Une subvention de démarrage de l&#39;Université de Floride - College of Medicine est grandement appréciée. Études supérieures (Manuel Salinas) ont été soutenus par une des possibilités des minorités dans les programmes de recherche biomédicale - Initiative de recherche pour l&#39;amélioration scientifique (MBRS-RISE) bourses: NIH / NIGMS R25 GM061347. Le soutien financier de la Fondation Wallace H. Coulter à travers Florida International University de, Département de génie biomédical est également appréciée. Enfin, les auteurs remercient les étudiants suivants pour leur aide au cours des différentes étapes du processus expérimental: Kamau Pier, Malachi Suttle, Kendall Armstrong et Abraham Alfonso.

1. Préparation <ol><li> Concevoir et fabriquer un assemblage pour accueillir une géométrie de valve tri-feuillet. Ce sera au minimum inclure un support de soupape de suture dans les feuillets de la valve et un tube pour loger le support de la vanne et les accessoires environnants pour fixer l&#39;ensemble sur le système duplicateur impulsion. Dans notre cas, nous avons utilisé un système de duplication d&#39;impulsion disponible commercialement disponible auprès ViVitro Labs Inc. (Victoria, BC). conception de support de la vanne ainsi que des configurations pré et post-assemblage sont représentés sur la figure 1. </li><li> La boucle entière devra être amorcée avant l&#39;utilisation. Ceci s&#39;effectue en deux étapes: i) le nettoyage de l&#39;ensemble du système en boucle en utilisant une solution de savon et de l&#39;eau, y compris le remplacement de tout tube dégradées avant l&#39;utilisation et ii) l&#39;étalonnage des appareils raccordés à la boucle, à savoir la pompe en cours d&#39;utilisation, la sonde d&#39;écoulement, et les transducteurs de pression (généralement mesurée à des emplacements auriculaire, l&#39;aorte et ventricule). Le calibrage peut initialisationially être effectuée en utilisant une solution saline à 1% et doit être répétée avant d&#39;utiliser la solution de glycérine sang-analogique. </li></ol> 2. Valve dissection aortique native <ol><li> Obtenir 4 coeurs de porc frais avec l&#39;aorte intacte d&#39;un abattoir agréé USDA (protection des animaux et du Comité institutionnel utilisation (IACUC) l&#39;approbation peut être nécessaire). Dans notre cas, notre protocole de dissection a été approuvé par le IACUC à la Florida International University (Protocole Numéro d&#39;agrément: 11-020). Rincer le cœur avec de l&#39;eau déminéralisée et le placer dans un récipient rempli avec le 1% de phosphate antimycosique / antibiotique et stérile (PBS) et le transport saline tamponnée sur la glace au laboratoire d&#39;essais hydrodynamiques. </li><li> Placez cœurs dans une casserole dissection et retirer délicatement le péricarde. Placez le cœur de telle sorte que la face ventrale est face à vous. Inspecter visuellement et identifier les quatre cavités du cœur et de localiser l&#39;arche aortique sur l&#39;aorte intacte. </li><li> Séparer le cœur en two moitiés en coupant à travers à peu près horizontalement en dessous de 0,75 dans l&#39;espace annulaire, c&#39;est à dire la jonction entre l&#39;aorte et le ventricule gauche. Isoler soigneusement l&#39;aorte intacte encore attaché au segment de tissu ventriculaire gauche. </li><li> Examinez la valve aortique situé dans la racine de l&#39;aorte, la région entre l&#39;aorte ascendante et l&#39;anneau inférieur, en s&#39;assurant qu&#39;il n&#39;y ait aucun dommage ni aucun signe de calcification. </li><li> Fractionner l&#39;aorte à ~ 1 ci-dessus dans l&#39;espace annulaire et séparer le segment de tissu ventriculaire gauche au-dessous de l&#39;espace annulaire afin d&#39;isoler la valve aortique (figure 2a). </li></ol> 3. Processus de suture valve native polymère et <ol><li> Placer la valvule cardiaque à l&#39;intérieur du support de soupape de telle sorte que la base de chaque vanne s&#39;aligne avec la base du support après. Fixez le robinet en place à chaque poste temporaire avec un trombone, mais attention à ne pas endommager les commissures ou les points de rebroussement. </li><li> Insérez le fil de suture dans leaiguille. Commencer suture au fond du support de soupape faisant passer l&#39;aiguille à travers le premier trou, de l&#39;extérieur vers l&#39;intérieur telle que l&#39;aiguille peut facilement être retirée de la partie inférieure. Dans un mode de bouclage, commencer à suture de la valve en place verticalement les poteaux de la retenue de la soupape. </li><li> Progrès avec suture (Figure 2b) le long de la circonférence de la porte et sûr suture supplémentaire autour des pointes des postes de titulaires. trombones (figure 2c) peuvent être retirés lorsque la vanne est complètement fixée à l&#39;aide de fils de suture des trois postes et à la circonférence du porte-clapet (figures 2d et 2e). </li></ol> 4. Evaluation hydrodynamique Note: protocole réel variera selon le système de duplication d&#39;impulsion spécifique utilisé. Toutes les informations caontained utilisé ici le ViVitro Pulse Duplicator Sysytem (ViVitro Labs, Inc., Vancouver, BC). <ol><li> VA Bi-dépliantsustentent <ol><li> Réglez la fréquence cardiaque du système duplicateur impulsion à 70 battements / min. </li><li> Sélectionner une forme d&#39;onde de débit pour entraîner la pompe (dans le cas du système de la forme d&#39;onde ViVitro S35 a été choisi pour tous les essais hydrodynamiques). La forme d&#39;onde spécifique utilisé dans nos expériences est illustrée par 17 Lim et al. (2001). </li><li> Allumez l&#39;amplificateur et la pompe à piston. Echauffez-vous pendant 15 min. </li><li> Vanne bi-feuillet place (Figure 2f) en position aortique. </li><li> graisse à vide de diffamation sur toutes les jonctions de l&#39;appareil où des fuites pourraient se produire. </li><li> Verser la glycérine / liquide salin dans le compartiment auriculaire. Notez que le système duplicateur pulsatile fonctionne sur 2 L de liquide: 35% / 0,7 L glycérine et 65% / 1,3 L de solution saline. La solution saline est préparée en utilisant du sel ordinaire bien dissous dans de l&#39;eau déionisée à une concentration de 9 mg / ml (poids / volume). </li><li> Allumer le transducteur de débit qui a été placé en position aortique. </li><li> Calibrer ee pompe. </li><li> Procéder à l&#39;étalonnage du transducteur d&#39;écoulement suivi par les transducteurs de pression. De même à la pompe, il suffit de suivre les instructions données par le logiciel ViVitest (ViVitro Labs Inc.) pour chaque débit et la pression sous l&#39;onglet calibrer. </li><li> Une fois le calibrage terminé, démarrer la pompe à vitesse lente jusqu&#39;à ce que le fluide remplit le compartiment de l&#39;aorte. Vérifier les fuites. Utilisez de la graisse à vide supplémentaire si nécessaire. </li><li> Tournez les deux robinets d&#39;arrêt (aortique et transducteurs ventriculaires) en position ouverte. </li><li> Augmenter la vitesse de rotation de la pompe jusqu&#39;à ce que le volume d&#39;éjection systolique atteint 80 ml / battement. </li><li> Permettre au système de fonctionner pendant 10 min jusqu&#39;à ce que le flux s&#39;est stabilisé. la stabilisation du débit peut être vérifiée en observant le débit et la pression signaux affichés à l&#39;écran. Faible ou nulle variation entre les cycles est un bon indicateur de stabilisation du système. </li><li> Dans le logiciel ViVitest sélectionner le mode acquérir. </li><li> Cliquez