רומן פרעורית הגישה לפריסה של 3D הודפס שתלים היצרות כלילית בתוך מודלים החזירים של מחלת לב איסכמי

Summary

אנו מתארים רומן, חסכוני, וטכניקה יעילה עבור משלוח עורית של שתלים שלושה ממדים המודפס באופן כלילי כדי ליצור בחזה סגור מודלים החזיר של מחלת לב איסכמי. השתלים היו קבועים במקום באמצעות קטטר הארכת אמא וילד עם שיעור הצלחה גבוהה.

Abstract

שיטות פולשניות מינימלית ליצירת דגמים של היצרות כלילית מוקד בבעלי חיים גדולים הם מאתגרים. אבי טיפוס מהירים באמצעות תלת מימדי (3D) שתלים מודפסים כלילית יכול להיות מועסק כדי percutaneously יצור היצרות מוקד כלילית. עם זאת, משלוח אמין של השתלים יכול להיות קשה ללא שימוש בציוד מעזר. אנו מתארים את השימוש בצנתר מדריך כלילית של אמא וילד לייצוב השתל ולמסירה יעילה של השתל 3D מודפס לכל מיקום רצוי לאורך הספינה כלילית. היצרות כלילית מוקד אושרה תחת cineangiography כלילית ואת המשמעות הפונקציונלית של היצרות הכלילית הוערך באמצעות גדוליניום-משופרת לעבור הראשון מעבר סריקת לב MRI. הראנו כי משלוח אמין של 3D שתלים המודפסים כלילית מודלים של חזירים (n = 11) של מחלת לב איסכמי הלב ניתן להשיג באמצעות מחדש לאחר מדריך הכלילי של אמא והילד באמצעות קטטרים. הטכניקה שלנו מפשטת את המסירה העורית של שתלים כלילית כדי ליצור בחזה סגור מודלים החזירים של היצרות עורק כלילית ממוקד ניתן לבצע בזריזות, עם שיעור כישלון פרוצדורלי נמוך.

Introduction

מחלת לב האיסכמי ממשיכה להיות הגורם מספר אחד למוות בארצות הברית¹. דגמים גדולים של בעלי חיים השתמשו בניסוי כדי להבין ולאפיין מנגנונים הנוהגים במחלת עורק כלילית (CAD) וסיבוכים משויכים (כולל אוטם שריר הלב, אירועי הפרעות בקצב הלב ואי ספיקת לב), כמו גם לבדיקות של therapeutics או מודלים אבחוניים חדשים. תוצאות ממחקרים אלה סייעו להרחיב את ההבנה, אבחון, וניטור של מחלת לב איסכמי ולקדם פרקטיקה קלינית². מספר דגמים של בעלי חיים כולל ארנבים, כלבים וחזירים. עם זאת, הכשות כלילית, נגעים בדידים במיוחד, מתרחשים לעתים נדירות מאוד בבעלי חיים אלה קשה לגרום^{לתוכג 3}. העבודה המוקדמת תיארה את יצירת הסטזות הכליליים המלאכותית באמצעות הארכה, חסימה או מלחציים חיצוניים. לאחרונה, תיארנו כיצד להשתמש בטכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית לייצור שתלים כליליים שניתן להשתמש בהם כדי ליצור percutaneously יצירת הצרת כלילית מלאכותית דיסקרטית⁴. באמצעות תוכנת עיצוב בעזרת מחשב, עיצבנו שתלי עורק כלילי כצינורות חלול עם קטרים פנימיים וחיצוניים משתנים כמו גם אורך השתל ולאחר מכן המציא אותם באמצעות חומרים מסחריים זמינים מסחרית. השתלים הם חלקים, חלול, 3D מודפס צינורות עם קצוות מעוגלים. עיצבנו ספרייה של מידות השתלה עם מגוון קוטר פנימי, קוטר חיצוני ואורך. הקוטר החיצוני של השתל מבוסס על גודל קטטר מדריך כלילית. הקוטר הפנימי מבוסס על גודל של בלון כלילי כלילית מנוכה. היינו שונים את אורך השתל כדי להתאים את החומרה הרצויה של perfusion. עם זאת, משלוח בטוח של מכשירים כאלה יכול להיות מאתגר בשל חוסר חוטים וקטטרים מיוצר במיוחד עבור שימוש בעלי חיים גדולים. לעומת זאת, אוסף נרחב של קטטרים, חוטים וציוד תומך זמינים לשימוש קליני בעורקים הכליליים אנושיים. בעבודה זו, אנו מראים כיצד לכוון מחדש את צנתר מדריך כלילית של אמא וילד בכיתה קלינית להעברת השתלים כלילית מודפס תלת-ממד.

הצנתר GuideLiner (איור 1א) פותחה עבור התערבות כלילית מעורית (PCI) כדי לאפשר מושבים קטטר עמוק ותמיכה מוגברת עבור מקרים מורכבים⁵. בחקירה שלנו, קטטר GuideLiner נבחר בשל היכרות של שימוש וזמינות, אבל הקטטרים דומה, שם זמין, יכול להיחשב גם. נחשב צנתר מדריך "אמא וילד" (איור 1B), המכשיר מתאים בתוך קטטר אופייני מדריך כלילית ("אמא") והוא צינור גמיש קואקסיאליים ("הילד"). קטטר זה ניתן להוסיף על חוט הנחיה וביעילות מאריך את ההישג של קטטר אופייני מדריך כלילית על ידי הארכת מעבר לסוף מדריך כלילית. GuideLiner או משתמש דומה אמא וילד ניתן להשתמש כתמיכה נוספת עבור הפריסה של 3D שתלים המודפסים כלילית. בגלל השתלים הם רכוב על אנגיופלסטיקה בלונים להיות מוכנס כיחידה על חוט כלילית לתוך הכלי (איור 1B, 1c), הצנתר מציע תמיכה נוספת כדי לספק את השתל לאתר הרצוי. על ידי מיקום קטטר האם-וילד רק המנזר, השתל נשאר במיקום הרצוי במהלך הדלציה בלון והנסיגה. למרות שיש כמה מוצקות למבנה שלה, היכולת הייחודית של האם והילד של קטטר להיות מתקדם עמוק לתוך עורקים כלילית על חוט הנחיה הסמן הרדיאטום על קצה הקטטר היו מאפיינים חיוניים עבור השרשה.

מנגנון המסירה התאספו שלנו כללה קטטר אופייני מדריך כלילית, הצנתר האם-והילד, והשתל 3D מודפס קבוע על בלון כלילית אנגיופלסטיקה הכליליים (איור 1B). כיחידת משלוח תפקודית, הקטטר האם-והילד לא רק סיפק תמיכה נוספת יציבה להעברת הציוד אלא גם הוחל באופן ייחודי כמכשיר הגז כדי לשמור על השתלים במקום במהלך הסרת הבלון. סמן הקרינה האטומה על קצה הקטטר שימש מדריך מיקום עבור המנגנון התאספו ויושב האבובית לבלון הניתוח אנגיופלסטיקה. מאפיינים אלה מותרים לפריסה מדויקת של השתלים המגבילות את הזרימה. התהליך נועד להיות מיוכן, יעיל ואנושי עבור הנבדקים בעלי החיים.

ביישום שלנו, את הטכניקה אמא וילד משלוח הילדים שימש כדי ליצור מודלים החזיר עם היצרות כלילית מוקד להערכת ניגודיות משופרת לחץ לב לעורית תהודה מגנטית הדמיה (MRI). עם זאת, הטכניקה עשויה להיות מועסק בחקירות אחרות, כולל מערכות כלי דם מחוץ לכלי הדם הכליליים.

Protocol

ערכנו את הניסויים על פי ההנחיות של חוק הרווחה בעלי חיים, המכונים הלאומיים לבריאות ואיגוד הלב האמריקני לשימוש בעלי חיים במחקר. הוועדה המוסדית שלנו לטיפול בבעלי חיים אישרה את פרוטוקול הלמידה בבעלי חיים.

1. הכנה מראש של 3D שתלים היצרות כלילית מודפס

1. בעזרת מלקחיים, מעילים את השתלים המודפסים בתמיסה של 25% הפארין, כדי למנוע היווצרות התרומובוס ולאפשר ייבוש אוויר במשך 24 שעות ביממה.

2. הכנה מראש של נושאי בעלי חיים

1. יש גברים חזיר יורקשייר (חוות SNS, 30 – 45 ק"ג) להגיע למוסד 1 שבוע לפני תאריך הניסוי ולאפשר להם acclimate.
2. לשמור את החזיר במצב צום אחרי חצות ביום לפני ההליך.

3. הרדמה פרוצדורלית

1. הרגעה לחזיר עם קטמין שרירי (10 מ"ג/ק"ג) ומיסדעולם (1 מ"ג/ק"ג).
2. מאוורר את החיות עם חמצן-איזופלוט (1 – 2%) תערובת.
3. לבצע צנרור אנדוקנה ברגע הנושא בעל החיים הוא הרגעה.
4. להשרות (IV) rocuronium (2.5 mg/ק"ג/h) ולתת בולשימושים נוספים (1 – 3 מ"ג/ק"ג IV כל 20 – 30 דקות) בעת הצורך כדי להשיג השתק.
5. לשמור על מישור כירורגי של הרדמה במהלך ההליך על ידי בדיקה להתעוררות, תנועות, תנודות רחבות בסימנים חיוניים, וסימנים אחרים של מצוקה או אי נוחות לאורך זמן הניסוי. אנחנו משגיחים על החזיר. במשך כ -6 שעות בהרדמה

4. גישה לכלי דם

1. שימוש בטכניקת Seldinger הכנס את מעילי העורקים והורידים לעורקי הירך הדו והורידים של הנבדקים.
2. ריקון כל יציאות הקטטר ברציפות עם תמיסת מלח הרגיל heparinized.

5. מינהל תרופות טרום-פרוצדורלי

1. ניהול אמיודארון הפנים (1.5 מ"ג/ק"ג), לידוקאין באופן מידי (2 מ"ג/ק"ג), ו esולוק באופן פנימי (1 מ"ג/ק"ג) לפי הצורך מניעה מפני הפרעת קצב. מעניקים את המינונים של amiodarone, לידוקאין, ו esמולוק לפי הצורך במהלך הניסוי כדי לדכא את המקצבים החדרית ואת השליטה התגובה קצב הלב.
2. לאחר גישה לכלי הדם מושגת, ניהול הפארין (5000-10000 יחידות) כדי לשמור על זמן קרישה מופעל (ACT) > 300 s. בדוק את המערכה כל שעה במהלך הניסוי ולתת הפארין נוספת והוא צריך לשמור על מטרת ACT.

6. ניטור הומודינמיקה

1. השתמש בתיבת החזה של אלקטרוקרדיוגרפיה בודדת (א) לצורך הקלטת שינויים במקטע ST, גלי T וקצב הלב במהלך התקופה הניסיונית כולה.
2. השתמש מתמר לחץ כדי להקליט לחצים מתמשך הירך עורק בכל ההליך.
3. הצמדת מחמצן לאוזן של בעל החיים או לשפה להקלטות מתמשכת של הדופק.

7. הכנת מכשור למסירת שתל

1. לפני ביצוע של אנגיוגרפיה כלילית, הכנס את הכדור החוצה ב-NC הטרק מעל-the-תיל בלון כלילי דרך קטטר אמא וילד בגודל הרצוי, כך את קצה בלון משתרע מעבר לקצה של הצנתר.
2. הר השתל 3D המודפס על בלון אנגיופלסטיקה האוויר כגון השתל ממוקם בין הסמנים של הבלון קרוב סמן הקרובה (איור 1B).
3. לנפח את הבלון עם insufflator כדי 2-3 כספומט כדי לתקן את השתל על הבלון. ודא כי השתל ממוקם קרוב יותר החצי הקרוב ביותר של הבלון כך יהיה הקרוב ביותר לקטטר האם-וילד כאשר מוכן להסרה (איור 1B).

8. אנגיוגרפיה כלילית ופריסה של שתל כלילי

1. מקם את ה-fluoroscopic C-arm בהטלה anteroposterior (AP).
2. הצמד שסתום בקרה (ראה טבלת חומרים) לצנתר מדריך כלילית שמאלי או ימני (ראה טבלת חומרים).
3. הציגו את הצנתר מדריך על חוט J-משופעת דרך מעטפת עורק הירך הימני, תחת הדרכה fluoroscopic, לקדם את הקטטר לשורש אבי העורקים.
4. באופן סלקטיבי (או לא סלקטיבי) להעסיק את הקטטר לתוך העורק הראשי השמאלי העיקרי (lmca) ולהזריק 5 מ ל של ניגודיות טוהרו תחת fluoroscopy כדי להמחיש את המערכת השמאלית הלילית.
5. הצב את הצנתר המנחה לכיוון ה-LMCA עבור האנגיוגרפיה השני (איור 2). אם התחייבות של עורק כלילי מוכיחה קשה, בשל חלקו לקשת אבי העורקים הקצרה של החזיר, שקול לבצע אנגיוגרמות לא סלקטיבית כל עוד הם מספקים ויזואליזציה נאותה של כלי הדם.
6. פעם מעורב, או ממוקם ליד LMCA, תחת fluoroscopy, מראש 0.014 ", 300 ס מ תיל כלילית (לראות את הטבלה של חומרים) לתוך lmca ולקדם את החוט אל העורק הקדמי השמאלית הקדמית (LAD) או שמאל העורק הראשי (lcx) הרצוי (איור 3).
7. תחת הדרכה fluoroscopic, הכנס את הצנתר אמא-וילד בעבר התאספו עם הבלון הכלילי אנגיופלסטיה והשתל על חוט כלילית ולהתקדם למיקום הרצוי לאורך הספינה כלילית. הכנס 5 מ ל של ניגודיות המיוחלת כדי להמחיש היצרות דיסקרטית במיקום הרצוי שבו יש לפרוס את השתל הכלילי (איור 4).
8. לאחר השתל נמצא בעמדה, לקדם את הצנתר האם והילד לסמן האבובי של הבלון מנופח.
9. לרוקן את הבלון ולמשוך אותו. דרך צנתר האם והילד תהליך זה מאפשר את הקטטר אמא וילד להטות את השתל את הבלון כפי שהוא ומתקן את המיקום של השתל בקטע המיועד של כלי.
10. , הסירו את הבלון. צנתר האמא-וילד וחוטי העורק
11. בצע אנגיוגרמות סופיות כדי לתעד את המיקום של היצרות מלאכותית חדשה בתוך כלי. כאשר אפשרי, אנגיוגרמות יש לבצע בשני צפיות אורתוגונאליות כדי לרכוש שערוך חזותי של חומרת היצרות. האנגיוגרפיה הסופית (איור 5) ניתן גם לבצע עם מיצוב subselective של הצנתר האם-והילד בספינה האבובית, אשר מספק opacification מעולה עם ניגודיות מינימלית.
12. מיד להעביר את החיה אל הסוויטה MR כדי לעבור לחץ לב זלוף MRI באמצעות gadobutrol (0.1 mM/ק"ג) הוזרק בקצב של 2 מ מ/שניה.
    הערה: סוכן הלחץ ששימש היה 4 דקות אינפוזיה של אדנוזין ב 300 μg/kg/min. פרוטוקול הדמיה כללה 1) cine הדמיה (שדה תצוגה [FOV] = 292 x 360 mm, מטריצה גודל = 102 x 126, זמן חזרה [TR] = 5.22 ms, זמן הד [TE] = 2.48 ms, פרוסה עובי = 6 מ"מ, פיקסל רוחב = 450 Hz, להעיף זווית = 12 °); 2) מעבר זלוף במנוחה בשיא אדנוזין vasodilator המתח באמצעות רצף הדרגתי מפונק הד (fov = 320 x 320 mm, מטריצה גודל = 130 x 130, TR = 2.5 ms, TE = 1.1 ms, פרוסה עובי = 10 מ"מ, פיקסל רוחב = 650 Hz, להעיף זווית = 12 °; ו 3) מאוחר גדוליניום שיפור הדמיה באמצעות א-מגודרת, מקוטע, מפונק מעבר-הד בשלב רגיש-היפוך-רצף שחזור (fov = 225 x 340 mm, מטריצה גודל = 131 x 175 mm, TR = 5.2 ms, TE = 1.96 ms, פרוסה עובי = 8 מ"מ, זמן היפוך (TI) = ממוטב להפוך את רוחב הפס = 465 Hz, זווית היפוך = 20 °). תמונה מעבר הראשון של המחשה מוצג באיור 6.
13. לאחר השלמת הפרוטוקול MRI, המתת את החזיר על ידי עירוי של נתרן פנטוברביטל (100 מ"ג/ק"ג).
14. לבצע כריתת האונה הצדדית, לבלו את הלב, ולנתח את הלב vivo לשעבר לחשוף את כלי הדם הכליליים. שימו לב למיקום השתל ביחס לענפים האלכסוניים (שטח LAD) או לענפים שוליים מקהה (LCX) ולאחזור השתלים.
15. שימוש במספריים מטזנבאום ומעוקלים, פתחו את כלי הקיבול ובדקו את כלי הקיבול לפציעה ברוטו (ראו איור 7). לצלם את רקמת הלב לפתולוגיה ברוטו ומכתים עם טריפנילטזווכלוריד להוציא אוטם שריר הלב (ראה איור 8).

תוצאות

לאחר המיטוב הראשוני של ההליך, הושלמה מרכיב ההתערבות בתוך 30 דקות. השתלים נמסרו בהצלחה בכל 11 הנושאים (100%). השתל אוחזר בנתיחה שלאחר המוות בכל 11 הנושאים (100%). באמצעות ענפים אלכסוניים (לאורך הנער) או ענפים שוליים קהה (לאורך LCX) כמו סמנים מיקום, מצאנו את המיקום של השתל ב-fluoroscopic פריסה מונחה בנתיחה לאח?...

Discussion

בעבודה זו, אנו התמקדו אסטרטגיית הפריסה הרומן הפרעורית עבור שתלים היצרות כלילית ממריץ והראה כי קטטר אמא וילד יכול להיות מחדש עבור משלוח יעיל לאספקה של 3D שתלים המודפסים כלילית. מלאכותי דיסקרטית כלילית מלאכותית של חומרת משתנה ניתן ליצור במהירות במודלים חזירים עם שיעור הצלחה גבוהה באופן פול?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D-Printed coronary implants	Study Site Manufactured
Amiodarone IV solution	Study Site Pharmacy
Amplatz Left-2 (AL-2) guide catheter (8F)	Boston Scientific, Marlborough, Massachusetts, USA
Balance Middleweight coronary wire (0.014” 300cm)	Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA
COPILOT Bleedback Control valve	Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA
Esmolol IV solution (1 mg/kg)	Study Site Pharmacy
Formlabs Form 2 3D-printer with a minimum XY feature size of 150 µm	Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA
Formlabs Grey Resin (implant material)	Formlabs Inc., Somerville, Massachusetts, USA
Gadobutrol 0.1 mmol/kg	Gadvist, Bayer Pharmaceuticals, Wayne, NJ
GuideLiner catheter (6F)	Vascular Solutions Inc., Minneapolis, Minnesota, USA
Heparin IV solution	Surface Solutions Laboratories Inc., Carlisle, Massachusetts, USA
Ketamine IM solution (10 mg/kg)	Study Site Pharmacy
Lidocaine IV solution	Study Site Pharmacy
Male Yorkshire swine (30-45 kg)	SNS Farms
Midazolam IV solution	Study Site Pharmacy
NC Trek over-the-wire coronary balloon	Abbott Laboratories, Abbott Park, Illinois, USA
Oxygen-isoflurane 1-2% inhaled mixture	Study Site Pharmacy
Rocuronium IV solution	Study Site Pharmacy
Sodium Pentobarbital IV solution (100mg/kg)	Study Site Pharmacy
Triphenyltetrazolium chloride stain	Institution Pathology Lab