma temporal con un clip, pero tenga cuidado de no dañar las comisuras o las cúspides. </li><li> Inserte la sutura en elaguja. Comience sutura en la parte inferior del soporte de la válvula haciendo pasar la aguja a través del primer orificio, desde el exterior hacia el interior de tal que la aguja puede ser fácilmente retirado de la parte inferior. De un modo bucle, inicie suturar la válvula verticalmente hasta los postes del soporte de la válvula. </li><li> Progreso con sutura (Figura 2b) a lo largo de la circunferencia del titular y seguro con sutura adicional alrededor de las puntas de los mensajes titular. Los clips de papel (Figura 2c) se pueden quitar cuando la válvula está completamente asegurada mediante suturas a los mensajes 3 y en la circunferencia del soporte de válvula (figuras 2d y 2e). </li></ol> 4. Evaluación hidrodinámica Nota: protocolo real variará dependiendo del sistema duplicador de pulso específico que está siendo utilizado. Toda la información en este documento utiliza la caontained ViVitro pulso duplicadora Sysytem (ViVitro Labs, Inc., Vancouver, BC). <ol><li> VA Bi-folletolve <ol><li> Establezca la frecuencia cardíaca del sistema duplicador pulso 70 latidos / min. </li><li> Seleccione una forma de onda de flujo para accionar la bomba (en el caso del sistema de ViVitro se eligió la forma de onda S35 para todas las pruebas hidrodinámicas). La forma de onda específica utilizada en nuestros experimentos se ilustra por Lim et al. (2001) 17. </li><li> Encienda el amplificador y la bomba de pistón. Calentar durante 15 min. </li><li> Coloque la válvula bi-valva (Figura 2f) en posición aórtica. </li><li> Frotis de grasa de vacío en todos los cruces del dispositivo en el que podrían producirse fugas. </li><li> Vierta glicerina / líquido salino en el compartimiento atrial. Tenga en cuenta que el sistema duplicador pulsátil se ejecuta en 2 L de líquido con: 35% / 0,7 L de glicerina y 65% ​​/ 1,3 L de solución salina. La solución salina se prepara utilizando sal común bien disuelto en agua desionizada a una concentración de 9 mg / ml (peso / volumen). </li><li> Encienda el transductor de flujo que se ha colocado en la posición aórtica. </li><li> Calibrar ªbomba de correo. </li><li> Proceder a la calibración del transductor de flujo seguido por los transductores de presión. Al igual que en la bomba, simplemente siga las instrucciones dadas por el software ViVitest (ViVitro Labs Inc.) para cada flujo y la presión en la pestaña calibrar. </li><li> Una vez terminada la calibración, encienda la bomba en una RPM baja hasta que el líquido llena el compartimiento de la aorta. Compruebe que no haya fugas. Utilice grasa de vacío adicional si es necesario. </li><li> Gire los dos grifos de cierre (aórtica y transductores ventriculares) en la posición abierta. </li><li> Aumentar el número de revoluciones de la bomba hasta que el volumen sistólico alcanza 80 ml / latido. </li><li> Permitir que el sistema funcione durante 10 min hasta que el flujo se ha estabilizado. La estabilización de flujo se puede verificar mediante la observación del flujo y la presión formas de onda mostradas en la pantalla. Menor a ninguna variación entre ciclos es un buen indicador de la estabilización del sistema. </li><li> En el software ViVitest seleccionar el modo de adquirir. </li><li> Haga clic en recoger 10 ciclos. </li><li> Desde el modo de analizar, Chaga clic sobre la tabla y guarde el archivo. Además, guarda una imagen de las formas de onda usando la opción de foto-snap en ViVitest. </li></ol></li><li> Válvulas nativas y polímero <ol><li> Para válvulas de polímero y de los animales, siga los mismos pasos 3.1.1 - 3.1.3 de las instrucciones de la válvula bi-valva. </li><li> Coloque el soporte de la válvula con la válvula se sutura en el interior del tubo de vidrio desde el conjunto hecho a medida. Sandwich del tubo con las piezas superior e inferior y seguras en el lugar con los tornillos y las tuercas laterales. </li><li> Coloque el ensamble entre la cámara de la aorta y el soporte de la válvula aórtica originales. </li><li> Continúe con los pasos 3.1.5 - 3.1.16 de las instrucciones de la válvula bi-valva. </li></ol></li></ol> 5. Publique Procesamiento <ol><li> Flujo y formas de onda de presión <ol><li> Promedio de los datos recogidos para cada una de las formas de onda conseguidas, es decir, la presión aórtica (AP), la presión ventricular (VP), y el caudal (Q). </li><li> Para cada grupo de válvula (polímero, porcino nválvula aórtica ativa y bi-valva), trazar las correspondientes AP, VP y Q frente a relaciones de tiempo en la misma parcela. </li><li> Para el AP, superponer, normal de la válvula aórtica nativa 18, y bi-valva de la válvula protésica 19 parcelas a partir de la literatura para los propósitos de validación. </li></ol></li><li> Mediciones hidrodinámicas <ol><li> Para cada válvula de prueba, los siguientes parámetros hidrodinámicos deben calcularse: a) Caída de presión y flujo de la presión máxima transvalvular (TVP), b) la raíz aórtica media cuadrática caudal hacia adelante (RMS), c) flujo delantero aórtica, cierre, fugas y el volumen total de regurgitación, d) área de la válvula final orificio (EOA), e) transaórtico flujo delantero, cierre, las fugas y las pérdidas totales de energía. <ol><li> Caída de presión del flujo se calcula a partir de las lecturas de TVP y se pueden clasificar en 3 intervalos de tiempo, P: intervalo que comienza y termina con 0 TVP, F: intervalo con el flujo hacia delante y H: intervalo a partir de 0 TVP y terminando con 0 flujo. Máximo TVP es la magradiente de presión ximo registró a través de la válvula de la aorta y las lecturas de la presión ventricular. </li><li> La velocidad de flujo hacia adelante RMS (Q rms) proporciona una métrica útil para cuantificar la magnitud de la tasa de flujo de avance de la siguiente manera: <img alt="Ecuación 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1.jpg" /> Donde &quot;n&quot; es el número total de puntos de tiempo recogido, &#39;Q i&#39; es la medición del caudal instantáneo recogido para &#39;i&#39;. </li><li> El volumen de la aorta hacia adelante, de cierre y las fugas se calculan sobre la base de los siguientes intervalos de tiempo, Delantero: comienzo de flujo de avance a través de la válvula (t o), hasta el final del flujo de avance (T 1); de cierre: a partir de t 1 hasta la instancia de la válvula de cierre (2 t); fuga: a partir de t 2 hasta el final del ciclo cardíaco (t 3). Volumen total de regurgitación es simplemente la suma de closING y volúmenes de fuga. </li><li> La EOA basado en las propiedades de sangre puede ser calculado para los 3 intervalos, P, F y H de la TVP media durante cada uno de estos períodos como 20: <img alt="Ecuación 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2.jpg" /></li><li> Las pérdidas de energía se definen de la siguiente manera 21: <img alt="Ecuación 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3.jpg" /></li></ol></li></ol></li></ol>

