エレクトロとバルーン拡張ベアメタルステントを使用した小口径ステントグラフトの作製

要約

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.

要約

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.

概要

冠動脈インターベンションの手順は、プラークの破壊および血管壁に起因する重大な血管壁の損傷を引き起こします。これは、再狭窄、静脈グラフトの末梢塞栓症、および冠状動脈内腔^1-4の不連続が生じます。これらの合併症を回避するために、有望な戦略は、血管形成部位における血管表面を覆うように、潜在的に再狭窄を阻害するであろう、血管内腔の不連続のリスクを軽減、および末梢塞栓症を防止するであろう。これまでの研究では、ステントグラフト⁵のための肯定的な結果とステントグラフトにベアメタルステントを比較しました。研究者は、ステントをカバーするために膜を製造するためにいくつかの材料を使用しました。これは、ポリエチレンtetraphthalate（PET）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリウレタン（PU）、及びシリコン又は覆われたステント^6-9を製造するため^の自家血管組織のような合成材料を含んでいます。ステントを被覆するために使用される理想的な移植片材料は、抗血栓性、非biodegrであるべきですadable、および過度の増殖や炎症¹⁰せずに天然の組織と統合する必要があります。ステントを被覆するために使用される移植片材料はステント移植片の治癒を促進すべきです。

ステントグラフトが広く頚動脈の擬似動脈瘤、動静脈瘻は、静脈グラフトを縮退、大動脈縮窄の治療のために使用され、巨大な脳動脈瘤の大きさです。しかし、小口径のステント移植片の開発は、ステントグラフトの展開^11-14に役立つロープロファイルと柔軟性を維持する能力によって制限されます。 PUは、ロープロファイルおよび良好な柔軟性^15,16を達成するための所望の形質である良好な機械的強度と弾性ポリマーです。良好なデリバリーを有することに加えて、ステントグラフトはまた、迅速な治癒および内皮化を促進すべきです。 PUは、ステント移植片は、より良い生体適合性を実証し、内皮^17を強化してい覆った。研究者は持っています以前PUは内皮細胞¹⁷でそれらを播種することによりステントグラフトを覆われた内皮化しようとしました。ナノファイバーマトリックスを作成するためにPUのエレクトロスピニングは、血管移植片^18,19を製造するための貴重な技術であることが示されています。天然の細胞外マトリックスの構造を模倣するナノファイバーの存在はまた、内皮細胞増殖^20,21を促進することが知られています。エレクトロスピニングは、材料²²の厚さを制御することができます。 PUで作られた小口径血管移植片は、表面コーティング、抗凝固剤、及び細胞増殖抑制剤としての修飾を使用して、治癒を促進するために研究されています。すべてのこれらの変更は、ホスト受け入れを媒介グラフト治癒^23を促進するように設計されています。

当社グループは、動物モデル^24-26で展開することができるバルーン拡張ベアメタルステントを開発しました。エレクトロポリウレタンメッシュとボールの組み合わせキューン拡張型ステントは、小口径のバルーン拡張型ステント移植片を生成することができました。現在利用可能なステント移植片のほとんどは、介入手順中に大腿動脈を介して導入されているが、わずか数商業覆われたステントは非膨張バルーン²⁷のために必要とされるよりも大きい1フレンチサイズを導入することができます。本研究では、経皮的インターベンションの手順で標準8-9フランスのガイドカテーテルを使用して冠状動脈に送達することができるエレクトロPUの2つの層の間のバルーン拡張型ステントをカプセル化することにより、小口径血管ステントグラフトを開発しました。

プロトコル

マンドレルコレクター上のポリウレタンの1エレクトロスピニング

1. エレクトロスピニングのためのマンドレルを準備
   1. オーブンを用いて155℃でメスシリンダー（約9ミリメートルの直径、深さ110 mm）の生体適合性、食品グレード、水溶性担体材料の約8ミリリットルメルト。
   2. マンドレルの表面上に支持材料のコーティングを得るために、直径3mm及び長さ100mmのステンレス鋼マンドレルを浸し。浸漬前に、溶融した担体材料で表面を濡らすのに役立つマンドレル表面の温度を上昇させるために、約15分間155℃のオーブンでマンドレルを配置します。
   3. 溶融した支持材料がマンドレル表面上に均一な薄いコーティングを形成する固化しながら浸したマンドレルは、約140℃に冷却してみましょう。重力がオフに滴下する過剰な支持材を引き起こすように、冷却プロセスの間に、垂直方向にマンドレルを掛けます。このコーティングは、容易に可能マンドレルから完成したステント移植片の除去。
2. エレクトロスピニングシステムのマンドレルコレクタの設定（図1に示すように）
   1. 水平に実験室用ミキサーを合わせ、ヒュームフード内部の反対側の端部にステンレス製の心棒を保持するプラスチック製の棒を接続します。
   2. マンドレルの端部にプラスチック製の支持ロッドを収容するために、水にマンドレルの先端のみを浸漬することによって、マンドレルの先端から支持材を溶解します。マンドレルコレクタの均一な回転を補助するために、マンドレルの自由端にプラスチック支持棒を支持します。
   3. ステンレス製の心棒を確保し、エレクトロスピニングの間に滑りを回避するために、プラスチック製の支持ロッドにセットネジを使用してください。
   4. ステンレス鋼のマンドレルにU字状のアース線を取り付けることにより、マンドレルコレクタを接地してください。マンドレルの側面にアース線を保持するためにゴム製のOリングを使用してください。
3. セッティエレクトロスピニング装置の液体ポリウレタン押出システムをngの
   1. 15％を得るために、25％（メートル/ v）のポリウレタン（PU）原液とジメチルアセトアミド（DMA）をミックス（メートル/ v）のPU DMA溶液（ 例えば 、9ミリリットルの25％PU溶液にDMAの6ミリリットルを追加します）。
      注意！適切な個人用保護具とヒュームフード内部の作業を行います。
   2. 15％PU溶液で平滑末端ステンレス鋼針（口金）に5ミリリットルのガラスシリンジを埋めます。
   3. シリンジの内径に対して0.01 ml /分で押し出すシリンジポンプをプログラムします。
   4. マンドレルコレクタから約20cm針の先端に水平にシリンジポンプの口金にシリンジをマウントします。電気アーク放電を回避するためにゴムシートを用いて、シリンジポンプの導電性部分から注射器を絶縁します。
   5. ワニ口クリップを使用して、注射器の口金に高電圧発生器を接続します。
4. 0.01ミリリットル/分であり、ロタでシリンジポンプを実行します。低速（ 例えば 、50 rpm）で実行されている実験室用ミキサーでマンドレルをTE。
5. 口金全体の20キロボルトの電圧差とコレクタマンドレルを適用します。 PUナノファイバーは、回転マンドレル上に堆積開始され、薄層が数分以内に表示されます。ヒュームフードがオフになっていると排気が電気紡績ナノファイバーの損失を回避するために閉じていることを確認してください。

2.ステントグラフトをエレクトロスピニング

1. （ステップ1で説明したように）2時間回転マンドレル上にエレクトロスピニングPUナノファイバーは、均一なチューブを作成します。
2. ベアメタルステントをインストールするには、実験室用ミキサーに接続されたプラスチック製の棒からマンドレルを削除します。前溶剤ヒュームが除去され、その名残を確実にするために、マンドレルを除去するヒュームフードやオープン排気をオンにします。
3. 目的の場所にエレクトロスピニングされたチューブにバルーン拡張ステンレス鋼ステント^26をスライド^させます。 SLIので少しステントを拡張する必要があるかもしれませんpsの電界紡糸管を損傷することなく上。
4. ステントをしっかりとマンドレル上にチューブ材料に設定し、スライドするのに十分な緩みされていないことを確認するために、ステントを圧着します。また、これは、内側と外側の層の剥離を防止するのに役立つであろう。
5. ステントグラフトの外側の層をエレクトロスピニングするための実験室用ミキサーのプラスチック棒に再びチューブおよびステントとマンドレルをロードします。
6. ステップ1で説明したように3時間エレクトロスピニングナノ繊維は、ステントグラフトの外側層を作製しました。
7. 後で外側をエレクトロスピニングした後、円周方向にPU素材にメスを用いて、ステントの端から約1ミリメートルを切りました。
8. マンドレルからステント移植片を放出するマンドレルから支持材料を溶解し、脱イオン水でステントグラフトとマンドレルを浸します。完全に支持材料を溶解するために、必要に応じて新鮮な水と交換してください。
9. 支持材料が溶解したら、優しくトンからステントグラフトを削除彼はマンドレルと乾燥させます。空気乾燥に許可する前に、残りの支持材を溶解するために、脱イオン水で除去されたステントグラフトを浸すことを検討してください。

製造ステントグラフトの3試験

1. 3ミリメートルのつ折りバルーン上のステント移植片をスライドさせます。
2. 圧着工具、手持ちを使用してバルーン上にステント移植片を圧着します。
3. ステントの変形に均一に圧着するための顕微鏡とカバー材の剥離やパンクなどの故障の任意の他の徴候を使用してクリンプステントグラフトを点検します。
4. 膨張装置および水でつ折りバルーンを加圧することにより、3ミリメートルの設計直径にステントグラフトを展開します。ここでも、均一な膨張と故障の兆候が拡大ステントグラフトを調べます。

結果

我々のelectrospinnerセットアップ（ 図1）は、高品質のポリウレタンナノファイバー（ 図2）をもたらしました。ステントグラフトは、マンドレル上にポリウレタンの内部層をエレクトロスピニングこの層の上にベアメタルステントを滑り、及びポリウレタンの第二の外側層（ 図3）をエレクトロスピニングすることによって製造されます。ポリウレタ?...

ディスカッション

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 ...

資料

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 9mm 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