Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Мы представляем настольный протокол индуцирования тромбоза в желудочковых вспомогательных устройствах (VAD) на рециркуляционной тестовой платформе. Этот метод служит для выявления тромбогенных горячих точек в пути кровотока и может помочь улучшить тромборезистентность перед доклиническими испытаниями на животных моделях.
Риск тромбоза остается серьезной проблемой при разработке и клиническом использовании желудочковых вспомогательных устройств (VAD). Традиционная оценка тромбогенности VAD, в первую очередь с помощью исследований на животных, является дорогостоящей и трудоемкой, вызывает этические проблемы и, в конечном счете, может неточно отражать результаты для человека. Чтобы устранить эти ограничения, мы разработали агрессивный протокол тестирования in vitro , предназначенный для провоцирования тромбоза и выявления потенциальных областей высокого риска в пути кровотока. Этот протокол, вдохновленный работой Maruyama et al., использует модифицированную стратегию антикоагуляции и использует легкодоступные компоненты, что делает его доступным для большинства лабораторий, проводящих анализ крови in vitro . Мы продемонстрировали полезность этого метода с помощью итерационного тестирования и усовершенствования миниатюрного педиатрического VAD с магнитной левитацией (PediaFlow PF5). Метод оказался эффективным в выявлении тромбогенных горячих точек, вызванных конструктивными и производственными дефектами в ранних прототипах VAD, что позволило целенаправленно усовершенствовать его до перехода к исследованиям на животных. Несмотря на свои ограничения, в том числе отсутствие пульсирующего кровотока и влияние характеристик донорской крови, этот протокол служит практическим инструментом для ранней стадии развития ВАД и снижения риска.
Желудочковые вспомогательные устройства (ВАД) стали стандартом лечения пациентов с прогрессирующей сердечной недостаточностью, однако риск тромбоза и инсульта остается серьезной проблемой 1,2. Тромбоз при VADs обычно оценивается в ходе доклинических исследований на животных, которые, хотя и ценны, сопряжены со значительными затратами и логистическими проблемами. Эти исследования являются ресурсоемкими, трудоемкими и подвержены риску наличия одного дефекта, который ставит под угрозу весь тест и требует дополнительных испытаний. Это не только увеличивает финансовое бремя, но и вызывает этические опасения из-за необходимости повторных испытаний на животных.
Несмотря на то, что существует множество численных моделей для прогнозирования отложения тромбоцитов и тромбоза 3,4,5,6, только некоторые из них подходят для моделирования образования тромбов в макромасштабных устройствах, таких как VADs 7,8,9. Более того, существующие модели неизбежно предполагают идеализированные поверхности и упрощенную «водонепроницаемую» геометрию, которые не точно отражают сложности и несовершенства реальных насосных узлов. Когда рассматриваются взаимодействия тромбоцитов с поверхностью, в этих макромасштабных моделях обычно используются единообразно заданные свойства материала (обычно моделируемые в виде коэффициента в граничных условиях поверхностного потока)10,11,12. Следовательно, численные модели не могут полностью заменить экспериментальное тестирование с кровью.
Как выбор материала, так и обработка поверхности играют решающую роль в адгезии тромбоцитов на поверхностях VAD 13,14,15,16,17. Дефекты, такие как шероховатые пятна или неровности, могут способствовать адгезии тромбоцитов и образованию тромбов. Кроме того, щели между компонентами на пути потока могут служить очагом тромбоза, обеспечивая защищенную среду, где могут образовываться и расти сгустки18,19. Использование консистентных смазок, смазочных материалов или герметиков во время сборки также может представлять риск, так как эти вещества могут просачиваться в поток и взаимодействовать с кровью, что еще больше увеличивает риск осложнений.
В связи с этим существует потребность в четко определенном протоколе тестирования in vitro, который может надежно оценить тромборезистентность VADs до того, как они будут подвергнуты испытаниям на животных или клиническому использованию. Несмотря на то, что существует широко принятый стандарт ASTM для оценки гемолиза20, не существует такого стандарта для тестирования тромбогенности VADs в клинически значимых условиях эксплуатации21. Несмотря на плодотворные исследования, проведенные три десятилетия назад, демонстрирующие возможность тестирования тромбоза in vitro для кровяных насосов 22,23,24,25, испытания на животных до сих пор остаются фактической практикой оценки тромбоза26. Препятствием для более широкого внедрения методов in vitro, вероятно, является сложный характер коагуляции с множеством искажающих факторов, которые могут влиять на результаты тестов, что затрудняет дифференциацию тромбогенности внутренней помпы от артефактов, возникающих из-за методологических ограничений и процедурных ошибок.
Это побудило нас поделиться подробным протоколом в качестве руководства для экспериментаторов, чтобы избежать ловушек, тем самым способствуя использованию испытаний in vitro и снижая зависимость от исследований на животных. Описанный здесь протокол, полученный из Maruyama et al.27, был уточнен и валидирован в ходе разработки педиатрического VAD28,29 PediaFlow (PF5)5-го поколения. Этот метод тестирования сыграл важную роль в систематическом выявлении и устранении потенциальных тромбогенных рисков в прототипах VAD перед испытаниями на животных.
Цельная овечья кровь, использованная в этом исследовании, была получена от коммерческого поставщика и, следовательно, не требовала рассмотрения Комитетом по уходу за животными и их использованию Корнельского университета.
1. Построение тестового контура потока
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробный список компонентов петли и всех других материалов, используемых в этом протоколе, см. в Таблице материалов .
2. Приготовление раствора хлорида кальция (CaCl2)
3. Подготовка крови
ПРИМЕЧАНИЕ: Овечья кровь, использованная в этом исследовании, была получена от коммерческого поставщика, указанного в Таблице материалов. Кровь собирали с помощью иглы 14-G, при этом животное удерживалось в стандартном сельскохозяйственном положении стоя. Процесс сбора занимал 10-12 минут от введения иглы до завершения. Кровь содержали антикоагулянтные препараты с 14 частями CPD на 86 частей крови (состав CPD: 26,3 г/л Na-цитрата, 25,2 г декстрозы, 3 г/л лимонной кислоты и 2,2 г/л Na-фосфата в деионизированной воде [DI]). Мешок с кровью был отправлен на ночь в изолированном контейнере с пакетами со льдом и использован для эксперимента в течение 24 часов после сбора.
4. Процедуры предварительного тестирования
ПРИМЕЧАНИЕ: Все шаги, описанные в этом разделе, относятся к разделам 5 и 6. Выполните эти действия перед вводом в действие насоса бычьего сывороточного альбумина (БСА) или крови в петле. Переносите кровь между сосудами с помощью гравитационного питания, чтобы свести к минимуму механическое напряжение. Избегайте использования поршня шприца для отдачи крови, так как это может создать чрезмерное давление. Кроме того, избегайте дросселирования крови через узкие отверстия, чтобы предотвратить повреждение клеточных компонентов.
5. Пассивация поверхностей, контактирующих с кровью
6. Тестирование на тромбоз
7. Порядок уборки
Успешное выполнение этого протокола позволяет идентифицировать локализованные участки отложения тромбоцитов, выявляя проблемные места в проточной части насоса. Последовательное применение этого протокола позволяет постепенно совершенствоваться за счет устранен...
Первое испытание нового насоса на людях всегда является рискованным предприятием, поскольку доклинические исследования не могут надежно предсказать тромбогенность VADs у людей26. Примечательно, что некоторые VAD, которые продемонстрировали отсутствие тро?...
S.E.O. в настоящее время работает консультантом в Magenta Medical, а ранее был консультантом в Boston Scientific. Никакие другие авторы не могут сообщать о каких-либо соответствующих финансовых доходах или конфликтах интересов.
Эта работа была поддержана грантом Национального института здравоохранения R01HL089456 и Проектом по приобретению медицинских исследований армии США No 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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены