実験的大動脈弁処置および新規医療機器の流体力学的試験のための ex vivo 豚モデル

要約

ブタ大動脈弁をパルスデュプリケーターに取り付けて、その流体力学的特性をテストする方法を紹介します。この方法は、大型動物モデルで使用する前に、実験手順または新しい医療機器を適用した後の流体力学の変化を決定するために使用できます。

要約

動物モデルで使用する前に、新しい心臓手術や治験医療機器をテストするための選択肢は限られています。本研究では、ブタ大動脈弁をパルスデュプリケーターに取り付け、その流体力学的特性を評価する方法を提示する。これらの特性は、調査中の手順が実行される前と後に評価され、および/または調査医療機器が適用される前に評価できます。流入セグメントの固定は、左心室流出路に円周方向心筋がないため、いくらか困難を呈する。この方法は、僧帽弁の前尖を使用して流入セグメントを固定し、流入固定具の周囲に左心室の自由壁を縫合することで、この問題に対処します。流出セグメントは、大動脈弓の上側の切開部にフィクスチャーを挿入するだけで固定されます。その結果、標本は組織固定前後で流体力学的特性が大きく異なることがわかった。この発見により、試験では新鮮な試験片を使用することになり、この方法を使用する際には考慮する必要があります。本研究では、この方法を用いて、装着されたブタ大動脈弁に大動脈弁の新尖弁形成術(尾崎法)を行うことにより、弁膜位置で使用するための新しい心臓内パッチ材料を試験しました。これらのバルブは、ネイティブバルブと比較して流体力学的特性の変化を評価するために、手順の前後にテストされました。ここでは、実験的な大動脈弁手順の流体力学的テストのためのプラットフォームを報告します ネイティブ弁との比較、および調査中の手順に使用されるさまざまなデバイスと技術間の比較を可能にします。

概要

大動脈弁疾患、特に大動脈弁狭窄症は公衆衛生上の大きな負担であり、世界中で900万人が罹患しています¹。この疾患に対処するための戦略は現在進化しており、大動脈弁修復術や大動脈弁置換術などがあります。特に小児集団では、現在利用可能なプロテーゼは構造弁変性(SVD)を起こしやすく、成長耐性がなく、患者の成長に合わせて再置換のための再手術が必要になるため、弁を交換するのではなく修復する大きなインセンティブがあります。罹患した大動脈弁(AV)を生来の肺動脈弁(PV)に置き換えるロス手術でさえ、肺の位置にプロテーゼまたは移植片を必要としますが、これもSVDの対象となり、多くの場合、成長耐性が制限され^ます2。大動脈弁疾患に対する新しいアプローチが開発されており、大動物モデルに適用する前に、生物学的に関連性のある状況でテストする必要があります。

私たちは、新しい医療機器の治験手順または適用の前後の弁の機能に関する洞察を提供できるブタAVをテストする方法を開発しました。市販のパルス複写機にブタAVを搭載することで、逆流率(RF)、有効オリフィス面積(EOA)、平均陽圧差(PPD)など、人工弁の調査と最終的な承認に一般的に使用される流体力学的特性を比較することができます^3,4.この介入....

プロトコル

すべての研究は、動物の世話に関する施設のガイドラインに準拠して行われました。

1. 実験の検討と準備

1. AVを介した心拍出量のシミュレーションに適したパルスデュプリケーター(PD)を利用します。PDは、生物学的物質を収容でき、洗浄できる必要があります。
   1. AV のテストに適した PD 設定を利用します: 70 mL の変位量と毎分 70 拍数 (5 L/分の心拍出量)、収縮期の心周期の 35%、平均 100 mmHg 経弁圧勾配、120 最大圧力勾配、および 80 最小圧力勾配。
   2. 室温(RT)の生理食塩水(0.9%NaCl)を流体媒体として使用します。
2. PDでテストするためにブタAVを取り付けるのに適した固定具を(3Dプリントまたは同様の方法を使用して)見つけるか作成します。
   1. 次の仕様のパルスデュプリケーターに付属するフィクスチャをモデルにしたフィクスチャを利用します:フィクスチャの内径が調査対象のAVの直径と類似していること、取り付け長さが2cm以上であること、使用可能な取り付け幅が4cm以上であることを確認してください(図1)。
   2. 固定具の端にゴム製のOリングをガスケットとして使用します。
3. 軟骨切除術後に心臓....

ディスカッション

ここで紹介する方法は、実験手順や新しい医療機器の効果を調べるために、AVの流体力学的試験のためのプラットフォームを提供します。ネイティブ大動脈弁をパルスデュプリケーターマシンに取り付けることで、新しい人工弁(ISO 5840)の調査と承認に使用されるすべての流体力学的パラメータに対する実験手順の効果を判断することができます。これにより、大型動物モデルで使用する前に?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Printer	Ultimaker	Ultimaker S5	Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing
Crile-Wood Needle Driver	Emerald Instruments	2.0638.15	Used for suturing ventricle
Debakey Forceps	Jarit	320-110	Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant)
Ethanol 200 proof	Decon Labs Inc.	DSP-MD.43	Used for fixed tissue storage
Formalin 10%	Epredia	5701	Used for tissue fixation
Gerald Forceps	Jarit	285-126	Used for dissection and sample preparation
Glass jars	QAPPDA	B07QCP54Z3	Used for tissue storage
Glutaraldehyde 25%	Electron Microscopy Sciences	16400	Used for tissue fixation
HEPES 1 M buffer solution	Fisher	BP299-100	Used to make glutaraldehyde 0.6%
Mayo Scissors	Jarit	099-200	Used for cutting suture
Metzenbaum Scissors	Jarit	099-262	Used for dissection and sample preparation
O-ring	Sterling Seal & Supply Inc.	AS568-117	Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures
Polylactic acid resin	Ultimaker	1609	Used for 3D printing fixtures
Polyproplene suture	Covidien	VP-762-X	Used for suturing ventricle, tapered needle
Pulse Duplicator	BDC Laboratories	HDTi-6000	Used for hydrodynamic testing
Silk ties	Covidien	S-193	Used for ligating coronary arteries
Tonsil Clamp	Aesculap	BH957R	Used for coronary artery dissection
Zip ties (6 inch)	Advanced Cable Ties, Inc.	AL-06-18-9-C	Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide
Zip ties (8 inch)	GTSE	GTSE-20025B.1000	Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide