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Method Article
再循環試験プラットフォーム内の補助人工心臓(VAD)で血栓症を誘発するためのベンチトッププロトコルを提示します。この方法は、血流経路の血栓形成ホットスポットを特定するのに役立ち、動物モデルでの前臨床試験に先立って血栓抵抗性を改善するのに役立ちます。
血栓症のリスクは、補助人工心臓(VAD)の開発と臨床使用において依然として大きな懸念事項です。VAD血栓形成性の従来の評価は、主に動物実験を通じて行われ、費用と時間がかかり、倫理的な懸念を引き起こし、最終的にはヒトの転帰を正確に反映していない可能性がある。これらの制限に対処するために、血栓症を誘発し、血流経路内の潜在的な高リスク領域を特定するように設計された積極的な in vitro 試験プロトコルを開発しました。このプロトコルは、丸山らの研究に動機付けられており、修正された抗凝固戦略を採用し、容易に入手可能なコンポーネントを利用しているため、VADの in vitro 血液検査を実施するほとんどの研究室で利用できます。私たちは、小型の磁気浮上型小児VAD(PediaFlow PF5)の反復試験と改良を通じて、この方法の有用性を実証しました。この方法は、初期のVADプロトタイプの設計および製造上の欠陥によって引き起こされる血栓形成ホットスポットを特定するのに効果的であり、動物実験に進む前に的を絞った改善を可能にしました。拍動性の流れの欠如やドナーの血液特性の影響などの制限にもかかわらず、このプロトコルは、初期段階のVAD開発とリスク軽減のための実用的なツールとして機能します。
補助人工心臓(VAD)は、進行性心不全患者の管理における標準治療となっていますが、血栓症や脳卒中のリスクは依然として大きな課題です1,2。VAD内の血栓症は通常、前臨床動物試験で評価されますが、これは価値がありますが、かなりのコストと物流上の課題があります。これらの研究は、リソースと時間がかかり、1つの欠陥によって試験全体が損なわれ、追加の試験が必要になる可能性があります。これは、経済的な負担を増大させるだけでなく、動物実験を繰り返す必要があるため、倫理的な懸念も生じます。
血小板沈着と血栓症を予測するための多くの数値モデルが存在するが、VADs 7,8,9のようなマクロスケールのデバイスで血栓形成をシミュレートするのに適したものはごくわずかである。さらに、既存のモデルは必然的に理想的な表面と単純化された「水密」形状を前提としており、実際のポンプアセンブリの複雑さと不完全性を正確に反映していません。血小板-表面相互作用を考慮すると、これらのマクロスケールモデルは、一般に、均一に規定された材料特性(通常は表面-磁束境界条件の係数としてモデル化される)10,11,12を使用する。したがって、数値モデルは血液による実験的試験を完全に置き換えることはできません。
材料の選択と表面仕上げの両方が、VAD表面13,14,15,16,17の血小板接着において重要な役割を果たします。ざらざらした斑点や凹凸などの欠陥は、血小板の付着と血栓形成を促進する可能性があります。さらに、流路内のコンポーネント間の隙間は、血栓症の病巣として機能し、血栓が形成されて成長する可能性のある保護された環境を提供する可能性があります18,19。組み立て中にグリース、潤滑剤、またはシーラントを使用すると、これらの物質が流路に浸透して血液と相互作用し、合併症のリスクがさらに高まる可能性があるため、リスクをもたらす可能性があります。
したがって、VADが動物実験または臨床使用を受ける前に、VADの血栓抵抗性を確実に評価できる、明確に定義されたin vitro試験プロトコルが必要です。溶血の評価には広く採用されているASTM規格があるが20、臨床的に関連性のある手術条件下でのVADの血栓形成性試験にはそのような規格は存在しない21。血液ポンプ22,23,24,25のin vitro血栓症試験の実現可能性を実証する30年前にさかのぼる独創的な研究にもかかわらず、動物実験は今日まで血栓症を評価するための事実上の慣行として存続してきました26。in vitro法の広範な採用の障害は、凝固の複雑な性質である可能性が高く、試験結果に影響を与える可能性のある多数の交絡因子があり、内因性ポンプ血栓形成性と方法論的制限や手続き上のエラーによって生じるアーティファクトを区別することが困難になっています。
これにより、実験家が落とし穴を避けるためのガイドとして詳細なプロトコルを共有するようになり、in vitro試験の使用を促進し、動物実験への依存を軽減することになりました。本明細書に記載のプロトコルは、Maruyamaら27から派生したもので、第5世代PediaFlow(PF5)小児用VAD28,29の設計中に改良され、検証された。この試験方法は、動物実験に先立ってVADプロトタイプの潜在的な血栓形成リスクを体系的に特定し、対処するのに役立ちました。
この研究で使用されたヒツジの全血は、商業業者から入手したため、コーネル大学の動物管理委員会による審査は必要ありませんでした。
1. テストフローループの構築
注:このプロトコルで使用されるループコンポーネントとその他すべての材料の詳細なリストについては、 材料の表 を参照してください。
2.塩化カルシウム(CaCl2)溶液の調製
3.血液の調製
注:この研究で使用されたヒツジの血液は、 材料表に記載されている商業ベンダーから入手しました。血液は14Gの針を使用して採取され、動物は標準的な農業用立位で拘束されました。採取作業は、針の挿入から完了まで10〜12分かかりました。血液は、14 部の CPD から 86 部の血液 (CPD 製剤: 26.3 g/L クエン酸 Na-Citrate、25.2 g のデキストロース、3 g/L クエン酸、および 2.2 g/L の Na リン酸を脱イオン [DI] 水中に含ませて抗凝固しました)。血液バッグは、アイスパック付きの断熱容器に入れて一晩輸送され、収集から24時間以内に実験に使用されました。
