플로리다 대학에서 종자 부여 - 대학 의학은 기꺼이 인정 받고 있습니다. NIH / NIGMS R25 GM061347 : 과학 강화 (MBR에-RISE) 교제에 대한 연구 이니셔티브 - 졸업 연구 (마누엘 설리) 생물 의학 연구 프로그램의 소수 기회를 통해 지원되었다. 플로리다 국제 대학의를 통해 월러스 헤 보습 바로 앞에 달린 풀 베는 재단의 재정 지원은 생명 공학과도 기꺼이 인정 받고 있습니다. 카마 우 부두, 말라기 Suttle, 켄달 암스트롱 아브라함 알폰소 : 마지막으로, 저자는 실험 과정의 여러 단계에서 자신의 도움에 대해 다음과 같은 학생들에게 감사드립니다.

1. 준비하기 <ol><li> 디자인과 트라이 전단지 밸브 형상을 수용하기 위해 어셈블리를 제조. 이 최소한 밸브 전단지 봉합 -에 밸브 홀더 및 펄스 복제기 시스템에 어셈블리를 고정하는 밸브 홀더 및 주변 액세서리를 수용 할 수있는 튜브를 포함합니다. 우리의 경우, 우리는 ViVitro 연구소 주식 회사 (빅토리아, BC)에서 사용할 수있는 상업적으로 이용 가능한 펄스 복제기 시스템을 활용. 밸브 홀더 디자인뿐만 아니라 사전 및 사후 조립 구성은 그림 1에 묘사되어 있습니다. </li><li> 전체 루프는 이전의 사용으로 끝났다해야합니다. 이 두 단계를 포함한다 : ⅰ) 사용하기 전에 모든 분해 튜브 교체 및 II) 루프에 연결된 장비의 교정, 즉 펌프가 사용중인 흐름 조사 등의 비누 용액과 물을 사용하여 전체 루프 시스템을 클렌징하고, 압력 트랜스 듀서 (일반적으로 심방, 대동맥과 심실 위치에서 측정). 교정 초기화 할 수 있습니다ially 1 % 생리 식염수를 사용하여 수행 할 수 및 이전의 혈액 아날로그 글리세린 용액을 사용하여 반복해야합니다. </li></ol> 2. 네이티브 대동맥 밸브 해부 <ol><li> USDA 승인 학살 하우스 (기관 애니멀 케어 및 사용위원회 (IACUC)의 승인이 필요할 수 있음)에서 그대로 대동맥으로 4 신선한 돼지의 마음을 얻을 수 있습니다. 우리의 경우, 우리의 해부 프로토콜은 플로리다 국제 대학교 (: 11-020 프로토콜 승인 번호)에서 IACUC에 의해 승인되었습니다. 탈 이온수로 마음을 씻어 유체 역학 시험 기관에 얼음에 식염수 (PBS) 용액 및 전송 버퍼 1 % 항생제 / 항진균 및 멸균 인산으로 채워진 용기에 넣습니다. </li><li> 해부 냄비에 마음을 놓고 조심 심낭을 제거합니다. 복부 쪽을 향 그런 마음을 놓습니다. 육안 검사와 심장의 네 개의 챔버를 식별하고 그대로 대동맥에 대동맥 궁을 찾습니다. </li><li> TW에 마음을 분리O를 고리를 아래에서 약 825에서 수평으로 가로 질러 절단하여 반으로, 대동맥과 좌심실 사이의 접합 즉. 조심스럽게 여전히 심실 조직 세그먼트에 연결된 그대로 대동맥을 분리. </li><li> 손상 또는 석회화의 흔적이 없다는 것을 보장 대동맥, 대동맥 및 하부 원주 사이의 지역에있는 대동맥 밸브를 검사합니다. </li><li> 환형 위에서 ~ 1시 대동맥을 분리하고 대동맥 밸브 (그림 2A)를 분리하는 환형 아래 왼쪽 심실 조직의 세그먼트를 구분합니다. </li></ol> 3. 고분자 및 기본 밸브 봉합 과정 <ol><li> 각 밸브의 기본이 게시물 홀더의 기본과 정렬되도록 밸브 홀더 내부의 심장 밸브를 놓습니다. 종이 클립 일시적으로 각 게시물에 장소에 밸브를 확보하지만, commissures 또는 교두가 손상되지 않도록주의하십시오. </li><li> 의 봉합을 삽입바늘. 외부에서 바늘이 쉽게 바닥에서 가져온 될 수 있다는 내부 등으로, 첫 번째 구멍을 통해 바늘을 통과하여 밸브 홀더의 하단에 봉합 시작합니다. 루프 방식으로, 수직 밸브 홀더의 게시물쪽으로 밸브를 봉합 시작합니다. </li><li> 홀더 및 홀더 게시물의 끝의 주위에 추가 봉합사 보안의 원주를 따라 봉합 (그림 2B)와 함께 진행. 밸브가 완전히 3 게시물과 밸브 홀더 (그림 2D 및 2E)의 둘레에 봉합사를 사용하여 보호 할 때 종이 클립 (그림 2C)를 제거 할 수 있습니다. </li></ol> 4. 유체 역학적 평가 참고 : 실제 프로토콜을 사용하는 특정 펄스 복제기 시스템에 따라 달라집니다. 여기에 포함 된 모든 정보는 ViVitro 펄스 복제기 병 Sysytem을 (ViVitro 연구소, 주식 회사, 밴쿠버, BC)를 사용 caontained. <ol><li> 이중 전단 VALVE <ol><li> 70 비트 / 분에 펄스 복제기 시스템의 심장 박동을 설정합니다. </li><li> 펌프 (ViVitro 시스템의 경우 S35 파형이 모든 유체 역학적 시험을 위해 선택되었다) 운전 유량 파형을 선택합니다. 우리의 실험에서 이용 된 특정 파형이 임 하였다. (2001) 17에 의해 설명된다. </li><li> 앰프와 피스톤 펌프를 켭니다. 15 분 동안 워밍업. </li><li> 대동맥 위치에 장소는 양방향 전단 밸브 (그림 2F). </li><li> 누수가 발생할 수있는 장치의 접속점에 얼룩 진공 그리스. </li><li> 심방 구획 글리세린 / 식염수 액을 붓는다. 35 % / 0.7 L 글리세린과 생리 식염수 65 % / 1.3 L를 : 타악기 복제기 시스템과 액체의 2 L에서 실행합니다. 생리 식염수는 9의 농도로 증류수에 잘 용해 일반 소금을 사용하여 준비가되어 밀리그램 / ML (중량 / 부피). </li><li> 대동맥 위치에 배치 된 유량 센서의 전원을 켭니다. </li><li> 일을 보정전자 펌프. </li><li> 압력 트랜스 듀서 뒤에 유량 센서 교정을 진행합니다. 마찬가지로 펌프, 간단하게 보정 탭에서 각각의 유량과 압력 ViVitest 소프트웨어 (ViVitro 연구소 주식 회사)에 의해 주어진 지시 사항을 따르십시오. </li><li> 보정이 완료되면 유체가 대동맥 함을 채울 때까지, 낮은 rpm에서 펌프를 시작합니다. 누출을 확인합니다. 추가 진공 그리스 필요한 경우 사용합니다. </li><li> 두 스톱​​ 콕 (대동맥과 심실 트랜스 듀서) 위치를 열십시오. </li><li> 뇌졸중 볼륨 80 ML / 비트에 도달 할 때까지 펌프의 회전 수를 늘립니다. </li><li> 흐름이 안정 될 때까지 시스템이 10 분 동안 실행할 수 있습니다. 흐름 안정화는 파형이 화면에 표시되는 유량과 압력을 관찰하여 확인할 수 있습니다. 주기 사이의 낮은 없음 변화는 시스템 안정화의 좋은 지표입니다. </li><li> ViVitest 소프트웨어 모드를 취득 선택합니다. </li><li> 10주기를 수집를 클릭합니다. </li><li> 분석 모드, C에서테이블에 핥아하고 파일을 저장합니다. 또한 ViVitest에서 사진 스냅 옵션을 사용하여 파형의 이미지를 저장합니다. </li></ol></li><li> 네이티브 및 폴리머 밸브 <ol><li> 3.1.3 양방향 전단지 밸브 지침에서 - 폴리머 동물 밸브, 동일한 단계 3.1.1를 따르십시오. </li><li> 사용자 정의 만든 어셈블리에서 유리관 내부 봉합 밸브 밸브 홀더를 놓습니다. 상단과 하단 조각 및 측면 나사와 너트의 장소에 안전 샌드위치 튜브를. </li><li> 대동맥 챔버와 원래의 대동맥 밸브 홀더 사이에 조립. </li><li> 3.1.16 이중 전단 밸브 지침에서 - 단계 3.1.5을 계속합니다. </li></ol></li></ol> 5. 후 처리 <ol><li> 유량 및 압력 파형 <ol><li> 평균 파형 수집, 즉 대동맥 압력 (AP), 심실 압력 (VP) 및 유량 (Q) 각각에 대해 수집 된 데이터. </li><li> 밸브의 각 그룹 (고분자, 돼지 n에ative 대동맥 밸브와 이중 전단지), 해당 AP, VP 및 Q 대 같은 플롯 시간의 관계를 플롯. </li><li> AP를 들어, 표준, 기본 대동맥 밸브 (18) 및 검증을 위해 문헌 양방향 전단지 인공 밸브 (19) 플롯을 중첩. </li></ol></li><li> 유체 측정 <ol><li> 각 시험 밸브의 경우, 다음과 같은 유체 메트릭이 계산되어야한다) 앞으로 유동 압력 강하 및 최대 transvalvular 압력 (TVP), B)를 대동맥 대동맥 앞으로 흐름, 결산, 누설 광장 (RMS) 앞으로 유량, C)를 의미 총 역류 볼륨 D) 밸브 끝 오리피스 면적 (EOA), E) transaortic 앞으로 흐름, 마감, 누수 및 총 에너지 손실. <ol><li> 앞으로 유동 압력 강하 TVP 측정 값에서 계산되고, 3 시간 간격, P로 분류 될 수있다 : 앞으로 흐름과 H와 간격 : 간격 0 TVP로 시작하고 0 플로우로 끝나는 0 TVP, F로 시작하고 끝 간격입니다. 최대 TVP는 엄마입니다ximum 압력 구배는 대동맥과 심실 압력 수치에서 밸브를 통한 기록했다. </li><li> RMS 앞으로 유량 (Q RMS)는 다음과 같이 순방향 유량의 크기를 정량화하기위한 유용한 통계를 제공합니다 : <img alt="식 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq1.jpg" /> &#39;n&#39;은 시점의 총 수입니다 순서대로 &#39;나&#39;를 수집 순간 유량 측정은 &#39;Q 나는 수집. </li><li> 앞으로 대동맥, 폐쇄 및 누설 볼륨은 앞으로 다음 시간 간격에 따라 계산됩니다 : 앞으로 흐름 (T 1)의 끝 부분에 밸브 (T O)를 통해 앞으로 흐름의 시작, 마감 : T 1에서 인스턴스까지 밸브 폐쇄 (T 2)의, 누설 전류 : t 2의 심장주기 (T 3)의 끝까지. 총 역류 볼륨은 단순히 클의 합이다ING 누출 볼륨. </li><li> 혈액 속성에 따라 EOA는 20로이 기간 동안 매년 평균 TVP에서 3 간격, P, F와 H에 대해 계산 될 수있다 : <img alt="식 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq2.jpg" /></li><li> 에너지 손실은 다음 21로 정의된다 : <img alt="식 1" fo:src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50335/50335eq3.jpg" /></li></ol></li></ol></li></ol>

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저자는 공개 아무것도 없어.

본 연구에서는 고분자 고유의 돼지 밸브의 유체 테스트를 수행 할 수 있도록 트라이 전단지 밸브 형상을 수용하기 위해 상업적으로 이용 가능한 박동 복제기 장치를 수정하는 유틸리티를 증명하고있다. 특히 우리의 경우, 시스템 수정은 ViVitro 왼쪽의 마음과 ViViTest 데이터 수집 시스템 (ViVitro 시스템, Inc의 빅토리아, BC, 캐나다)를 통해 제어 전신 시뮬레이터 시스템 (그림 1a)이었다. 그...

심장 판막 질환은 흔히 퇴행성 판막 ​​석회화 1, 류마티스 열이, 심내막염 3,4 또는 선천성 기형아 출산의 결과. 밸브의 손상이 협착 및 / 또는 역류 밸브 탈출증 및 수술 복구 할 수없는 원인이 발생하면, 기본 밸브는 일반적으로 인공 밸브로 대체됩니다. 현재 사용 가능한 옵션은 기계적 밸브 (케이지 볼 밸브, 틸팅 디스크 밸브, 등.), 동종 및 bioprosthetic 밸브 (돼지와 소 밸브를) 이용하실 수 있습니다. 기계적 밸브는 종종 자신의 내구성에 따라 젊은 환자에 권장되지만 환자는 혈전 합병증에게 5을 방지하기 위해 항응고제 치료에 남아 있어야합니다. 동종 및 생물 학적 인공 밸브는 혈액 희석제 치료를 피하기 위해 효과적인 선택했습니다, 그러나, 이러한 밸브는 섬유증에 대한 높은 위험, 석회화 변성 및 밸브 고장 6로 이어지는 면역 합병증이. 조직 공학 밸브는 새로운 기술 7-9로 조사하지만 아직도 많은 작업이 남아 발견 할 유지되고있다. 대안 내구성, 생체 적합성, 보철 밸브는 심장 판막 질환 환자의 삶의 질을 개선하기 위해 필요합니다. 다시 말하지만,이 밸브 설계는 심장 판막 질환 10을 선택한 환자의 치료를 변형의 가능성을 보여주는 경피적 접근법으로, 경피적 밸브 기술에 사용되는 판막을 대체 할 수 있습니다. 현재 표준에 의해 명시된 성공적인 심장 밸브 교체는 다음과 같은 성능 특성이 있어야합니다 &quot;1) 수용 가능한 작은 평균 압력 차이 드롭 흐름을 기대 할 수 있습니다 2) 수용 가능한 작은 역류와 역류 방지 3) 색전술을 저항; 4) 저항 용혈, 5) 혈전 형성을 저항, 6) 생체 적합성, 7) 생체 진단 기술의 호환이다 8) 타겟 결과물 및 이식입니다인구, 10) 허용 소음 수준이; 9) 번 위치 고정이 남아있다 11) 재생 기능을 가지고, 12), 합리적인 평생의 기능을 유지 자사의 제네릭 클래스와 일치, 13) 합리적인 선반을위한 그것의 기능과 불임을 유지 이전의 이식에 생명. &quot;11. 기존 밸브 보철물의 단점 중 일부는 잠재적 폴리머 밸브에 의해 극복 될 수있다. 생체 적합성 고분자 biostability, 반대로 가수 분해, 산화 방지와 같은 유리한 기계적 특성에 따라 최고의 후보로 간주되어 , 높은 강도와​​ 탄성이. 특히, 탄성 중합체는 탄성 중합체는 부드러운 조직의 특성을 모방 조정할 수 있습니다. 기본 밸브 역학을 닮은 재료의 변형을 제공 할 수 있습니다, 그들은 바이오 관대하고 그 결합을 견딜 수있는 사용할 수있는 유일한 인공 재료가 될 수있다 생체 내에서 유체 유발, 휨 및 인장 응력, 아직, 건강 유사한 방식으로 이동기본 밸브의 움직임. 또한, 엘라스토머는 대량 생산 쉽게 저장 크기의 다양한 비용 효과적인 장치가 될 것으로 예상된다 구조적 섬유 보강 보강 할 수있다 할 수 있습니다. 트라이 전단지 밸브를 조립 고분자 재료의 사용의 개념은 새로운 것이 아니다 제한된 밸브 내구성으로 인해 주로 포기 된 지난 50 년 12 일 동안 여러 연구 조사의 대상이되고있다. 그러나 새로운 제조 방법 13,14의 도래와 함께, 고분자 재료 15,16 및 경피적 밸브 기술과 폴리머 밸브 대체의 가능성이 원활한 통합의 강화는 최근 잠재적으로 폴리머 밸브 개발에 새롭게 관심과 활동이있다 현재 상용 밸브 대안. 이 관점에서, 유체 기능을 평가하기 위해 이러한 밸브의 테스트를 가능하게하는 프로토콜은 첫 번째 단계입니다평가 과정에서, 아직 상업적으로 이용 가능한 펄스 시뮬레이터 시스템은 일반적으로 트라이 전단지 밸브 디자인을 수용 할 수 있도록되어 와서 시중 심장 판막 (예를 들어, 틸팅 디스크, 양방향 전단지 기계 심장 판막)를 삽입하는 고리 모양의 간격을 포함하지 않습니다. 둘째, 폴리머 밸브는 그의 유체 역학 만 상대 맥락에서 평가 될 수있는 새로운 기술입니다. 기본 심장 밸브의 압력 및 유량 데이터를 사용할 수 있더라도, 그것은에 대한 계정 않도록 폴리머 밸브를 평가하는 데 사용되는 것과 같은 맥박 시뮬레이터를 사용하여, 인간의 밸브 생물학적으로 유사하다 네이티브 대동맥 돼지 밸브의 테스트를 수행하는 것이 중요합니다 시스템에 따라있을 수 있습니다 측정의 차이. 따라서, 본 연구의 목적은 상업적으로 이용 가능한 펄스 시뮬레이터 트라이 전단지 밸브 구조를 수용하고 체계적으로 상대 연속 중합체 밸브 유체 역학적 지표를 평가하는 어셈블리를 장착 할 수있는 방법을 설명했다내선 기계 및 원시 돼지 심장 밸브 대응 비교합니다. 우리의 경우, 새로운 트라이 전단지 실리콘 폴리머 밸브는 이전 폴리머 밸브 그룹을 구성 플로리다 13 대학에서 개발.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://vivitrolabs.com/products/superpump/" target="_blank">http://vivitrolabs.com/products/superpump/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow Meter and Probe</td>
