המצאה של קטני קליבר סטנט-שתל שימוש Electrospinning ו בלון להרחבת Bare Metal סטנטים

Summary

In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.

Abstract

Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.

Introduction

נהלי התערבות כלילית לגרום לפגיעה בדפנות כלי דם משמעותית עקב שיבוש קיר רובד כלי. התוצאה restenosis, תסחיף היקפי שתלי וריד, וחוסר ההמשכיות של לומן כלילית ^1-4. כדי למנוע סיבוכים אלה, אסטרטגיה מבטיחה תהיה לכסות את פני השטח של כלי הדם באתר אנגיופלסטיקה, אשר יהיה פוטנציאל לעכב restenosis, להקטין סיכונים מן הרציפות של לומן כלי, ולמנוע תסחיף היקפי. מחקרים קודמים לעומת סטנטים מתכת חשופים כדי סטנט-שתלי עם תוצאות חיוביות-שתל סטנט ^5. החוקרים השתמשו כמה חומרים כדי לייצר ממברנות לכיסוי סטנטים. זה כולל חומרים סינטטיים כמו פוליאתילן tetraphthalate (PET), polytetrafluoroethylene (PTFE), פוליאוריטן (PU), סיליקון או רקמות כלים עצמיות לייצור סטנטים מכוסים ^6-9. חומר שתל אידיאלי לכיסוי סטנט צריך להיות thromboresistant, הלא biodegradable, וצריך לשלב עם רקמה מקורית ללא התפשטות מוגזמת ודלקת ^10. חומר השתל המשמש לכיסוי סטנט צריך גם לקדם את הריפוי של השתל-סטנט.

-שתל סטנט נמצא בשימוש נרחב לטיפול לקוארקטציה אב עורקים, מפרצות מדומה של עורק התרדמה, fistulae arteriovenous, הידרדר וריד שתלי, וגדול מפרצת מוחית ענקית. אבל את הפיתוח של שתלי סטנט קליבר קטנים הוא מוגבל על ידי היכולת לשמור על פרופיל נמוך וגמישות, אשר מסייע בפריסה של שתלי-סטנט ^11-14. פו הוא פולימר אלסטומרי עם חוזק מכאני טוב שהנו תכונה רצויה להשגה על פרופיל נמוך וגמישות טובה ^15,16. בנוסף בעל עבירות טובות, סטנט-שתלי צריך גם לקדם ריפוי endothelialization מהירים. PU מכוסה סטנט-שתלים הוכיחו biocompatibility הטוב ומשופרי endothelialization ^17. יש חוקריםבעבר ניסה endothelialize PU מכוסה שתלי סטנט ידי זריעת אותם עם תאי אנדותל ^17. Electrospinning של פו ליצור מטריצת nanofiber הוכח להיות טכניקה יקרה לייצור כלי דם שתלי ^18,19. קיומו של nanofibers המחקה את הארכיטקטורה של מטריקס יליד ידוע גם כדי לקדם את התפשטות תאי אנדותל ^20,21. Electrospinning גם מאפשר שליטה על עובי החומר ^22. שתל כלי דם קליבר קטן עשויים PU נחקר לקדם ריפוי באמצעות שינויים כגון ציפוי פני שטח, קרישת דם, ואת מדכא את התפשטות תאים. כל השינויים הללו נועדו לתווך קבלת מארח ולקדם ריפוי שתל ^23.

הקבוצה שלנו פיתחה סטנט מתכת חשופה בלון להרחבה אשר ניתן לפרוס במודלים של בעלי חיים ^24-26. השילוב של רשת פוליאוריטן electrospun וכדורoon סטנט להרחבה אפשר לנו ליצור סטנט-שתלי להרחבת בלון קליבר הקטן. רוב סטנט-שהתלי הזמין כרגע הציגו דרך עורק הירך בעת ביצוע הליך התערבותית, אך רק מעטי סטנטים מסחריים מכוסים ניתן הציגו 1 גודל צרפתי גדול יותר מזו הנדרשת בלון בלתי מנופח ^27. במחקר זה פיתחנו סטנט-שתל וסקולרית קטן קליבר ידי encapsulating סטנט בלון להרחבה בין שתי שכבות של פו electrospun אשר ניתן יהיה להעביר את עורק כלילי באמצעות קטטר מדריך לצרפתית רגילה 8-9 בהליך התערבותית מלעורית.

Protocol

1. Electrospinning של פוליאוריתן על Mandrel אספן

1. כן mandrel עבור electrospinning
   1. ממס כ -8 מיליליטר של ביולוגית, באיכות מזון, חומר תמיכה מסיס במי גליל סיים (כ 9 מ"מ קוטר ו -110 מ"מ עמוק) ב 155 מעלות צלזיוס באמצעות תנור.
   2. טובלים בקוטר 3 מ"מ ו -100 מ"מ mandrel נירוסטה ממושכות להשיג ציפוי של חומר תמיכה על פני השטח של mandrel. לפני הטבילה, למקם את mandrels בתנור ב 155 מעלות צלזיוס למשך כ 15 דקות כדי להעלות את הטמפרטורה של פני שטח mandrel שעוזר להרטיב את המשטח עם חומר התמיכה המותך.
   3. תן mandrel טבול להתקרר כ 140 מעלות צלזיוס בעוד שחומר התמיכה המותך מבצר ויוצרי ציפוי דק אחיד על פני שטח mandrel. במהלך תהליך הקירור, לתלות את mandrel אנכית כך הכבידה גורם לחומר תמיכה עודף לטפטף מעל. ציפוי זה מאפשר קלהסרת השתל-סטנט מוגמר mandrel.
2. התקנה של אספן mandrel של מערכת electrospinning (כפי שמוצג באיור 1)
   1. יישר את מערבל המעבדה אופקי ולהתחבר מוט פלסטיק אשר יחזיק את mandrel הנירוסטה בקצה השני בתוך במנדף.
   2. ממיסים את החומר תמיכה מהקצה של mandrel ידי השריית רק קצה של mandrel במים כדי להתאים את מוט התמיכה פלסטיק בסוף mandrel. תמיכת מוט תמיכת הפלסטיק בסוף חינם של mandrel לסייע סיבוב אחיד של אספן mandrel.
   3. השתמש ברגים סט של מוטות תמיכה פלסטיק כדי לאבטח את mandrel נירוסטה למנוע החלקה במהלך electrospinning.
   4. הארקת אספן mandrel ידי הצמדת חוט קרקע בצורת U אל mandrel הנירוסטה. השתמש גומי O- טבעות כדי להחזיק את חוט הקרקע לצדדים של mandrel.
3. סטיםng את מערכת שחול פוליאוריטן נוזלית של מערכת electrospinning
   1. מערבבים dimethylacetamide (DMA) עם 25% (m / v) פוליאוריטן (PU) פתרון המניות לקבל 15% (m / v) PU ב DMA פתרון (למשל, להוסיף 6 מ"ל של DMA עד 9 מ"ל של 25% פתרון PU).
      זְהִירוּת! לעבוד בתוך במנדף עם ציוד מגן אישי נכון.
   2. ממלאים מזרק זכוכית 5 מ"ל עם מחט נירוסטה בקצה הקהה (spinneret) עם 15% פתרון PU.
   3. לתכנת את משאבת מזרק כדי למתוח 0.01 מ"ל / דקה מבוסס על הקוטר הפנימי של המזרק.
   4. הר את המזרק עם spinneret על משאבת מזרק אופקית עם קצה המחט כ 20 ס"מ מן אספן mandrel. לבודד את המזרק מן החלקים המוליכים של המזרק לשאוב באמצעות יריעות גומי כדי למנוע קשתית חשמל.
   5. חבר את מחולל מתח גבוה אל spinneret של המזרק באמצעות קליפ תנין.
4. הפעל את משאבת מזרק 0.01 מ"ל / דקה רוטהte mandrel עם מערבל מעבדה רץ במהירות איטית (למשל, 50 סל"ד).
5. למרוח הפרש מתח של 20 ק ברחבי spinneret ואת mandrel האספן. nanofibers PU יתחיל הפקדה על mandrel סיבוב שכבה דקה תהיה גלויה בתוך מספר דקות. ודא במנדף כבוי ופליטה סגורה כדי למנוע אובדן של nanofibers electrospun.

2. Electrospinning א-שתל סטנט

1. nanofibers Electrospin פו על mandrel מסתובב במשך שעה 2. ליצור צינור אחיד (כמוסבר בשלב 1).
2. הסר את mandrel מן מוט פלסטיק מחובר מערבל מעבדה להתקין סטנט מתכת חשופה. הפעל במנדף ופתוח פליטה לפני הסרת mandrel על מנת להבטיח כי שריד אד ממס יוסר.
3. חלק את הנירוסטה להרחבת בלון סטנט ²⁶ על צינור electrospun למיקום רצוי. זה עשוי להיות נחוץ כדי להרחיב את הסטנט מעט אז זה SLIps על מבלי לפגוע בצינור electrospun.
4. מסלסלים את הסטנט לוודא כי הסטנט מוגדר בחוזקה על חומר הצינור על mandrel ולא משוחרר מספיק כדי להחליק. זה גם יעזור למנוע delamination של שכבות הפנימיות וחיצוניות.
5. טען את mandrel עם צינור סטנט שוב ​​על מוט הפלסטיק של מערבל מעבדה electrospinning השכבה החיצונית של-שתל סטנט.
6. nanofibers Electrospin עבור 3 שעות כמוסבר בשלב 1 כדי להמציא מחדש את השכבה החיצונית של-שתל סטנט.
7. לאחר electrospinning החיצוני מאוחר יותר, circumferentially לחתוך את החומר PU כ 1 מ"מ מקצות סטנט באמצעות אזמל.
8. משרים את mandrel עם שתל סטנט במים deionized לפזר את החומר תמיכה מן mandrel אשר תשחרר את השתל סטנט מ mandrel. חלף עם מים מתוקים לפי צורך כדי לפזר את חומר התמיכה לחלוטין.
9. לאחר חומר התמיכה נמס, להסיר בעדינות את שתל סטנט מ tהוא mandrel ולאפשר לו להתייבש. שקול השריית סטנט-שתל הסיר במים deionized לפזר כל חומר תמיכה הנותרים לפני המאפשר לייבוש באוויר.

3. בדיקה של שתלי סטנט מיוצרים

1. חלק את-שתל סטנט על בלון trifold 3 מ"מ.
2. מסלסל את-שתל סטנט על הבלון באמצעות יד שנערכה crimping כלי.
3. בדוק סטנט-שתל crimped באמצעות מיקרוסקופ עבור crimping אחידה וכל סימנים אחרים של כישלון כמו delamination או לנקב של חומר כיסוי בגלל עיוות סטנט.
4. הרחב את שתל סטנט לקוטר תוכנן של 3 מ"מ על ידי pressurizing בלון trifold עם מכשיר אינפלציה ומים. שוב, לבחון סטנט-שתל המורחב להרחבה אחידה סימנים של כישלון.

תוצאות

התקנת electrospinner שלנו (איור 1) הביאה nanofibers פוליאוריטן באיכות גבוהה (איור 2). A-שתל סטנט מיוצר על ידי electrospinning שכבה פנימית של פוליאוריטן על גבי mandrel, מחליק סטנט מתכת חשוף מעל שכבה זו, ועל electrospinning שכבה חיצונית שנייה של פוליאוריטן (איור 3). nanofibers פו...

Discussion

We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery^24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Glass syringe	Air Tite	7.140-33	Syringe for spinneret
Graduated cylinder 5 ml	Fisher Scientific	08-552-4G	5 ml pyrex graduated cylinder about 9 mm diameter and 11 cm long
High voltage generator	Bertan Accociates, Inc.	205A-30P	Used to apply voltage difference across spinneret and collector
Laboratory mixer with rpm control	Scilogex	SCI-84010201	Available from various laboratory equipment suppliers
Polyurethane	DSM	BioSpan SPU	Biospan Segmented Polyurethane
Rubber sheet	McMaster Carr	1370N11	Used to insulate syringe during electrospinning
Stainless steel mandrel	N/A	N/A	Manufactured
Stainless steel needle	Hamilton	91018	Used as spinneret in electrospinning
Support material	EnvisionTec	B04-HT-DEMOMAT	Biocompatible water soluble material
Syringe Pump	Harvard Apparatus	55-3333