sur collecter 10 cycles. </li><li> A partir du mode analyser, clécher sur la table et enregistrez le fichier. Également enregistrer une image de la forme d&#39;onde en utilisant l&#39;option photo-snap dans ViVitest. </li></ol></li><li> Valves natives et Polymer <ol><li> Pour les vannes polymères et animale, suivez les mêmes étapes 3.1.1 - 3.1.3 des instructions de la vanne bi-feuillet. </li><li> Placer le support de soupape à la soupape suturée à l&#39;intérieur du tube de verre à partir de l&#39;assemblage sur mesure. Sandwich le tube avec les pièces supérieure et inférieure et sécurisées en place avec des vis et des écrous latéraux. </li><li> Ensemble de place entre la chambre de l&#39;aorte et le porte-original de la valve aortique. </li><li> Passez aux étapes 3.1.5 - 3.1.16 des instructions de la vanne bi-feuillet. </li></ol></li></ol> 5. Post-traitement <ol><li> Débit et courbes de pression <ol><li> Moyen des données collectées pour chacun des signaux collectés, c&#39;est à dire la pression aortique (AP), la pression ventriculaire (VP), et le débit (Q). </li><li> Pour chaque groupe de valve (polymère, porcine nvalve aortique ative et bi-feuillet), l&#39;intrigue de l&#39;AP correspondant, vice-président et Q par rapport à des relations de temps sur la même parcelle. </li><li> Pour l&#39;AP, superposer valve normale, natif aortique 18 et bi-feuillet valve prothétique 19 parcelles de la littérature à des fins de validation. </li></ol></li><li> Paramètres hydrodynamiques <ol><li> Pour chaque vanne testée, les paramètres hydrodynamiques suivants doivent être calculés: a) chute de l&#39;écoulement de pression et transvalvulaire maximale (TVP), b) la racine de l&#39;aorte carré taux (RMS) d&#39;écoulement normal, c) aortique écoulement vers l&#39;avant, de clôture, de fuite signifie et le volume régurgitant tout, d) zone de soupape de fin d&#39;orifice (EOA), e) transaortique écoulement vers l&#39;avant, fermeture, les fuites et les pertes d&#39;énergie totales. <ol><li> Avant la chute de pression d&#39;écoulement est calculée à partir des lectures TVP et peuvent être classés en 3 intervalles de temps p: intervalle qui commence et se termine avec 0 TVP, F: intervalle avec écoulement vers l&#39;avant et H: intervalle en commençant par 0 TVP et se terminant par 0 flux. TVP maximale est la MAgradient de pression ximum enregistré dans la vanne de l&#39;aorte et de la pression ventriculaire. </li><li> Le taux d&#39;écoulement avant RMS (Q rms) fournit une mesure utile pour quantifier l&#39;ampleur du débit en avant comme suit: <img alt="Équation 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1.jpg" /> Où «n» est le nombre total de points de temps recueillis, «Q i» est la mesure de débit instantané recueillies afin &#39;i&#39;. </li><li> Volumes aortique avant, fermeture et les fuites sont calculées sur la base des intervalles de temps suivants, à terme: début de l&#39;écoulement vers l&#39;avant à travers la soupape (t o), à la fin de l&#39;écoulement vers l&#39;avant (t 1); clôture: à partir de t 1 jusqu&#39;à l&#39;instance fermeture de soupape (T 2); fuite: à partir de t 2 jusqu&#39;à la fin du cycle cardiaque (t 3). Le volume total de régurgitation est simplement la somme des ClosING et les volumes de fuite. </li><li> L&#39;EOA basé sur les propriétés du sang peut être calculée pour les intervalles de 3, P, F et H de la TVP moyenne au cours de chacune de ces périodes comme 20: <img alt="Équation 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2.jpg" /></li><li> Les pertes d&#39;énergie sont définies comme suit 21: <img alt="Équation 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3.jpg" /></li></ol></li></ol></li></ol>

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Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

Dans cette étude, nous avons démontré l&#39;utilité de la modification d&#39;une unité de duplication pulsatile disponible dans le commerce pour accueillir des géométries de soupape tri-leaflet sorte que les essais hydrodynamique du polymère et de valves porcines indigènes peut être effectuée. Plus précisément, dans notre cas, le système modifié était un cœur gauche ViVitro et système de simulation systémique (Figure 1a), contrôlée par le système d&#39;acquisition de données ViViT...

valvulopathie cardiaque est souvent due à dégénérative calcification de la valve 1, la fièvre rhumatismale 2, endocardite 3,4 ou malformations congénitales. Lorsque des dommages de valve se produit, provoquant une sténose et / ou régurgitation prolapsus de la valve et ne peut être chirurgicalement réparé la valve native est généralement remplacé par une prothèse valvulaire. Actuellement options disponibles incluent les valves mécaniques (vannes cage sphérique, vannes de disque pendulaires, etc.), Homogreffes et bioprothèses (porcine et bovine vannes). Les valves mécaniques sont souvent recommandés pour les patients plus jeunes en fonction de leur durabilité, mais le patient doit rester sous traitement anticoagulant pour prévenir les complications thrombotiques 5. Prothèses valvulaires homogreffes et biologiques ont été des choix efficaces pour éviter sang thérapie plus mince, mais ces valves présentent un risque élevé pour la fibrose, la calcification, la dégénérescence et les complications immunogènes menant à la défaillance de la vanne 6. Valves de l&#39;ingénierie tissulaire sont à l&#39;étude comme une technologie émergente 7-9, mais il reste encore beaucoup à découvrir. , Vannes alternatifs durables, biocompatibles prothèses sont nécessaires pour améliorer la qualité de vie des patients atteints de maladies des valves cardiaques. Encore une fois, cette conception de la valve pourrait remplacer la bioprothèse utilisés dans la technologie de valve percutanée, avec des approches de cathétérisme montrant le potentiel pour transformer le traitement des patients sélectionnés atteints de la maladie de la valvule cardiaque 10. Comme indiqué par les normes actuelles, un succès remplacement de valve cardiaque devrait avoir les caractéristiques de performance suivantes: «1) permet d&#39;avancer débit avec suffisamment faible chute de différence moyenne de pression; 2) empêche l&#39;écoulement rétrograde avec suffisamment faible régurgitation; 3) résiste embolisation; 4) résiste hémolyse; 5) résiste à la formation de thrombus; 6) est biocompatible; 7) est compatible avec des techniques de diagnostic in vivo, 8) est livrable et implantable dans le corps ciblepopulation; 9) reste fixée une fois placé, 10) a un niveau de bruit acceptable; 11) a une fonction reproductible; 12) conserve sa fonctionnalité pour une durée de vie raisonnable, conformément à sa classe générique; 13) maintient sa fonctionnalité et sa stérilité pour une durée raisonnable la vie avant l&#39;implantation. &quot;11. Certaines des lacunes de prothèses valvulaires existants peuvent potentiellement être surmontés par une vanne polymère. polymères biocompatibles ont été considérés comme les meilleurs candidats sur la base biostabilité, anti-hydrolyse, anti-oxydation et des propriétés mécaniques intéressantes telles que haute résistance et visco-élasticité. En particulier, les polymères élastomères peuvent prévoir la déformation du matériau ressemblant à la dynamique de valve native. élastomères peut être adapté pour imiter les propriétés des tissus mous, et ils peuvent être les seuls matériaux artificiels disponibles qui sont bio-tolérants et capables de résister aux couplé, in vivo, les contraintes induites par le fluide, la flexion et à la traction, pour l&#39;instant, se déplacent d&#39;une manière ressemblant à la santé,mouvement de la valve native. En outre, les élastomères peut être produit en masse dans une variété de tailles, stockées en toute simplicité, devraient être des dispositifs rentables et peuvent être structurellement augmenté avec renfort fibreux. Le concept de l&#39;utilisation de matériaux polymères à monter une vanne à trois dépliant n&#39;est pas nouvelle et a fait l&#39;objet de plusieurs enquêtes de recherche au cours des 50 dernières années 12, qui ont été abandonnés en grande partie en raison de la longévité de la vanne limitée. Cependant, avec l&#39;avènement de nouvelles méthodes de fabrication 13,14, le renforcement des matériaux polymères 15,16 et l&#39;intégration transparente de polymère potentiellement remplacer des soupapes avec la technologie de valve percutanée, il ya eu récemment un regain d&#39;intérêt et d&#39;activité dans le développement de valves polymère comme potentiellement alternative viable aux valves commerciales actuellement disponibles. Dans cette optique, un protocole pour permettre l&#39;essai de ces vannes pour évaluer la fonctionnalité hydrodynamique est la première étapedans le processus d&#39;évaluation; encore les systèmes de simulateurs d&#39;impulsions disponibles dans le commerce ne sont généralement pas équipés pour accueillir des modèles de vannes à trois folioles et contiennent un espace annulaire d&#39;insérer des valves cardiaques disponibles dans le commerce (par exemple, les valves cardiaques mécaniques bi-feuillet disque d&#39;inclinaison). Deuxièmement, les vannes de polymère sont une technologie émergente dont l&#39;hydrodynamique ne peut être évaluée dans un contexte relatif. Même si les données de flux et de pression de la valve cardiaque native est disponible, il est important d&#39;effectuer des tests de valves porcines de l&#39;aorte indigènes, qui sont biologiquement similaire à soupapes humains, en utilisant le même simulateur pulsatile qui est utilisé pour évaluer les vannes polymère de manière à tenir compte des différences de mesure qui peuvent être dépendant du système. Ainsi, l&#39;objectif de cette étude était de démontrer comment un simulateur d&#39;impulsion disponible dans le commerce peut être équipé d&#39;un ensemble pour accueillir des constructions de vannes à trois folioles et d&#39;évaluer systématiquement polymères paramètres hydrodynamiques de soupape dans un cont rapportposte par rapport à leurs homologues de valve cardiaque mécanique et porcines indigènes. Dans notre cas, les vannes de polymère de silicone tri-feuillet nouvelles précédemment développé à l&#39;Université de la Floride 13 composé le groupe de vannes polymère.

<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

Limitations de valves prothétiques actuellement disponibles, les xénogreffes, et homogreffes ont suscité une résurgence récente des développements dans le domaine de la vanne à trois dépliant polymère prothèses. Cependant, l&#39;identification d&#39;un protocole pour l&#39;évaluation initiale de la fonctionnalité hydrodynamique de la vanne polymère est primordiale durant les premières étapes du processus de conception. Traditionnelle dans les systèmes de duplication impulsions in vitro ne sont pas configurés pour utiliser des matériaux tri-feuillets flexibles, en outre, l&#39;évaluation de la fonctionnalité de valve polymère doit être faite dans un contexte par rapport aux valves cardiaques natives et prothétiques dans des conditions d&#39;essai identiques de sorte que la variabilité des mesures de différents instruments peuvent être évités. En conséquence, nous avons effectué une évaluation hydrodynamique i) natif (n = 4, diamètre moyen, D = 20 mm), ii) bi-feuillet mécanique (n = 2, D = 23 mm) et iii) les vannes polymère (n = 5, D = 22 mm) via l&#39;utilisation d&#39;un système de duplication d&#39;impulsion disponible dans le commerce (ViVitro LabsInc, Victoria, C.-B.) qui a été modifié pour tenir compte des géométries de valve à trois folioles. Valves en silicone Tri-dépliant développés à l&#39;Université de Floride composent le groupe de vannes polymère. Un mélange dans un rapport de 35:65 glycérine à de l&#39;eau a été utilisé pour reproduire les propriétés physiques du sang. Débit instantané a été mesurée à l&#39;interface du ventricule gauche et l&#39;aorte alors que les unités de pression a été enregistré au niveau des positions ventriculaires et aortiques. Données de valve native de la littérature Bi-dépliant et a permis de valider l&#39;écoulement et de la pression. Les paramètres hydrodynamiques suivants ont été rapportés: chute de pression d&#39;écoulement vers l&#39;avant, la racine de l&#39;aorte taux carré avant de débit, fermeture aortique, la fuite et le volume de régurgitation, fermeture transaortique, les fuites et les pertes d&#39;énergie totale moyenne. Résultats de la représentante a indiqué que les paramètres hydrodynamiques des trois groupes de vannes pourraient être obtenus avec succès en incorporant un montage sur-mesure dans un système de duplication d&#39;impulsion disponible dans le commerce et subsequently, par rapport objectivement pour donner un aperçu sur les aspects fonctionnels de la conception polymère valve.

flux de représentant et courbes de pression sont présentés dans les figures 3, 4 et 5. Les parcelles ont été moyennées sur la taille de l&#39;échantillon de vannes testées pour chaque groupe, ce qui était, n = 5, 4 et 2 soupapes de polymère, porcine indigène et groupes bi-feuillet, respectivement. Les paramètres hydrodynamiques moyennes et l&#39;erreur standard de la moyenne de ces échantillons sont présentés dans le tableau 1. <p class="jove_content"...

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Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

Il ya eu un regain d&#39;intérêt dans le développement de valves polymères. Ici, les objectifs sont de démontrer la faisabilité de la modification d&#39;un duplicateur d&#39;impulsion commerciale pour accueillir géométries tri-leaflet et de définir un protocole de présenter des données hydrodynamiques de soupape polymères par rapport aux données de valve native et prothétique recueillies dans des conditions quasi-identiques.

Protocole pour l&#39;évaluation hydrodynamique relative de Vannes polymères tri-leaflet

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 vues.  Florida International University. Il ya eu un regain d'intérêt dans le développement de valves polymères. Ici, les objectifs sont de démontrer la faisabilité de la modification d'un duplicateur d'impulsion commerciale pour accueillir géométries tri-leaflet et de définir un protocole de présenter des données hydrodynamiques de soupape polymères par rapport aux données de valve native et prothétique recueillies dans des conditions quasi-identiques.

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

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

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

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

Un piège hydrodynamique microfluidique à base de particules uniques

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

Recherche

Bio-ingénierie

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.

Conception d&#39;un bioréacteur pour la pression cyclique Ex Vivo Étude des valves cardiaques aortiques

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.

Un Based Chitosan, Laser adhésif activé Thin Film chirurgicaux, «SurgiLux &#39;: Préparation et démonstration

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 polymères pour la découverte à haut débit des biomatériaux

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.

Test de microtension environnement contrôlé de nanocomposites polymères mécaniquement adaptatifs pour<em&gt; Ex vivo</em&gt; Caractérisation

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.

Injection intra-lymphatique de particules de polymère biodégradables

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.

Fabrication robuste préformes à fibres naturelles Utilisant bactérienne Cellulose Binder

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

Culturing Mouse Cardiac Valves in the Miniature Tissue Culture System

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

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

La culture de la souris cardiaque Vannes dans le système de culture de tissus Miniature

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.

Film Extrusion de<em&gt; Crambe abyssinica</em&gt; / Gluten de blé 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 ...

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.

Synthèse des fonctionnalisées 10 nm revêtement polymère des particules d’or pour le ciblage de l’endothélium et MEDICAMENTS

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