			<td>Carolina Medical</td>
			<td>Model 501D</td>
			<td><a href="http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf" target="_blank">http://www.carolinamedicalelectronics.com/documents/FM501.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Transducer</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>HCM018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ViVitro Pressure Measuring Assembly</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>6186</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Valve holder</td>
			<td>WB Engineering</td>
			<td></td>
			<td>Designed by Florida International University. Manufactured by WB Engineering</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Duplicator</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>PD2010</td>
			<td><a href="http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf" target="_blank">http://vivitrolabs.com/wp-content/uploads/Pulse-Duplicator-Accessories1.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Duplicator Data Acquisition and Control System, including ViViTest Software</td>
			<td>ViVitro Labs</td>
			<td>PDA2010</td>
			<td><a href="http://vivitrolabs.com/products/software-daq" target="_blank">http://vivitrolabs.com/products/software-daq</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Porcine Hearts and Native Aortic Valves</td>
			<td>Mary&#39;s Ranch Inc</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bi-leaflet Mechanical Valves</td>
			<td>Saint Jude Medical</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www.sjm.com/" target="_blank">http://www.sjm.com/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Vacuum Grease</td>
			<td>Dow Corning Corporation</td>
			<td></td>
			<td><a href="http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf" target="_blank">http://www1.dowcorning.com/DataFiles/090007b281afed0e.pdf</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerin</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>3190K293</td>
			<td>99% Natural 5 gal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>MT21031CV</td>
			<td>100 ml/heart</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antimycotic/Antibiotic Solution</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>SV3007901</td>
			<td>1 ml in 100 ml of PBS/heart; 20 ml for ViVitro System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S3014-500G</td>
			<td>9 g/L of deionized water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized Water</td>
			<td>EMD Millipore Chemicals</td>
			<td></td>
			<td>Millipore Deionized Purification System. 1.3 L for ViVitro System, 200 ml for heart valve dissection process</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

protocol for relative hydrodynamic assessment of tri-leaflet polymer valves

현재 인공 밸브, 이종 이식, 그리고 homografts의 한계 트라이 전단지 폴리머 밸브 보철물의 지역 발전의 최근 부활을하라는 메시지가있다. 그러나 폴리머 밸브 유체 역학적 기능의 초기 평가를위한 프로토콜의 식별은 디자인 프로세스의 초기 단계에서 가장 중요합니다. 체외 펄스 복제기 시스템의 전통이 유연 트라이 전단지 자료를 수용하도록 구성되지 않은,뿐만 아니라, 폴리머 밸브 기능의 평가는 동일한 시험 조건 하에서 네이티브 및 인공 심장 밸브에 대한 상대 맥락에서 이루어져야 할 필요가 있도록 다른에서 측정의 변화 악기를 피할 수 있습니다. 따라서, 우리는)​​) 네이티브 (N = 4, 평균 직경, D = 20 ㎜), ⅱ) 이중 전단 기계 (N = 2, D = 23 ㎜)와 III를 전의 유체 역학적 평가를 실시 폴리머 밸브 (N = 5, D 시판 펄스 복제기 시스템의 사용을 통해 = 22 ㎜) (ViVitro 연구소INC, 빅토리아, BC은)는이 세 배 전단 밸브 형상을 수용 할 수 있도록 수정되었습니다. 플로리다 대학에서 개발 된 트라이 전단지 실리콘 밸브는 폴리머 밸브 그룹을 구성. 물 35:65 글리세린의 비율 혼합물은 혈액 물리적 특성을 모방하는 데 사용되었다. 압력이 심실과 대동맥 위치에 기록하는 동안 순간 유량은 좌심실과 대동맥 단위의 인터페이스를 측정 하였다. 양방향 전단지와 문학에서 네이티브 밸브 데이터 흐름 및 압력 측정 값의 유효성을 검사하는 데 사용되었다. 다음과 같은 유체의 측정이보고되었다 : 앞으로 유동 압력 강하, 대동맥 사각형 앞으로 유량, 대동맥 폐쇄, 누설 및 역류 볼륨 transaortic 폐쇄, 누출, 총 에너지 손실을 의미합니다. 대표 결과는 세 개의 밸브 그룹의 유체 측정이 성공적으로 시판 펄스 복제기 시스템과 subsequentl에 맞춤식 어셈블리를 통합하여 얻을 수있는 표시Y 객관적으로 폴리머 밸브 설계의 기능적 측면에 대한 통찰력을 제공하기 위해 비교했다.

대표 유량 및 압력 파형은 그림 3, 4와 5에 표시됩니다. 플롯 된 각 그룹에 대해 시험 밸브의 샘플 크기에 평균했다, n은 각각 = 5, 4, 폴리머, 원시 돼지와 양 전단 그룹 밸브 2. 평균 유체 측정 및 이러한 샘플 크기에 대한 평균의 표준 오차는 표 1에 제시되어있다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/50335/50335fig1.jpg" /> ?...

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Protocol for Relative Hydrodynamic Assessment of Tri-leaflet Polymer Valves

폴리머 밸브 개발에 관심이 갱신되었습니다. 여기서 목적은 트라이 전단지 형상을 수용하고 가까운 동일한 조건에서 수집 된 네이티브 및 인공 밸브 데이터에 비해 폴리머 밸브 유체 역학적 데이터를 제시하는 프로토콜을 정의하는 상업 펄스 복제기를 수정의 타당성을 입증하는 것입니다.

트라이 전단지 폴리머 밸브의 상대 유체 역학 평가를위한 프로토콜

Limitations of currently available prosthetic valves, xenografts, and homografts have prompted a recent resurgence of developments in the area of ...

protocol-for-relative-hydrodynamic-assessment-tri-leaflet-polymer

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.7K 조회수.  Florida International University. 폴리머 밸브 개발에 관심이 갱신되었습니다. 여기서 목적은 트라이 전단지 형상을 수용하고 가까운 동일한 조건에서 수집 된 네이티브 및 인공 밸브 데이터에 비해 폴리머 밸브 유체 역학적 데이터를 제시하는 프로토콜을 정의하는 상업 펄스 복제기를 수정의 타당성을 입증하는 것입니다.

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A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science. Methods for particle trapping based on optical, magnetic, electrokinetic, and acoustic techniques have led to major advancements in physics and biology ranging from the molecular to cellular level. In this article, we introduce a new microfluidic-based technique for particle trapping and manipulation based solely on hydrodynamic fluid flow. Using this method, we demonstrate trapping of micro- and nano-scale particles in aqueous solutions for long time scales. The hydrodynamic trap consists of an integrated microfluidic device with a cross-slot channel geometry where two opposing laminar streams converge, thereby generating a planar extensional flow with a fluid stagnation point (zero-velocity point). In this device, particles are confined at the trap center by active control of the flow field to maintain particle position at the fluid stagnation point. In this manner, particles are effectively trapped in free solution using a feedback control algorithm implemented with a custom-built LabVIEW code. The control algorithm consists of image acquisition for a particle in the microfluidic device, followed by particle tracking, determination of particle centroid position, and active adjustment of fluid flow by regulating the pressure applied to an on-chip pneumatic valve using a pressure regulator. In this way, the on-chip dynamic metering valve functions to regulate the relative flow rates in the outlet channels, thereby enabling fine-scale control of stagnation point position and particle trapping. The microfluidic-based hydrodynamic trap exhibits several advantages as a method for particle trapping. Hydrodynamic trapping is possible for any arbitrary particle without specific requirements on the physical or chemical properties of the trapped object. In addition, hydrodynamic trapping enables confinement of a "single" target object in concentrated or crowded particle suspensions, which is difficult using alternative force field-based trapping methods. The hydrodynamic trap is user-friendly, straightforward to implement and may be added to existing microfluidic devices to facilitate trapping and long-time analysis of particles. Overall, the hydrodynamic trap is a new platform for confinement, micromanipulation, and observation of particles without surface immobilization and eliminates the need for potentially perturbative optical, magnetic, and electric fields in the free-solution trapping of small particles.

In this article, we present a microfluidic-based method for particle confinement based on hydrodynamic flow. We demonstrate stable particle trapping at a fluid stagnation point using a feedback control mechanism, thereby enabling confinement and micromanipulation of arbitrary particles in an integrated microdevice.

단일 입자 Microfluidic 기반 유체 트랩

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

연구

생체공학

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

의 순환 압력 생물 반응기 설계 예 VIVO</em대동맥 심장 밸브> 학습

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, 'SurgiLux': Preparation and Demonstration

Sutures are a 4,000 year old technology that remain the 'gold-standard' for wound closure by virtue of their repair strength (~100 KPa). However, sutures can act as a nidus for infection and in many procedures are unable to effect wound repair or interfere with functional tissue regeneration.1 Surgical glues and adhesives, such as those based on fibrin and cyanoacrylates, have been developed as alternatives to sutures for the repair of such wounds. However, current commercial adhesives also have significant disadvantages, ranging from viral and prion transfer and a lack of repair strength as with the fibrin glues, to tissue toxicity and a lack of biocompatibility for the cyanoacrylate based adhesives. Furthermore, currently available surgical adhesives tend to be gel-based and can have extended curing times which limit their application.2 Similarly, the use of UV lasers to facilitate cross-linking mechanisms in protein-based or albumin 'solders' can lead to DNA damage while laser tissue welding (LTW) predisposes thermal damage to tissues.3 Despite their disadvantages, adhesives and LTW have captured approximately 30% of the wound closure market reported to be in excess of US $5 billion per annum, a significant testament to the need for sutureless technology.4
In the pursuit of sutureless technology we have utilized chitosan as a biomaterial for the development of a flexible, thin film, laser-activated surgical adhesive termed 'SurgiLux'. This novel bioadhesive uses a unique combination of biomaterials and photonics that are FDA approved and successfully used in a variety of biomedical applications and products. SurgiLux overcomes all the disadvantages associated with sutures and current surgical adhesives (see Table 1).
In this presentation we report the relatively simple protocol for the fabrication of SurgiLux and demonstrate its laser activation and tissue weld strength. SurgiLux films adhere to collagenous tissue without chemical modification such as cross-linking and through irradiation using a comparatively low-powered (120 mW) infrared laser instead of UV light. Chitosan films have a natural but weak adhesive attraction to collagen (~3 KPa), laser activation of the chitosan based SurgiLux films emphasizes the strength of this adhesion through polymer chain interactions as a consequence of transient thermal expansion.5 Without this 'activation' process, SurgiLux films are readily removed.6-9 SurgiLux has been tested both in vitro and in vivo on a variety of tissues including nerve, intestine, dura mater and cornea. In all cases it demonstrated good biocompatibility and negligible thermal damage as a consequence of irradiation.6-10

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, &#039;SurgiLux&#039;: Preparation and Demonstration

The fabrication of a novel, flexible thin film surgical adhesive from FDA approved ingredients, chitosan and indocyanine green is described. Bonding of this adhesive to collagenous tissue through a simple activation process with a low-powered infra-red laser is demonstrated.

키토산 기반, 레이저 활성화 박막 외과 접착제, &#39;SurgiLux&#39;: 준비 및 데모

Sutures are a 4,000 year old technology that remain the 'gold-standard' for wound closure by virtue of their repair strength (~100 KPa). However, sutures ...

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Biomaterials 높은 처리량 발견을위한 폴리머 Microarrays

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

에 대한 기계적 적응 고분자 나노 복합 재료의 환경 제어 Microtensile 테스트<em&gt; 생체</em&gt; 특성

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

Intra-lymph Node Injection of Biodegradable Polymer Particles

Generation of adaptive immune response relies on efficient drainage or trafficking of antigen to lymph nodes for processing and presentation of these foreign molecules to T and B lymphocytes. Lymph nodes have thus become critical targets for new vaccines and immunotherapies. A recent strategy for targeting these tissues is direct lymph node injection of soluble vaccine components, and clinical trials involving this technique have been promising. Several biomaterial strategies have also been investigated to improve lymph node targeting, for example, tuning particle size for optimal drainage of biomaterial vaccine particles. In this paper we present a new method that combines direct lymph node injection with biodegradable polymer particles that can be laden with antigen, adjuvant, or other vaccine components. In this method polymeric microparticles or nanoparticles are synthesized by a modified double emulsion protocol incorporating lipid stabilizers. Particle properties (e.g.&#160;size, cargo loading) are confirmed by laser diffraction and fluorescent microscopy, respectively. Mouse lymph nodes are then identified by peripheral injection of a nontoxic tracer dye that allows visualization of the target injection site and subsequent deposition of polymer particles in lymph nodes. This technique allows direct control over the doses and combinations of biomaterials and vaccine components delivered to lymph nodes and could be harnessed in the development of new biomaterial-based vaccines.

Lymph nodes are the immunological tissues that orchestrate immune response and are a critical target for vaccines. Biomaterials have been employed to better target lymph nodes and to control delivery of antigens or adjuvants. This paper describes a technique combining these ideas to inject biocompatible polymer particles into lymph nodes.

생분해성 폴리머 입자의 림프절 내 주입

Generation of adaptive immune response relies on efficient drainage or trafficking of antigen to lymph nodes for processing and presentation of these ...

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose and short sisal fibers are dispersed into a water suspension containing bacterial cellulose. The fiber and nanocellulose suspension is then filtered (using vacuum or gravity) and the wet filter cake pressed to squeeze out any excess water, followed by a drying step. This will result in the hornification of the bacterial cellulose network, holding the loose natural fibers together.
Our method is specially suited for the manufacturing of rigid and robust preforms of hydrophilic fibers. The porous and hydrophilic nature of such fibers results in significant water uptake, drawing in the bacterial cellulose dispersed in the suspension. The bacterial cellulose will then be filtered against the surface of these fibers, forming a bacterial cellulose coating. When the loose fiber-bacterial cellulose suspension is filtered and dried, the adjacent bacterial cellulose forms a network and hornified to hold the otherwise loose fibers together.
The introduction of bacterial cellulose into the preform resulted in a significant increase of the mechanical properties of the fiber preforms. This can be attributed to the high stiffness and strength of the bacterial cellulose network. With this preform, renewable high performance hierarchical composites can also be manufactured by using conventional composite production methods, such as resin film infusion (RFI) or resin transfer molding (RTM). Here, we also describe the manufacturing of renewable hierarchical composites using double bag vacuum assisted resin infusion.

