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우리는 재순환 테스트 플랫폼 내에서 심실 보조 장치(VAD)에서 혈전증을 유도하기 위한 벤치탑 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 혈류 경로에서 혈전성 핫스팟을 식별하는 역할을 하며 동물 모델에서 전임상 테스트에 앞서 혈전 저항성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
혈전증의 위험은 심실 보조 장치(VAD)의 개발 및 임상 사용에서 중요한 관심사로 남아 있습니다. 주로 동물 연구를 통한 VAD 혈전원성에 대한 전통적인 평가는 비용과 시간이 많이 들고 윤리적 문제를 야기하며 궁극적으로 인간의 결과를 정확하게 반영하지 못할 수 있습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해 당사는 혈전증을 유발하고 혈류 경로 내에서 잠재적인 고위험 영역을 식별하도록 설계된 공격적인 체외 테스트 프로토콜을 개발했습니다. Maruyama 등의 연구에서 영감을 받은 이 프로토콜은 수정된 항응고 전략을 사용하고 쉽게 구할 수 있는 구성 요소를 활용하여 VAD의 체외 혈액 검사를 수행하는 대부분의 실험실에서 사용할 수 있습니다. 우리는 소형 자기 부상 소아 VAD(PediaFlow PF5)의 반복적인 테스트와 개선을 통해 이 방법의 유용성을 입증했습니다. 이 방법은 초기 VAD 프로토타입의 설계 및 제조 결함으로 인한 혈전성 핫스팟을 식별하는 데 효과적이었으며, 동물 연구로 진행하기 전에 표적 개선을 가능하게 했습니다. 박동성 흐름의 부재 및 헌혈자 혈액 특성의 영향을 포함한 한계에도 불구하고 이 프로토콜은 초기 단계의 VAD 개발 및 위험 완화를 위한 실용적인 도구 역할을 합니다.
심실 보조 장치(VAD)는 진행성 심부전 환자 관리의 표준 치료법이 되었지만, 혈전증과 뇌졸중의 위험은 여전히 중요한 과제로 남아 있습니다 1,2. VAD 내 혈전증은 일반적으로 전임상 동물 연구 중에 평가되며, 이는 가치가 있지만 상당한 비용과 물류 문제를 야기합니다. 이러한 연구는 자원 집약적이고 시간이 많이 소요되며 단일 결함으로 인해 전체 테스트가 손상되고 추가 시험이 필요하기 쉽습니다. 이는 재정적 부담을 증가시킬 뿐만 아니라 반복적인 동물 실험의 필요성으로 인해 윤리적 문제를 야기합니다.
혈소판 침착 및 혈전증을 예측하기 위한 많은 수치 모델이 존재하지만3,4,5,6 VAD 7,8,9와 같은 거시적 장치에서 혈전증 형성을 시뮬레이션하는 데 적합한 모델은 소수에 불과합니다. 더욱이 기존 모델은 불가피하게 이상화된 표면과 단순화된 "방수" 형상을 가정하며, 이는 실제 펌프 어셈블리의 복잡성과 불완전성을 정확하게 반영하지 못합니다. 혈소판-표면 상호 작용을 고려할 때 이러한 거시적 모델은 일반적으로 균일하게 규정된 재료 특성(일반적으로 표면-플럭스 경계 조건에서 계수로 모델링됨)을 사용합니다10,11,12. 따라서 수치 모형은 혈액을 이용한 실험적 검사를 완전히 대체할 수 없습니다.
재료 선택과 표면 마감은 모두 VAD 표면의 혈소판 접착에 중요한 역할을 합니다 13,14,15,16,17. 거친 반점이나 불규칙성과 같은 결점은 혈소판 부착과 혈전 형성을 촉진할 수 있습니다. 또한, 유로의 성분 사이의 틈새는 혈전증의 약질로 작용할 수 있으며, 혈전이 형성되고 성장할 수 있는 보호된 환경을 제공할 수 있습니다18,19. 조립 중 그리스, 윤활제 또는 실런트를 사용하면 이러한 물질이 유로로 스며들어 혈액과 상호 작용하여 합병증의 위험을 더욱 높일 수 있으므로 위험할 수 있습니다.
따라서 VAD가 동물 실험 또는 임상적 사용을 받기 전에 VAD의 혈전 저항성을 안정적으로 평가할 수 있는 잘 정의된 체외 테스트 프로토콜이 필요합니다. 용혈 평가를 위해 널리 채택된 ASTM 표준이 있지만,20 임상적으로 관련된 작동 조건 하에서 VAD의 혈전원성 검사에 대해서는 그러한 표준이 존재하지 않습니다21. 혈액 펌프를 위한 체외 혈전증 검사의 타당성을 입증하는 30년 전의 독창적인 연구에도 불구하고 22,23,24,25 동물 실험은 현재까지 혈전증을 평가하기 위한 사실상의 관행으로 지속되어 왔습니다26. 시험관 내 방법의 광범위한 채택을 가로막는 장애물은 테스트 결과에 영향을 미칠 수 있는 수많은 교란 요인과 함께 응고의 복잡한 특성일 가능성이 높으며, 이로 인해 방법론적 한계 및 절차적 오류로 인해 발생하는 아티팩트와 고유한 펌프 혈전성을 구별하는 것이 어렵기 때문입니다.
이를 통해 실험가들이 함정을 피할 수 있는 지침으로 상세한 프로토콜을 공유하게 되었고, 이에 따라 체외 테스트의 사용을 촉진하고 동물 연구에 대한 의존도를 완화할 수 있었습니다. Maruyama et al.27에서 파생된 본 명세서에 기술된 프로토콜은5세대 PediaFlow(PF5) 소아 VAD28,29의 설계 과정에서 개선되고 검증되었습니다. 이 테스트 방법은 동물 실험에 앞서 VAD 프로토타입의 잠재적인 혈전 유발 위험을 체계적으로 식별하고 해결하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 입증되었습니다.
이 연구에 사용된 양 전혈은 상업용 공급업체에서 얻은 것이므로 코넬 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 검토가 필요하지 않았습니다.
1. 테스트 흐름 루프의 구성
참고: 이 프로토콜에 사용되는 루프 구성 요소 및 기타 모든 재질의 자세한 목록은 재료 표를 참조하십시오.
2. 염화칼슘(CaCl2) 용액의 준비
3. 혈액의 준비
참고: 이 연구에 사용된 난혈은 재료 표에 나열된 상업용 공급업체에서 얻었습니다. 혈액은 14-G 바늘을 사용하여 채취했으며, 동물은 표준 농업용 서 있는 자세로 구속되었습니다. 채취 과정은 바늘 삽입에서 완료까지 10-12분이 걸렸습니다. 혈액을 14 부 CPD에서 86 부 혈액 (CPD 제형 : 26.3 g / L Na-Citrate, 25.2 g의 포도당, 3 g / L 시트르산 및 2.2 g / L Na 인산염)으로 항응고시켰다. 혈액 주머니는 얼음 팩이 든 단열 용기에 밤새 배송되었으며 채취 후 24시간 이내에 실험에 사용되었습니다.
4. 사전 테스트 절차
참고: 이 섹션에 설명된 모든 단계는 섹션 5 및 6에 적용됩니다. 소 혈청 알부민(BSA) 또는 혈액 루프에 혈액이 있는 펌프를 작동하기 전에 다음 단계를 수행하십시오. 기계적 스트레스를 최소화하기 위해 중력 공급을 사용하여 혈관 간에 혈액을 전달합니다. 주사기 플런저를 사용하여 혈액을 구동하면 과도한 압력이 발생할 수 있으므로 피하십시오. 또한 세포 구성 요소의 손상을 방지하기 위해 좁은 구멍을 통해 혈액을 조절하지 마십시오.
5. 혈액 접촉 표면을 부동태화하기
6. 혈전증 검사
7. 청소 절차
이 프로토콜을 성공적으로 실행하면 혈소판 침착의 국소적인 영역을 식별할 수 있어 펌프의 흐름 경로 내에서 문제가 있는 지점을 드러낼 수 있습니다. 이 프로토콜을 일관되게 적용하면 이러한 식별된 "핫스팟"을 해결하여 점진적인 개선이 가능합니다.
예를 들어, PediaFlow PF5 VAD를 개발하는 동안 구성 요소의 소형 크기로 인해 고정자 베인의 압력 측?...
전임상 연구가 인간에서 VAD의 혈전발생성을 안정적으로 예측할 수 없기 때문에 새로운 펌프의 최초 인간 대상 임상시험은 항상 불안정한 노력입니다26. 특히, 동물 실험에서 혈전증이 없는 것으로 입증된 일부 VAD는 나중에 임상적 사용에서 유의미한 혈전원성을 보였다36. 혈전증을 유발하기 위해 특별히 고안된 공격적인 체외 테...
S.E.O.는 현재 Magenta Medical의 컨설턴트로 활동하고 있으며, 이전에는 Boston Scientific에서 컨설턴트로 근무했습니다. 다른 저자는 보고할 관련 재무 공개 또는 이해 상충이 없습니다.
이 작업은 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 보조금 R01HL089456와 미 육군 의료 연구 획득 활동 프로젝트 번호 W81XWH2010387의 지원을 받았습니다.
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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