<ol>
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Los autores no tienen nada que revelar.

En este estudio, hemos demostrado la utilidad de la modificación de una unidad duplicadora pulsátil disponible en el mercado para dar cabida a las geometrías de la válvula tri-folleto por lo que las pruebas hidrodinámico de polímero y válvulas porcinas nativas se puede realizar. Concretamente, en nuestro caso, el sistema modificado era un corazón izquierdo ViVitro y sistema simulador sistémica (Figura 1a), controlada a través del sistema de adquisición de datos ViViTest (ViVitro Systems, Inc,...

Enfermedad de las válvulas del corazón a menudo resulta de la calcificación degenerativa de la válvula 1, 2 fiebre reumática, endocarditis 3,4 o defectos congénitos. Cuando se produce daño de la válvula, provocando la estenosis y / o regurgitación prolapso de la válvula y no se puede reparar quirúrgicamente, la válvula nativa se sustituye por lo general por una válvula protésica. Actualmente opciones disponibles incluyen válvulas mecánicos (válvulas de jaula de bola, válvulas de disco de inclinación, etc.), Homoinjertos y las bioprótesis (porcina y válvulas bovinas). Las válvulas mecánicas a menudo se recomiendan para los pacientes más jóvenes en función de su duración, sin embargo se requiere que el paciente permanezca en terapia con anticoagulantes para prevenir las complicaciones trombóticas 5. Válvulas protésicas homoinjertos y biológica han sido opciones eficaces para evitar la terapia anticoagulante, sin embargo, estas válvulas tienen un riesgo elevado para la fibrosis, calcificación, la degeneración, y las complicaciones inmunogénicas que conducen a la insuficiencia de la válvula 6. Las válvulas de tejido de ingeniería están siendo investigados como una tecnología emergente 7-9, pero aún queda mucho por descubrir. Se necesitan duraderos, válvulas protésicas alternativas, biocompatibles para mejorar la calidad de vida de los pacientes de la enfermedad de la válvula del corazón. Una vez más, este diseño de la válvula podría reemplazar la bioprótesis utilizado en la tecnología de la válvula transcatéter, con los enfoques de transcatéter que muestran el potencial para transformar el tratamiento de pacientes seleccionados con enfermedad de la válvula del corazón 10. Como se ha indicado por las normas vigentes, un éxito sustituto de válvula cardiaca debe tener las siguientes características de funcionamiento: &quot;1) permite el flujo hacia adelante con aceptablemente pequeña gota diferencia de presión media; 2) evita el flujo retrógrado con aceptablemente pequeña regurgitación; 3) resiste embolización; 4) resiste hemólisis; 5) resiste la formación de trombos; 6) es biocompatible; 7) es compatible con las técnicas de diagnóstico in vivo; 8) es entregable y implantable en el objetivopoblación; 9) permanece fija una vez colocada, 10) tiene un nivel de ruido aceptable, 11) tiene la función reproducible; 12) mantiene su funcionamiento durante un período de vida razonable, de acuerdo con su clase genérica; 13) mantiene su funcionalidad y la esterilidad de un estante razonable la vida antes de la implantación. &quot;11. Algunas de las deficiencias de prótesis de válvulas existentes potencialmente se pueden superar mediante una válvula de polímero. polímeros biocompatibles han sido considerados los mejores candidatos sobre la base de bioestabilidad, anti-hidrólisis, anti-oxidación, y las propiedades mecánicas ventajosas, tales como alta resistencia y viscoelasticidad. En particular, los polímeros elastoméricos pueden proporcionar deformación del material se asemeja a la dinámica de la válvula nativa. Elastómeros se puede adaptar para imitar las propiedades del tejido blando, y pueden ser los únicos materiales artificiales disponibles que son bio-tolerante y que puede soportar el acoplado, in vivo, las tensiones inducida por el fluido, a la flexión ya la tracción, sin embargo, se mueven de una manera que se asemeja saludable,movimiento de la válvula nativa. Por otra parte, los elastómeros puede ser producido en masa en una variedad de tamaños, almacenados con facilidad, se espera que sean los dispositivos rentables y pueden ser estructuralmente aumentada con refuerzo de fibra. El concepto de la utilización de materiales de polímero de montar una válvula tri-folleto no es nuevo y ha sido el objeto de varias investigaciones de investigación en los últimos 50 años 12, que fueron abandonados en gran medida debido a la durabilidad de la válvula limitada. Sin embargo, con el advenimiento de nuevas metodologías de fabricación 13,14, el refuerzo de los materiales de polímero 15,16 y la integración sin fisuras de polímero potencialmente sustitutos de válvulas con tecnología de válvulas transcatéter, recientemente ha habido un interés renovado y la actividad en el desarrollo de válvulas de polímero como un potencialmente alternativa viable a las válvulas comerciales disponibles en la actualidad. En este sentido, un protocolo para permitir pruebas de estas válvulas para evaluar la funcionalidad hidrodinámico es el primer pasoen el proceso de evaluación, sin embargo, los sistemas de simulador de pulso disponibles en el mercado en general, no están equipadas para acomodar diseños de válvula tri-folleto y contienen un espacio anular para insertar las válvulas del corazón disponibles en el mercado (por ejemplo, disco basculante, bi-valva válvulas cardíacas mecánicas). En segundo lugar, las válvulas de polímero son una tecnología emergente cuyo hidrodinámica sólo puede evaluarse en un contexto familiar. A pesar de que la presión de la válvula de corazón nativo y datos de flujo está disponible, es importante llevar a cabo las pruebas de válvulas aórticas porcinas nativas, que son biológicamente similar a las válvulas humanos, utilizando el mismo simulador pulsátil que se utiliza para evaluar las válvulas de polímero con el fin de dar cuenta de las diferencias de medición que pueden ser dependientes del sistema. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue demostrar cómo un simulador de pulso disponible en el mercado puede ser equipado con una asamblea para dar cabida a las construcciones de la válvula tri-folleto y una evaluación sistemática de polímero de válvulas métricas hidrodinámicas en un cont relativaext en comparación con porcinos homólogos de válvulas cardíacas mecánicas y nativas. En nuestro caso, nuevos tri-prospecto válvulas de polímero de silicona previamente desarrollados en la Universidad de Florida 13 incluido el grupo de válvula de polímero.

<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

Limitaciones de válvulas protésicas disponibles en la actualidad, xenoinjertos y homoinjertos han llevado a un resurgimiento reciente de los acontecimientos en el área de tri-valva polimérica prótesis. Sin embargo, la identificación de un protocolo para la evaluación inicial de la funcionalidad hidrodinámico válvula de polímero es de suma importancia durante las primeras etapas del proceso de diseño. Tradicional en los sistemas de duplicador de pulso in vitro no están configurados para acomodar materiales de tri-prospecto flexibles; además, evaluación de las necesidades de la funcionalidad de la válvula de polímero que se ha hecho en un contexto relativo a las válvulas cardiacas nativas y prótesis bajo condiciones de ensayo idénticos, por lo que la variabilidad en las mediciones de diferentes instrumentos pueden ser evitados. Por consiguiente, se realizó la evaluación hidrodinámica de i) nativo (n = 4, diámetro medio, D = 20 mm), ii) bi-valva mecánica (n = 2, D = 23 mm) y iii) las válvulas de polímero (n = 5, D = 22 mm) a través de la utilización de un sistema duplicador de pulso disponible en el mercado (ViVitro LabsInc, Victoria, BC) que se ha modificado para dar cabida a las geometrías de la válvula tri-folleto. Válvulas de silicona Tri-folleto desarrollado en la Universidad de Florida componen el grupo válvula de polímero. Una mezcla en la proporción de 35:65 glicerina al agua se utiliza para imitar las propiedades físicas de sangre. Velocidad de flujo instantáneo se midió en la interfaz del ventrículo izquierdo y la aorta unidades mientras que la presión se registró en las posiciones aórtica y ventricular. Bi-folleto y los datos de válvulas nativas de la literatura se utilizó para validar el flujo y lecturas de la presión. Se reportaron los siguientes parámetros hidrodinámicos: Caída de presión del flujo, la raíz aórtica tasa media plaza flujo delantero, cierre aórtico, la fuga y el volumen de regurgitación, cierre transaórtico, las fugas y las pérdidas totales de energía. Los resultados representativos indican que los parámetros hidrodinámicos de los tres grupos de válvulas se pueden obtener con éxito mediante la incorporación de un conjunto a la medida en un sistema duplicador de pulso disponibles comercialmente y subsequently, en comparación objetiva para proporcionar información sobre los aspectos funcionales del diseño de la válvula de polímero.

Representante de flujo y formas de onda de presión se muestran en las Figuras 3, 4 y 5. Las parcelas se promediaron sobre el tamaño de la muestra de válvulas probadas para cada grupo, que era, n = 5, 4, y 2 válvulas de polímero, porcina nativa y grupos bi-valva, respectivamente. Las mediciones hidrodinámicas medias y el error estándar de la media para estos tamaños de muestra se presentan en la Tabla 1. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="a...

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Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Se ha renovado el interés en el desarrollo de válvulas de polímero. Aquí, los objetivos son para demostrar la viabilidad de la modificación de un duplicador de pulso comercial para dar cabida a geometrías tri-prospecto y para definir un protocolo para presentar los datos hidrodinámicos de la válvula de polímero en comparación con los datos de la válvula nativa y protésica recogidos en condiciones casi idénticas.

Protocolo para la evaluación relativa hidrodinámico de Tri-lámina polimérica Válvulas

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

protocol-for-relative-hydrodynamic-assessment-tri-leaflet-polymer

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.7K vistas.  Florida International University. Se ha renovado el interés en el desarrollo de válvulas de polímero. Aquí, los objetivos son para demostrar la viabilidad de la modificación de un duplicador de pulso comercial para dar cabida a geometrías tri-prospecto y para definir un protocolo para presentar los datos hidrodinámicos de la válvula de polímero en comparación con los datos de la válvula nativa y protésica recogidos en condiciones casi idénticas.

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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.

Una de microfluidos basada en hidrodinámica trampa para las partículas individuales

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

Investigación

Bioingeniería

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.

Diseño de un biorreactor de presión cíclica de la Ex Vivo Estudio de las válvulas aórtica del corazón

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 Based Chitosan, Laser adhesivo activado Thin Film quirúrgica, &#39;SURGILUX&#39; Preparación y Demostración

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.

Microarrays de polímeros de alto rendimiento para el descubrimiento de Biomateriales

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.

Prueba Microtracción ambientalmente controlado mecánicamente de adaptación nanocompuestos poliméricos para<em&gt; Ex vivo</em&gt; Caracterización

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.

Inyección de ganglios intra-linfáticos de partículas de polímero biodegradables

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.

Fabricación De robustos Fibra Natural Preformas Utilizando bacteriana celulosa como Carpeta

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.

El cultivo de ratón cardíaca válvulas en el sistema de cultivo tisular miniatura

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.

La extrusión de película<em&gt; Abyssinica Crambe</em&gt; / Gluten de trigo Mezclas

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.

Síntesis de funcionalizados 10 nm recubierto de polímero partículas de oro para apuntar el endotelio y el suministro de medicamentos

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