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Method Article
Apresentamos um protocolo de bancada para induzir trombose em dispositivos de assistência ventricular (DVA) dentro de uma plataforma de teste de recirculação. Este método serve para identificar pontos de acesso trombogênicos no caminho do fluxo sanguíneo e pode ajudar a melhorar a resistência à tromborresistência antes dos testes pré-clínicos em modelos animais.
O risco de trombose continua sendo uma preocupação significativa no desenvolvimento e uso clínico de dispositivos de assistência ventricular (DVAs). As avaliações tradicionais da trombogenicidade do DVA, principalmente por meio de estudos em animais, são caras e demoradas, levantam preocupações éticas e, em última análise, podem não refletir com precisão os resultados humanos. Para lidar com essas limitações, desenvolvemos um protocolo de teste in vitro agressivo projetado para provocar trombose e identificar possíveis áreas de alto risco no caminho do fluxo sanguíneo. Este protocolo, motivado pelo trabalho de Maruyama et al., emprega uma estratégia de anticoagulação modificada e utiliza componentes prontamente disponíveis, tornando-o acessível à maioria dos laboratórios que realizam exames de sangue in vitro de VADs. Demonstramos a utilidade desse método por meio de testes iterativos e refinamento de um VAD pediátrico em miniatura levitado magneticamente (PediaFlow PF5). O método tem sido eficaz na identificação de pontos críticos trombogênicos causados por falhas de projeto e fabricação nos primeiros protótipos de VAD, permitindo melhorias direcionadas antes de avançar para estudos em animais. Apesar de suas limitações, incluindo a ausência de fluxo pulsátil e a influência das características do sangue do doador, este protocolo serve como uma ferramenta prática para o desenvolvimento de DVA em estágio inicial e mitigação de riscos.
Os dispositivos de assistência ventricular (DVA) tornaram-se um padrão de tratamento no tratamento de pacientes com insuficiência cardíaca avançada, mas o risco de trombose e acidente vascular cerebral continua sendo um desafio significativo 1,2. A trombose dentro dos VADs é normalmente avaliada durante estudos pré-clínicos em animais, que, embora valiosos, apresentam custos substanciais e desafios logísticos. Esses estudos consomem muitos recursos, são demorados e são suscetíveis a um único defeito que compromete todo o teste e necessita de ensaios adicionais. Isso não apenas aumenta a carga financeira, mas também levanta preocupações éticas devido à necessidade de testes repetidos em animais.
Embora existam muitos modelos numéricos para prever deposição de plaquetas e trombose 3,4,5,6, apenas alguns são adequados para simular a formação de trombos em dispositivos de macroescala, como VADs 7,8,9. Além disso, os modelos existentes inevitavelmente assumem superfícies idealizadas e geometrias "estanques" simplificadas, que não refletem com precisão as complexidades e imperfeições dos conjuntos de bombas do mundo real. Quando as interações plaqueta-superfície são consideradas, esses modelos em macroescala geralmente empregam propriedades de material uniformemente prescritas (normalmente modeladas como um coeficiente nas condições de contorno do fluxo de superfície) 10 , 11 , 12 . Consequentemente, os modelos numéricos não podem substituir completamente os testes experimentais com sangue.
Tanto a escolha do material quanto o acabamento da superfície desempenham papéis críticos na adesão plaquetária nas superfícies VAD 13,14,15,16,17. Imperfeições como manchas ásperas ou irregularidades podem promover a adesão plaquetária e a formação de trombos. Além disso, fendas entre componentes no caminho do fluxo podem servir como um nidus para trombose, fornecendo ambientes protegidos onde os coágulos podem se formar e crescer18,19. O uso de graxa, lubrificantes ou selantes durante a montagem também pode representar um risco, pois essas substâncias podem penetrar no caminho do fluxo e interagir com o sangue, aumentando ainda mais o risco de complicações.
Há, portanto, a necessidade de um protocolo de teste in vitro bem definido que possa avaliar de forma confiável a tromborresistência dos VADs antes de serem submetidos a testes em animais ou uso clínico. Embora exista um padrão ASTM amplamente adotado para a avaliação da hemólise20, não existe tal padrão para o teste de trombogenicidade de VADs sob condições operacionais clinicamente relevantes21. Apesar de estudos seminais que datam de três décadas demonstrarem a viabilidade do teste de trombose in vitro para bombas de sangue22 , 23 , 24 , 25 , o teste em animais persistiu como a prática de fato para avaliar a trombose até o momento26. O obstáculo para uma adoção mais ampla de métodos in vitro provavelmente tem sido a natureza complexa da coagulação, com a multiplicidade de fatores de confusão que podem influenciar os resultados dos testes, tornando difícil diferenciar a trombogenicidade intrínseca da bomba dos artefatos decorrentes de limitações metodológicas e erros de procedimento.
Isso nos motivou a compartilhar um protocolo detalhado como um guia para os experimentalistas evitarem armadilhas, promovendo assim o uso de testes in vitro e mitigando a dependência de estudos em animais. O protocolo aqui descrito, derivado de Maruyama et al.27, foi refinado e validado durante o projeto da DVA pediátrica PediaFlow (PF5) de5ª geração28,29. Este método de teste provou ser fundamental na identificação e abordagem sistemática de riscos trombogênicos potenciais nos protótipos VAD antes dos testes em animais.
O sangue total ovino usado neste estudo foi obtido de um fornecedor comercial e, portanto, não exigiu uma revisão pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Cornell.
1. Construção do circuito de fluxo de teste
NOTA: Consulte a Tabela de Materiais para obter uma lista detalhada dos componentes do loop e todos os outros materiais usados neste protocolo.
2. Preparação da solução de cloreto de cálcio (CaCl2)
3. Preparação de sangue
NOTA: O sangue ovino usado neste estudo foi obtido de um fornecedor comercial listado na Tabela de Materiais. O sangue foi coletado com agulha 14-G, com o animal contido em posição ortostática agrícola padrão. O processo de coleta levou de 10 a 12 minutos desde a inserção da agulha até a conclusão. O sangue foi anticoagulado com 14 partes de CPD para 86 partes de sangue (formulação de CPD: 26,3 g/L de Na-Citrato, 25,2 g de dextrose, 3 g/L de ácido cítrico e 2,2 g/L de Na-Fosfato em água deionizada [DI]). A bolsa de sangue foi enviada durante a noite em um recipiente isolado com bolsas de gelo e foi usada para o experimento dentro de 24 h após a coleta.
4. Procedimentos de pré-ensaio
NOTA: Todas as etapas descritas nesta seção se aplicam às Seções 5 e 6. Execute estas etapas antes de operar a bomba com albumina de soro bovino (BSA) ou sangue na alça. Transfira sangue entre vasos usando alimentação por gravidade para minimizar o estresse mecânico. Evite usar o êmbolo da seringa para conduzir o sangue, pois isso pode criar pressão excessiva. Além disso, evite estrangular o sangue através de aberturas estreitas para evitar danos aos componentes celulares.
5. Passivando as superfícies de contato com o sangue
6. Teste de trombose
7. Procedimento de limpeza
A execução bem-sucedida deste protocolo permite a identificação de áreas localizadas de deposição de plaquetas, revelando pontos problemáticos dentro do caminho de fluxo da bomba. A aplicação consistente deste protocolo permite melhorias incrementais ao abordar esses "pontos críticos" identificados.
Por exemplo, durante o desenvolvimento do PediaFlow PF5 VAD, encontramos desafios no polimento manual do lado da pressão das palhetas do estator devido...
O primeiro teste em humanos de uma nova bomba é sempre um esforço precário, pois os estudos pré-clínicos não podem prever com segurança a trombogenicidade dos VADs em humanos26. Notavelmente, alguns VADs que demonstraram ausência de trombose em ensaios com animais exibiram posteriormente trombogenicidade significativa no uso clínico36. Um regime agressivo de testes in vitro projetado especificamente para provocar trombose ...
S.E.O. atualmente atua como consultor da Magenta Medical e anteriormente foi consultor da Boston Scientific. Nenhum outro autor tem quaisquer divulgações financeiras relevantes ou conflitos de interesse a relatar.
Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health grant R01HL089456 e pelo Projeto de Atividade de Aquisição de Pesquisa Médica do Exército dos EUA Número W81XWH2010387.
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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