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Nous présentons un protocole de paillasse pour induire une thrombose dans des dispositifs d’assistance ventriculaire (DAV) au sein d’une plate-forme de test en recirculation. Cette méthode sert à identifier les points chauds thrombogènes dans le flux sanguin et peut aider à améliorer la thromborésistance avant les tests précliniques sur des modèles animaux.
Le risque de thrombose reste une préoccupation importante dans le développement et l’utilisation clinique des dispositifs d’assistance ventriculaire (DAV). Les évaluations traditionnelles de la thrombogénicité de la DAV, principalement par le biais d’études animales, sont coûteuses et prennent du temps, soulèvent des préoccupations éthiques et, en fin de compte, peuvent ne pas refléter avec précision les résultats humains. Pour remédier à ces limites, nous avons développé un protocole de test in vitro agressif conçu pour provoquer une thrombose et identifier les zones potentiellement à haut risque dans la voie du flux sanguin. Ce protocole, motivé par les travaux de Maruyama et al., utilise une stratégie d’anticoagulation modifiée et utilise des composants facilement disponibles, ce qui le rend accessible à la plupart des laboratoires effectuant des tests sanguins in vitro des DAV. Nous avons démontré l’utilité de cette méthode par des tests itératifs et le perfectionnement d’un DAV pédiatrique miniature à lévitation magnétique (PediaFlow PF5). La méthode s’est avérée efficace pour identifier les points chauds thrombogènes causés par des défauts de conception et de fabrication dans les premiers prototypes de DAV, ce qui a permis d’apporter des améliorations ciblées avant de passer à des études animales. Malgré ses limites, notamment l’absence de flux pulsatile et l’influence des caractéristiques du sang du donneur, ce protocole sert d’outil pratique pour le développement précoce de la DAV et l’atténuation des risques.
Les dispositifs d’assistance ventriculaire (DAV) sont devenus une norme de soins dans la prise en charge des patients atteints d’insuffisance cardiaque avancée, mais le risque de thrombose et d’accident vasculaire cérébral reste un défi important 1,2. La thrombose au sein des DAV est généralement évaluée au cours d’études précliniques sur des animaux, qui, bien que précieuses, présentent des coûts et des défis logistiques substantiels. Ces études sont gourmandes en ressources, prennent du temps et sont susceptibles d’être défectueuses d’un seul défaut, ce qui compromet l’ensemble de l’essai et nécessite des essais supplémentaires. Cela augmente non seulement le fardeau financier, mais soulève également des préoccupations éthiques en raison de la nécessité de tests répétés sur les animaux.
Bien qu’il existe de nombreux modèles numériques pour prédire le dépôt de plaquettes et la thrombose 3,4,5,6, seuls quelques-uns conviennent pour simuler la formation de thrombus dans des dispositifs à grande échelle tels que les DAV 7,8,9. De plus, les modèles existants supposent inévitablement des surfaces idéalisées et des géométries « étanches » simplifiées, qui ne reflètent pas avec précision les complexités et les imperfections des assemblages de pompes du monde réel. Lorsque les interactions plaquettes-surface sont prises en compte, ces modèles à macro-échelle utilisent généralement des propriétés de matériau uniformément prescrites (généralement modélisées sous la forme d’un coefficient dans les conditions limites de flux de surface)10,11,12. Par conséquent, les modèles numériques ne peuvent pas remplacer complètement les tests expérimentaux avec du sang.
Le choix du matériau et la finition de surface jouent tous deux un rôle essentiel dans l’adhérence plaquettaire sur les surfaces VAD 13,14,15,16,17. Des imperfections telles que des rugosités ou des irrégularités peuvent favoriser l’adhésion des plaquettes et la formation de thrombus. De plus, les crevasses entre les composants de la voie d’écoulement peuvent servir de nidus pour la thrombose, fournissant des environnements protégés où des caillots peuvent se former et se développer18,19. L’utilisation de graisse, de lubrifiants ou de produits d’étanchéité lors de l’assemblage peut également présenter un risque, car ces substances peuvent s’infiltrer dans la voie d’écoulement et interagir avec le sang, ce qui augmente encore le risque de complications.