We present a novel method of manufacturing rigid and robust short natural fiber preforms using a papermaking process. Bacterial cellulose acts simultaneously as the binder for the loose fibers and provides rigidity to the fiber preforms. These preforms can be infused with a resin to produce truly green hierarchical composites.

바인더로 박테리아 셀룰로오스를 활용하여 강력한 천연 섬유 프리폼 제조

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

Culturing Mouse Cardiac Valves in the Miniature Tissue Culture System

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the molecular, cellular and mechanical mechanisms underlying the maintenance and/or loss of the valvular structure. 
Current models used to study valvular biology include in vitro cultures of valvular endothelial and interstitial cells. Although, in vitro culturing models provide both cellular and molecular mechanisms, the mechanisms involved in the 3D-organization of the valve remain unclear. While in vivo models have provided insight into the molecular mechanisms underlying valvular development, insight into adult valvular biology is still elusive. 
In order to be able to study the regulation of the valvular 3D-organization on tissue, cellular and molecular levels, we have developed the Miniature Tissue Culture System. In this ex vivo flow model the mitral or the aortic valve is cultured in its natural position in the heart. The natural configuration and composition of the leaflet are maintained allowing the most natural response of the valvular cells to stimuli. The valves remain viable and are responsive to changing environmental conditions. This MTCS may provide advantages on studying questions including but not limited to, how does the 3D organization affect valvular biology, what factors affect 3D organization of the valve, and which network of signaling pathways regulates the 3D organization of the valve.

Here, we present an ex vivo flow model in which murine cardiac valves can be cultured allowing the study of the biology of the valve.

소형 조직 배양 시스템에서 마우스 심장 밸브를 배양

Heart valve disease is a major burden in the Western world and no effective treatment is available. This is mainly due to a lack of knowledge of the ...

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a high-protein crambe meal that has limited value, as it is not fit for food or feed use. However, it contains proteins that could potentially make it a suitable raw material for higher-value products. The purpose of this study was to find methods of making this side stream into extruded films, showing that products with a higher value can be produced. The study mainly considered the development of material compositions and methods of preparing and extruding the material. Wheat gluten was added as a supportive protein matrix material, together with glycerol as a plasticizer and urea as a denaturant. The extrudate was evaluated with respect to mechanical (tensile testing) and oxygen barrier properties, and the extrudate structure was revealed visually and by scanning electron microscopy. A denser, more homogeneous material had a lower oxygen transmission rate, higher strength, and higher extensibility. The most homogeneous films were made at an extruder die temperature of 125-130 &#176;C. It is shown here that a film can be extruded with promising mechanical and oxygen barrier properties, the latter especially after a final compression molding step.

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

The side stream from plant oil production of Crambe abyssinica has limited value. The purpose of this study was to find methods for extruding materials based on this side stream, demonstrating that products with a higher value can be produced. The extrudates were found to have promising properties.

의 필름 압출<em&gt; Crambe의 abyssinica</em&gt; / 밀 글루텐 블렌드

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a ...

Synthesis of Functionalized 10-nm Polymer-coated Gold Particles for Endothelium Targeting and Drug Delivery

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting and drug delivery are some of the applications of these AuNPs, but endothelial extracellular matrices&#39; defensive properties hamper particle uptake. To address this issue, we describe a synthesis method for ultrasmall gold nanoparticles to improve vascular delivery, with customizable functional groups and polymer lengths for further adjustments. The protocol yields 2.5 nm AuNPs that are capped with tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium chloride (THPC). The replacement of THPC with hetero-functional polyethylene glycol (PEG) on the surface of the AuNP increases the hydrodynamic radius to 10.5 nm while providing various functional groups on the surface. The last part of the protocol includes an optional addition of a fluorophore to allow the AuNPs to be visualized under fluorescence to track nanoparticle uptake. Dialysis and lyophilization were used to purify and isolate the AuNPs. These fluorescent nanoparticles can be visualized in both in vitro and in vivo experiments due to the biocompatible PEG coating and fluorescent probes. Additionally, the size range of these nanoparticles render them an ideal candidate for probing the glycocalyx without disrupting normal vasculature function, which may lead to improved delivery and therapeutics.

We describe a method of synthesizing biocompatible 10-nm gold nanoparticles, functionalized by coating poly-ethylene glycol onto the surface. These particles can be used in vitro and in vivo for delivering therapeutics to nanoscale cellular and extracellular spaces that are difficult to access with conventional nanoparticle sizes.

기능성된 10 nm 폴리머-코팅 된 금 입자 피 대상에 대 한 및 약물 전달의 합성

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting ...