허혈성 심장 질환의 돼지 모델에 3D 인쇄 관상 동맥 협착 임플란트의 배포를위한 새로운 경피적 인 접근 방식

요약

우리는 허혈성 심장 질환의 폐쇄 가슴 돼지 모델을 만들기 위해 3 차원 인쇄 관상 동맥 임플란트의 경피 적 전달을위한 새로운 비용 효율적이고 효율적인 기술을 설명합니다. 임플란트는 높은 성공률을 가진 어머니와 자식 확장 카테터를 사용하여 제자리에 고정되었습니다.

초록

큰 동물에서 초점 관상 동맥 좁히기의 모형을 만들기 위한 최소침습 적인 방법은 도전적입니다. 3차원(3D) 인쇄된 관상 동맥 임플란트를 사용하여 신속한 프로토타이핑을 사용하여 국소 관상 동맥 협착증을 예방할 수 있습니다. 그러나 보조 장비를 사용하지 않으면 임플란트의 안정적인 전달이 어려울 수 있습니다. 우리는 임플란트의 안정화및 관상 동맥 혈관의 길이를 따라 원하는 위치에 3D 인쇄 임플란트의 효과적인 전달을위한 어머니와 아이 관상 동맥 가이드 카테터의 사용을 설명합니다. 국소 관상동맥 협착은 관상동맥 시네장조하에서 확인되었고 관상동맥 협착증의 기능적 유의는 가돌리늄 강화 제1패스 심장 관류 MRI를 사용하여 평가되었다. 우리는 허혈성 심장 질환의 돼지 모델 (n = 11)에서 3D 인쇄 관상 동맥 임플란트의 신뢰할 수있는 전달이 어머니와 아이 관상 동맥 가이드 카테터를 용도 변경하여 달성 될 수 있음을 보여주었다. 우리의 기술은 관상 동맥 협착증의 폐쇄 흉부 돼지 모델을 만들기 위해 관상 동맥 임플란트의 경피적 전달을 단순화하고 낮은 절차 실패율로 신속하게 수행 할 수 있습니다.

서문

허혈성 심장 질환은 미국에서 사망의 번호를 하나의 원인이 계속^1. 대형 동물 모델은 관상 동맥 질환 (CAD) 및 관련 합병증 (심근 경색, 부정맥 사건 및 심부전 포함)을 구동하는 메커니즘뿐만 아니라 새로운 치료법 또는 진단 양식의 테스트를 이해하고 특성화하기 위해 실험적으로 사용되었습니다. 이러한 연구의 결과는 허혈성 심장 질환의 이해, 진단 및 모니터링을 넓히고 임상 실습을 진행하는 데^{도움이되었습니다 2.} 토끼, 개, 돼지 등 여러 동물 모델이 사용되었습니다. 그러나, 관상 동맥 스테노스, 특히 이산 병변은 이러한 동물에서 매우 드물게 발생하며 재현성^3을유도하기 어렵다. 이전 작업은 결찰, 폐색기 또는 외부 클램프를 사용하여 인공 관상 동맥 스테노스의 생성을 설명했습니다. 최근에는 3D 프린팅 기술을 사용하여 경피적으로 이산 인공 관상 동맥 축소를 만드는 데 사용할 수 있는 관상 동맥 임플란트를 제조하는 방법을^{설명했습니다 4.} 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용하여 관상 동맥 임플란트를 다양한 내경 및 외부 직경과 임플란트 길이를 가진 중공 튜브로 설계한 다음 시판되는 첨가제를 사용하여 제작했습니다. 임플란트는 둥근 가장자리가있는 부드럽고 중공, 3D 인쇄 튜브입니다. 우리는 내경, 외경 및 길이의 범위와 임플란트 크기의 라이브러리를 설계했다. 임플란트의 외경은 관상 동맥 가이드 카테터의 크기를 기반으로합니다. 내경은 수축된 관상 동맥 혈관 성형술 풍선의 크기를 기반으로 합니다. 우리는 관류의 원하는 심각도를 맞추기 위해 임플란트의 길이를 다양화했습니다. 그러나 이러한 장치의 안전한 경피 적 전달은 큰 동물 사용을 위해 특별히 제조 된 전선 및 카테터의 부족으로 인해 어려울 수 있습니다. 대조적으로, 카테터, 전선 및 지지 장비의 광범위한 컬렉션은 인간의 관상 동맥에서 임상 사용을 위해 사용할 수 있습니다. 이 작품에서는 3D 인쇄 관상 동맥 임플란트의 전달을 위해 임상 등급의 어머니와 어린이 관상 동맥 가이드 카테터를 재사용하는 방법을 보여줍니다.

가이드라이너 카테터(그림1A)는심층 카테터 좌석과 복잡한 케이스에 대한 지지증가를 허용하기 위해 경피적 관상동맥 개입(PCI)을 위해 개발되었다^5. 조사에서 GuideLiner 카테터는 사용 및 가용성에 익숙하기 때문에 선택되었지만 사용 가능한 경우 유사한 카테터도 고려될 수 있습니다. "어머니와 자식" 가이드 카테터(그림1B)로간주되는 이 장치는 전형적인 관상 동맥 가이드 카테터("어머니") 내부에 적합하며 동축 연강 관("어린이")입니다. 이 카테터는 가이드 와이어 위에 삽입할 수 있으며 관상 동맥 가이드의 끝을 넘어 확장하여 일반적인 관상 동맥 가이드 카테터의 도달 범위를 효과적으로 연장합니다. GuideLiner 또는 이와 유사한 모성 및 자식 카테터는 3D 인쇄 관상 동맥 임플란트의 배치를 위한 추가 지원으로 사용될 수 있습니다. 임플란트는 혈관 성형술 풍선 위에 장착되어 관상 동맥 와이어를 통해 용기에 단위로 삽입되기때문에(그림 1B,1C),카테터는 원하는 부위에 임플란트를 전달하기 위한 추가적인 지원을 제공한다. 산모와 자식 카테터를 풍선과 근접하게 배치하면 풍선 디플레이션 및 후퇴 시 임플란트가 원하는 위치에 유지됩니다. 구조가 어느 정도 견고함에도 불구하고, 가이드와이어를 통해 관상 동맥 깊숙이 진열되는 산모와 자식 카테터의 독특한 능력과 카테터 팁의 방사선 파투석 마커는 이식에 필수적인 특성이었습니다.

우리의 조립된 전달 장치는 전형적인 관상 동맥 가이드 카테터, 어머니와 자식 카테터 및 수축된 관상 동맥 혈관 성형술 풍선에 고정된 3D 인쇄 임플란트로 구성되었습니다(그림1B). 기능적 전달 장치로서, 어머니와 자식 카테터는 장비의 전달을 위한 안정적인 추가 지원을 제공할 뿐만 아니라 풍선의 디플레이션 및 제거 시 임플란트를 제자리에 유지하는 전단 장치로 독특하게 적용되었습니다. 카테터 팁의 방사성 파소식 마커는 조립된 장치에 대한 위치 안내선역할을 하고 혈관성형술 풍선과 근접하게 앉았다. 이러한 특성으로 유동 제한 임플란트를 정밀하게 배치할 수 있습니다. 이 과정은 동물 주체를 위해 재현 가능하고 효율적이며 인도적이도록 설계되었습니다.

우리의 응용 프로그램에서, 어머니와 아이 경피 적인 납품 기술은 대조 강화한 긴장 심장 관류 자기 공명 화상 진찰 (MRI)의 평가를 위한 초점 관상 동맥 협착을 가진 돼지 모형을 만들기 위하여 이용되었습니다. 그러나, 이 기술은 관상 동맥 혈관 외부의 혈관 시스템을 포함하는 다른 조사에서 사용될 수 있다.

프로토콜

우리는 동물 복지법, 국립 보건원 및 미국 심장 협회의 동물 연구 동물 사용에 대한 지침에 따라 실험을 수행했습니다. 우리의 기관 동물 관리 및 사용 위원회는 동물 연구 프로토콜을 승인했습니다.

1. 3D 인쇄 관상 동맥 협착 임플란트의 사전 프로세스 경상 준비

1. 핀셋을 사용하여 인쇄 된 임플란트를 25 % 헤파린 용액에 찍어 혈전 형성을 방지하고 24 시간 동안 공기 건조할 수 있습니다.

2. 동물 과목의 사전 절차 준비

1. 수컷 요크셔 돼지(SNS 농장, 30-45kg)가 실험 일자 1주일 전에 기관에 도착하여 적응할 수 있도록 하십시오.
2. 돼지는 수술 전날 자정 이후에 금식 상태로 유지하십시오.

3. 절차 적 마취

1. 근육 내 케타민 (10 mg / kg)과 정맥 미다 졸람 (1 mg / kg)으로 돼지를 진정시.
2. 산소 이소플루란으로 동물을 환기 (1-2%) 혼합물.
3. 동물 성 피험체가 진정되면 내인성 삽관을 수행합니다.
4. 정맥 내 (IV) 로쿠로늄 (2.5 mg / kg /h)을 주입하고 횡격막 고정을 달성하기 위해 필요할 때 추가 boluses (20-30 분마다 1-3 mg / kg IV)를 제공합니다.
5. 각성, 움직임, 활력 징후의 넓은 변동 및 실험 기간 동안 고민이나 불편의 다른 징후를 확인하여 절차 전반에 걸쳐 마취의 외과 평면을 유지합니다. 우리는 마취하에 대략 6 시간 동안 돼지를 모니터링했습니다.

4. 혈관 접근

1. Seldinger 기술을 사용하여, 피험자의 양측 대퇴 동맥 및 정맥에 동맥과 정맥 외피를 삽입하십시오.
2. 모든 카테터 포트를 헤파린화된 일반 식염수로 지속적으로 세척합니다.

5. 사전 약물 투여

1. 아미오다론을 근육내 (1.5 mg/kg), 정맥 내 리도카인 (2 mg/kg), 그리고 부정맥에 대한 예방에 필요한 에스몰롤 (1 mg/kg)을 투여하십시오. 심실 리듬을 억제하고 심박수 반응을 조절하기 위해 실험 과정 전반에 걸쳐 필요에 따라 아미오다론, 리도카인 및 에스몰롤을 반복 투여합니다.
2. 혈관 접근이 얻어진 후, 활성화된 응고 시간(ACT)을 유지하기 위해 헤파린(5,000-10,000 단위)을 투여하고, 실험 과정에서 매시간 ACT를 확인하고 ACT 목표를 유지하기 위해 필요에 따라 추가적인 정맥 헤파린을 제공한다.

6. 혈역학 모니터링

1. 전체 실험 기간 동안 ST 세그먼트, T 파 및 심박수의 변화를 기록하기 위해 단일 측면 심전도 (ECG) 가슴 리드를 사용합니다.
2. 압력 트랜스듀서를 사용하여 절차 전반에 걸쳐 지속적인 대퇴 동맥 압력을 기록하십시오.
3. 지속적인 맥박 산소 측정기록을 위해 동물의 귀 또는 입술에 펄스 산소 측정기를 부착하십시오.

7. 임플란트 전달 장비의 준비

1. 관상 동맥 조영술을 수행하기 전에 풍선 팁이 카테터의 끝을 넘어 확장되도록 원하는 크기의 모자 카테터를 통해 수축 된 NC Trek 오버 더 와이어 관상 동맥 풍선을 삽입하십시오.
2. 3D 프린팅 된 임플란트를 수축 된 혈관 성형술 풍선에 장착하여 임플란트가 풍선의 마커 사이에 위치하고 근위 마커에 가깝게 배치되도록합니다(그림 1B).
3. 풍선에 임플란트를 고정하기 위해 풍선을 2-3 atm으로 팽창시. 임플란트가 풍선의 근위 반에 더 가깝게 위치하여 제거할 준비가 되면 산모 카테터에 가장 가깝게 배치되었는지 확인합니다(그림1B).

8. 관상 동맥 혈관 조영술 및 관상 동맥 임플란트의 배치

1. 형광C암을 전방(AP) 돌기안에 놓습니다.
2. 제어 밸브(재료 표참조)를 왼쪽 또는 오른쪽 관상 동맥 가이드 카테터에 부착합니다(재료 표참조).
3. 오른쪽 대퇴 동맥 외피를 통해 J-팁 와이어위에 가이드 카테터를 소개하고 형광경 지도하에 카테터를 대동맥 뿌리로 진행합니다.
4. 선택적으로 (또는 비선택적으로) 왼쪽 주요 관상 동맥에 카테터를 관여 (LMCA) 왼쪽 관상 동맥 시스템을 시각화하기 위해 형광 투시의 밑에 요오드화 대조의 5 mL를 주입합니다.
5. 가이드 카테터를 제2 혈관조영술을 위해 LMCA 쪽으로 위치시다(그림2). 관상 동맥 교전이 어려운 증명하는 경우, 돼지의 짧은 대동맥 아치로 인해 부분적으로 인해, 그들은 혈관의 적절한 시각화를 제공하는 한 비 선택적 혈관 조영아를 수행하는 것이 좋습니다.
6. 일단 LMCA 내에 관여하거나, 형광투시경 하에, 0.014", 300 cm 관상 동맥 와이어(재료 표참조)를 LMCA 내로 전진시키고 원하는 경우 원말 좌측 전방 내림하 동맥(LAD) 또는 좌측 외경 관상동맥(LCX)으로 와이어를 더욱 전진시다(도3).
7. 형광경 지도하에, 이전에 조립된 산모와 자식 카테터를 팽창된 관상 동맥 혈관 성형술 풍선과 함께 삽입하고 관상 동맥 와이어 위에 이식하고 관상 동맥 혈관을 따라 원하는 위치로 진행합니다. 관상 동맥 임플란트가 전개되어야 하는 위치에서 이산 협착을 시각화하기 위해 5 mL의 요오디나이트 대조를 주입합니다(그림4).
8. 임플란트가 제자리에 있으면, 산모와 자식 카테터를 팽창된 풍선의 근위 마커로 진행합니다.
9. 풍선을 수축시키고 산모 카테터를 통해 수축시. 이 과정을 통해 산모와 자식 카테터가 팽창식 에서 임플란트를 전단할 수 있으며 혈관의 지정된 세그먼트에서 임플란트의 위치를 고정할 수 있습니다.
10. 풍선, 모식 카테터 및 관상 동맥 와이어를 제거합니다.
11. 최종 혈관 조영술을 수행하여 선박 내의 새로운 인공 협착증의 위치를 문서화합니다. 가능하면, 혈관 조영술은 협착 증 엄격의 시각적 추정을 취득하기 위하여 2개의 직교 보기에서 수행되어야 합니다. 최종 혈관 조영술(그림 5)은또한 최소한의 콘트라스트로 우수한 opacification을 제공하는 근위 혈관에서 어머니와 자식 카테터의 하위 선택적 위치로 수행 될 수있다.
12. 즉시 2 mL / 초의 속도로 주입 gadobutrol (0.1 mM/ kg)를 사용하여 심장 스트레스 관류 MRI를 받아야하는 MR 스위트에 동물을 전송합니다.
    참고: 사용된 스트레스 제는 300 μg/kg/min에서 아데노신을 4분 동안 주입한 것입니다. 이미징 프로토콜은 1) 시네 이미징(시야 [FOV] = 292 x 360 mm, 매트릭스 크기 = 102 x 126, 반복 시간 [TR] = 5.22 ms, 에코 시간 [TE] = 2.48 ms, 슬라이스 두께 = 6 mm, 대역폭 = 450 Hz, 플립 각도 = 12°; 2) 버릇없는 그라데이션 에코 시퀀스를 사용하여 휴식 및 피크 아데노신 혈관 확장기 응력에서 첫 번째 패스 관류 (FOV = 320 x 320 mm, 매트릭스 크기 = 130 x 130, TR = 2.5 ms, TE = 1.1 ms, 슬라이스 두께 = 10mm, 픽셀 대역폭 = 650 Hz, 플립 각도 = 12°; 및 3) 심전도 게이트, 세그먼트, 버릇없는 그라데이션-에코 위상 민감성 반전-복구 시퀀스(FOV = 225 x 340 mm, 매트릭스 크기 = 131 x 175 mm, TR = 5.2ms, TE = 1.96 ms, 슬라이스 두께 = 8 mm, 시간 버전 에 최적화된 시간)을 사용하여 늦은 가돌리늄 향상 이미징 익셀 대역폭 = 465Hz, 플립 각도 = 20°). 그림 6에예시적인 첫 번째 패스 관류 이미지가 표시됩니다.
13. MRI 프로토콜이 완료 된 후, 펜토 바르 비탈 나트륨 (100 mg / kg)을 주입하여 돼지를 안락사시하십시오.
14. 측면 흉부 절제술을 수행하고, 심장을 절제하고, 생체 내 심장을 해부하여 관상 동맥 혈관을 노출시십시오. 대각선 분기(LAD 영역) 또는 둔한 한계 가지(LCX 영역)와 관련하여 임플란트의 위치를 기록하고 임플란트를 검색합니다.
15. 무딘 곡선 메첸바움 가위를 사용하여 관상 동맥 혈관을 열고 선박에 심각한 부상이 있는지 검사합니다(그림 7참조). 심근 경색을 배제하기 위해 염화물을 삼각병성으로 총 병리학 및 얼룩에 대한 심장 조직을 촬영합니다 (그림 8참조).

결과

절차의 초기 최적화 후, 개입 성분은 30 분 이내에 완료되었다. 임플란트는 11명의 모든 과목(100%)에서 성공적으로 전달되었습니다. 임플란트는 11명의 피험자(100%)에서 모두 부검에서 회수하였다. 대각선 가지 (LAD를 따라) 또는 둔근 한계 가지 (LCX를 따라)를 위치 마커로 사용하여, 우리는 불소 유도 배치및 부검에서 임플란트의 위치를 발견 11 (91 %)의 10에서 일관되게 임플란트를 검색할 수 있는 피험...

토론

이 작품에서는 관상 동맥 협착 유도 임플란트에 대한 새로운 경피 적 배치 전략에 중점을 두었으며 3D 인쇄 관상 동맥 임플란트의 효과적인 경피 적 전달을 위해 산모 및 어린이 카테터를 용도변경 할 수 있음을 보여주었습니다. 가변 적 중증도의 이산 인공 관상 동맥 스테노스는 높은 성공률을 가진 돼지 모델에서 표준 인간 경피 적 관상 개입 기술 및 장비를 사용하여 최소 침습 방식으로 신속하?...

자료

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