Il est donc nécessaire de disposer d’un protocole de test in vitro bien défini capable d’évaluer de manière fiable la thromborésistance des DAV avant qu’ils ne soient soumis à des tests sur des animaux ou à une utilisation clinique. Bien qu’il existe une norme ASTM largement adoptée pour l’évaluation de l’hémolyse20, il n’existe aucune norme de ce type pour les tests de thrombogénicité des DAV dans des conditions de fonctionnement cliniquement pertinentes21. Malgré des études fondamentales datant de trois décennies démontrant la faisabilité des tests de thrombose in vitro pour les pompes à sang 22,23,24,25, l’expérimentation animale a persisté comme pratique de facto pour évaluer la thrombose à ce jour 26. L’obstacle à l’adoption plus large des méthodes in vitro a probablement été la nature complexe de la coagulation, avec la multitude de facteurs confondants qui peuvent influencer les résultats des tests, ce qui rend difficile la différenciation de la thrombogénicité intrinsèque de la pompe des artefacts résultant de limitations méthodologiques et d’erreurs de procédure.
Cela nous a motivés à partager un protocole détaillé comme guide pour les expérimentateurs afin d’éviter les pièges, favorisant ainsi l’utilisation des tests in vitro et atténuant la dépendance aux études animales. Le protocole décrit ici, dérivé de Maruyama et al.27, a été affiné et validé lors de la conception de la 5e génération de PediaFlow (PF5) VADpédiatrique 28,29. Cette méthode d’essai s’est avérée déterminante pour identifier et traiter systématiquement les risques thrombogènes potentiels dans les prototypes de DAV avant les tests sur les animaux.
Le sang total ovin utilisé dans cette étude a été obtenu auprès d’un vendeur commercial et, par conséquent, n’a pas nécessité d’examen par le comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Université Cornell.
1. Construction de la boucle d’écoulement d’essai
REMARQUE : Voir le tableau des matériaux pour une liste détaillée des composants de boucle et de tous les autres matériaux utilisés dans ce protocole.
2. Préparation de la solution de chlorure de calcium (CaCl2)
3. Préparation du sang
REMARQUE : Le sang d’ovin utilisé dans cette étude a été obtenu auprès d’un fournisseur commercial dont le nom figure dans la table des matières. Le sang a été prélevé à l’aide d’une aiguille 14-G, l’animal étant immobilisé dans une position debout agricole standard. Le processus de collecte a pris 10 à 12 minutes entre l’insertion de l’aiguille et la fin. Le sang a été anticoagulé avec 14 parties de CPD pour 86 parties de sang (formulation CPD : 26,3 g/L de Na-citrate, 25,2 g de dextrose, 3 g/L d’acide citrique et 2,2 g/L de Na phosphate dans de l’eau désionisée). La poche de sang a été expédiée pendant la nuit dans un conteneur isotherme avec des blocs réfrigérants et a été utilisée pour l’expérience dans les 24 heures suivant la collecte.
4. Procédures de pré-test
REMARQUE : Toutes les étapes décrites dans cette section s’appliquent aux sections 5 et 6. Effectuez ces étapes avant d’actionner la pompe avec de l’albumine sérique bovine (BSA) ou du sang dans la boucle. Transférez le sang entre les vaisseaux en utilisant l’alimentation par gravité pour minimiser les contraintes mécaniques. Évitez d’utiliser le piston de la seringue pour faire circuler le sang, car cela peut créer une pression excessive. De plus, évitez d’étrangler le sang à travers des ouvertures étroites pour éviter d’endommager les composants cellulaires.
5. Passivation des surfaces en contact avec le sang
6. Test de thrombose
7. Procédure de nettoyage
L’exécution réussie de ce protocole permet d’identifier des zones localisées de dépôt plaquettaire, révélant des points problématiques dans le chemin d’écoulement de la pompe. L’application uniforme de ce protocole permet d’apporter des améliorations progressives en s’attaquant à ces « points chauds » identifiés.
Par exemple, lors du développement du VAD PediaFlow PF5, nous avons rencontré des difficultés pour polir manuellement le...
Le premier essai chez l’homme d’une nouvelle pompe est toujours une entreprise précaire, car les études précliniques ne peuvent pas prédire de manière fiable la thrombogénicité des DAV chez l’homme26. Notamment, certains DAV qui ont démontré l’absence de thrombose dans les essais sur les animaux ont par la suite montré une thrombogénicité significative lors d’une utilisation clinique36. Un régime de test in vitro<...
S.E.O. est actuellement consultant pour Magenta Medical et était auparavant consultant chez Boston Scientific. Aucun autre auteur n’a de divulgation financière pertinente ou de conflit d’intérêts à signaler.
Ce travail a été soutenu par la subvention des National Institutes of Health R01HL089456 et le projet d’activité d’acquisition de recherche médicale de l’armée américaine numéro W81XWH2010387.
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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