4. 事前テスト手順
注: このセクションで説明するすべての手順は、セクション 5 と 6 に適用されます。これらの手順は、ウシ血清アルブミン(BSA)またはループ内の血液でポンプを操作する前に実行してください。重力供給を使用して血管間で血液を移動させ、機械的ストレスを最小限に抑えます。シリンジプランジャーを使用して血液を送り込むと、過度の圧力がかかる可能性があるため、避けてください。さらに、細胞成分の損傷を防ぐために、狭い開口部から血液を絞めないでください。
5.血液接触面の不動態化
6.血栓症検査
7. 清掃手順
このプロトコルを成功裏に実行すると、血小板沈着の局所領域を特定でき、ポンプの流路内の問題のあるスポットが明らかになります。このプロトコルを一貫して適用することで、これらの特定された「ホットスポット」に対処することにより、段階的な改善が可能になります。
例えば、PediaFlow PF5 VADの開発中、ステータベーンの圧力側を手作?...
新しいポンプのファースト・イン・ヒューマン試験は、前臨床試験でヒトのVADの血栓形成性を確実に予測できないため、常に不安定な試みである26。特に、動物実験で血栓症からの自由を実証した一部のVADは、後に臨床使用で有意な血栓形成性を示しました36。血栓症を誘発するために特別に設計された積極的な in vitro 試験?...
S.E.O.は現在、Magenta Medicalのコンサルタントを務めており、以前はBoston Scientificのコンサルタントでした。他の著者は、報告すべき関連する財務開示または利益相反を持っていません。
この研究は、国立衛生研究所の助成金R01HL089456と米国陸軍医学研究取得活動プロジェクト番号W81XWH2010387の支援を受けました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
14-mL test tubes | Falcon | 352059 | Round bottom polypropylene test tubes with snap-cap |
1-way stopcock | Qosina | 99759 | Female Luer Lock, Male Luer with Spin Lock |
3-way stopcock | Qosina | 99771 | 2 Female Luer Locks, Rotating Male Luer Lock |
ACT+ cuvettes for Hemochron | Werfen | 000JACT+ | 45/Box |
All-purpose cleaner/degreaser | Simple Green | 2710200613005 | Simple Green Cleaner and Degreaser. Use 1% solution. |
Barbed connectors | Qosina | 73311 | Material: polycarbonate; ¼” x ¼” straight connector |
Barbed connectors w/ luer lock | Qosina | 73316 | Material: polycarbonate; ¼” x ¼” straight connector with luer lock |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Thermo Scientific Chemicals | AAJ6465522 | Or equivalent |
Calcium chloride, CaCl2 | Thermo Scientific Chemicals | AA89866-30 | Anhydrous, ≥96.0% ACS |
Dissecting scope (recommended) | Olympus | https://www.olympus-lifescience.com/en/technology/museum/micro/1984/ | Olympus SZH10 (continuous zoom magnification 7x - 70x) or similar |
DPBS (w/o calcium and magnesium) | Gibco | 14200075 | Dulbecco's phosphate-buffered saline, no calcium, no magnesium, 10X (must be diluted to 1X before use) |
EDTA | Quality Biological | 351-027-721EA | 0.5 M, pH 7.0–8.0 (Ethylenediaminetetraacetic acid) |
Endoscope/borescope/otoscope camera (optional) | Bebird | https://bebird.com/products/earsight-pro-ear-wax-removers | 3–4 mm probe diameter |
Enzyme-active powdered detergent | Alconox | 1304-1 | Alconox Tergazyme. Use 1% solution. |
Extension Line, 30" | Qosina | 36218 | 30" length, female luer lock to male luer lock |
Extension Line, 6" | Qosina | 36212 | 6" length, female luer lock to male luer lock |
Female luer lock, barbed | Qosina | 11548 | Fits 1/8 inch ID Tubing; material: polycarbonate; |
Flow meter | Transonic | https://www.transonic.com/t402-t403-consoles | Transonic TS410 module |
Hemostat | Fisherbrand | 13-820-004 | Locking hemostat with at least 5 cm tip length |
Heparin Sodium | McKesson Packaging Services | 949513 | 1000 U/mL concentration |
Hoffman clamp | Humboldt | H8720 | Fine-threaded clamp |
IV bag (compliant blood reservoir) | Qosina | 51494 | Material: PVC, 2 Tube ports 0.258” ID. The 100-ml bag is modified using a heat sealer |
Lint-free wipes | Kimberly-Clark Professional | 34120 | Kimtech Science Wipers |
Magnetic stirrer | INTLLAB | MS-500 | Or similar |
Male luer lock, barbed | Qosina | 11549 | Fits 1/8 inch ID Tubing; material: polycarbonate; |
Manometer (digital) | Sper Scientific | 840081 | SPER-840081 or similar |
Nylon filtering mesh | McMaster-Carr | 9318T21 | 100-μm (0.0039") opening size |
Ovine blood | Lampire | 7209004 | Donor whole blood, anticoagulated with ACD 14:86, shipped overnight |
Plastic bag heat sealer | Uline | H-190 | Uline H-190 or similar (without cutter) |
Silicone rubber adhesive | Smooth-On | B00IRC1YI0 | Sil-Poxy or similar |
Syringe w/ luer lock, 1 mL | Fisher Scientific | 14-955-646 | Fisherbrand manual syringe without needle for research purposes |
Syringe w/ luer lock, 3 mL | Fisher Scientific | 14-955-457 | Fisherbrand manual syringe without needle for research purposes |
Syringe w/ luer lock, 60 mL | Fisher Scientific | 14-955-461 | Fisherbrand manual syringe without needle for research purposes |
Transfusion filter | Haemonetics Corporation | SQ40S/SQ40NS | Haemonetics Corporation SQ40S pall blood transfusion filter |
TRIS Buffered Saline | Thermo Scientific Chemicals | AAJ62938K2 | TBS 10x (must be diluted to 1X before use), pH 7.4 |
Tubing | Tygon | ADF00017 | Tygon ND-100-65 tubing (medical grade) |
Ultrasonic flow sensor | Transonic | https://www.transonic.com/hqxl-flowsensors | Select appropriate flow sensor model for the tubing size used. ME6PXL clamp-on sensor fits the 3/8” OD tubing. The sensor is calibrated by Transonic for the test fluid (e.g., blood at 24C) and tubing grade (e.g. Tygon ND-100-65) |
Ultrasonic sonicator (optional) | Branson Ultrasonics | CPX952238R | Branson CPX2800H or similar |
VAD system | PediaFlow | PF5 | The VAD system to be tested; includes the pump and the controller |
Whole Blood Coagulation System | Werfen | https://www.werfen.com/na/en/point-of-care-testing-devices/ACT-machine-hemochron-signature-elite | Hemochron Signature Elite or Signature Jr |
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