Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.

Özet

Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.

Giriş

Koroner girişim prosedürleri nedeniyle plak ve damar duvarının bozulması önemli damar duvarında yaralanmaya neden olabilir. Bu koroner lümeni 1-4 restenoz, damar greft periferik emboli ve devamsızlık sonuçlanır. Bu komplikasyonlardan kaçınmak için, gelecek vaat eden bir strateji potansiyel restenoz inhibe damar lümeninin süreksizlik gelen risklerin azaltılması ve çevresel emboli önleyecektir anjiyoplasti sitesinde, vasküler yüzeyini kapsayacak şekilde olacaktır. Önceki çalışmalar stent greft 5 için olumlu sonuçları ile greft stent çıplak metal stent karşılaştırılmıştır. Araştırmacılar stent kapsayacak şekilde zarları üretmek için birçok malzemeyi kullandık. Bu polietilen tetraftalat (PET), politetrafloroetilen (PTFE), poliüretan (PU), ve silikon ya da kaplı stentlerin 6-9 üretimi için otolog damar dokusu gibi sentetik malzemeler bulunmaktadır. stenti örtmek için kullanılan ideal bir greft materyali olmayan biodegr, tromboya olmalıdıradable ve aşırı çoğalması ve inflamasyon 10 olmadan yerli dokusu ile entegre edilmelidir. stenti kapsayacak şekilde kullanılan greft materyali de stent-greft iyileşmesini teşvik etmelidir.

Stent-greftler yaygın aort koarktasyonu, karotid arter sözde anevrizma, arteriyovenöz fistül tedavisinde kullanılan, greft, ven dejenere ve dev serebral anevrizma büyük. Ama küçük kalibreli stent greft geliştirme stent greft 11-14 dağıtım yardımcıları düşük profilli ve esneklik sağlamak için yeteneği ile sınırlıdır. PU düşük bir profil ve iyi esneklik 15,16 ulaşmak için istenen bir özelliktir iyi mekanik dayanıklılık ile bir elastomerik polimerdir. İyi dağıtılabilirlik sahip olmanın yanı sıra, stent greftler de hızlı iyileşme ve endothelialization teşvik etmelidir. PU stent greftler daha iyi biyouyumluluk gösterdi ve endothelialization 17 arttırmıştır kaplı. araştırmacılar varDaha önce PU endotel hücreleri 17 ile ekim stent-greft kaplı endoteliyalize çalıştı. Nanolif matris oluşturmak için PU elektro damar üretimi 18,19 greft için değerli bir teknik olduğu gösterilmiştir. Doğal hücre-dışı matrisi mimarisini taklit nano varlığı da endotelyal hücre proliferasyonunu 20,21 teşvik ettiği bilinir. Elektrospinning aynı zamanda malzemenin 22 kalınlığı üzerinde kontrol sağlar. PU yapılmış küçük kalibreli damar greft gibi yüzey kaplamaları, antikoagülanlardan ve hücre çoğalması bastırıcı olarak modifikasyonları kullanılarak iyileşmesini sağlamak için çalışılmıştır. Tüm bu değişiklikler konak kabul aracılık ve greft iyileşmesini 23 teşvik için tasarlanmıştır.

Grubumuz hayvan modellerinde 24-26 dağıtılabilir bir balon genişletilebilir çıplak metal stent geliştirdi. Bir electrospun poliüretan örgü ve bir top kombinasyonuotuşuna genişleyen stent küçük kalibreli balon genişleyen stent greft oluşturmak için bize sağlamıştır. Mevcut stent greft çoğu girişimsel işlem sırasında femoral arter yoluyla tanıtıldı, ancak sadece bir kaç ticari kapalı stentler bir un-şişirilmiş balon 27 için gerekli olandan daha büyük 1 Fransız boyutu sokulabilir. Bu çalışmada, perkütan girişimsel prosedürde bir standart 8-9 Fransız kılavuz kateter kullanılarak koroner arter teslim edilebilir electrospun PU iki kat arasında bir balon genişletilebilir stent kapsülleme tarafından küçük kalibreli damar stent greft geliştirdik.

Protokol

Mandrel Collector Poliüretan 1. Elektrospinning

  1. Elektrospinning için mandrel hazırlanması
    1. dereceli bir silindir içinde biyolojik olarak uyumlu, gıda için suda çözünür taşıyıcı malzeme yaklaşık 8 ml eriyik (yaklaşık 9 mm çapında ve 110 mm derinlik) bir fırın kullanılarak 155 ° C 'de.
    2. mandrel yüzeyi üzerinde destek maddesinin bir kaplama elde etmek için, 3 mm bir çapa ve 100 mm uzunlukta paslanmaz çelik mandrel batırın. daldırma öncesinde erimiş destek malzemesi ile bir yüzey ıslatma yardımcı mandrel yüzeyi sıcaklığını yükseltmek için yaklaşık 15 dakika boyunca 155 ° C'de bir fırında mandrelleri yerleştirin.
    3. Erimiş destek malzemesi mandreli yüzeyi üzerinde üniform bir ince bir kaplama oluşturan katılaşırken daldırma mili yaklaşık olarak 140 ° C'ye soğumaya bırakılmıştır. yerçekimi kapalı damla fazla destek materyali neden böylece soğutma işlemi sırasında, dikey mili asmak. Bu kaplama kolay sağlarmandrel bitmiş stent greft çıkarılması.
  2. Elektro sisteminin göbek kolektörünün Ayar (Şekil 1 'de gösterildiği gibi)
    1. Yatay laboratuvar mikser hizalayın ve davlumbaz içine ters sonunda paslanmaz çelik mandrel yapacak bir plastik çubuk bağlayın.
    2. mandrel sonunda plastik destek çubuğunu karşılamak için su içinde mandrelin sadece ucu daldırarak mandrelin ucu destek malzemesinin çözülür. Mandrel toplayıcı düzgün dönmesi yardımcı mandrel serbest ucunda plastik destek çubuğunu destekler.
    3. paslanmaz çelik mandrel güvence altına almak ve elektrospinning esnasında kaymasını önlemek için plastik destek çubuklarının set vidaları kullanın.
    4. Paslanmaz çelik mandrel bir U-şekilli bir topraklama kablosu takarak göbek toplayıcı Şasiye. malafa kenarlarına topraklama kablosu tutmak için lastik O-halkalarını kullanın.
  3. settiElektrospinning sisteminin sıvı poliüretan ekstrüzyon sistemi ng
    1. % 15 elde etmek üzere% 25 (kütle / hacim), poliüretan (PU) stok çözeltisi ile dimetilasetamid (DMA) karışımı (a / h) poliüretan DMA çözeltisi (örneğin, 9 ml% 25 poliüretan çözeltisine DMA 6 ml ilave).
      DİKKAT! Uygun kişisel koruyucu ekipman ile bir davlumbaz içine çalışın.
    2. % 15 poliüretan çözeltisi ile kör uç paslanmaz çelik iğne (püskürtme memesi) ile 5 ml'lik bir cam şırınga doldurun.
    3. şırınganın iç çapına göre 0,01 mL / dakika a'ya şırınga pompası Program.
    4. yatay yaklaşık 20 cm mandrel kolektörü iğne ucu ile şırınga pompası püskürtme memesinin ile şırınga monte edin. elektrik arkı önlemek için kauçuk sayfaları kullanarak pompa şırınga iletken parçalarından şırınga izole.
    5. bir timsah klibi kullanarak şırınga püskürtme memesinin yüksek voltaj jeneratörü bağlayın.
  4. 0.01 ml / dak ve rota şırınga pompasını çalıştırırLaboratuvar karıştırıcı yavaş hızda (örneğin, 50 rpm) çalışan mandrel te.
  5. 20 püskürtme memesinden üzerinden kV ve kolektör mandrel bir gerilim farkı uygulayın. PU nanolifler dönen mandrel üzerine yatırılması başlayacak ve ince bir tabaka birkaç dakika içinde görünür olacaktır. davlumbaz kapatılır ve egzoz electrospun nanoliflerden kaybını önlemek için kapalı olduğundan emin olun.

2. Stent greft elektrospinning

  1. (Aşama 1 'de açıklandığı gibi), 2 saat için bir döner mandrel üzerine Electrospin PU nanolifler muntazam bir tüp oluşturmak için kullanılır.
  2. çıplak metal stent yüklemek için laboratuvar mikser bağlı plastik çubuk mili çıkarın. önce çözücü buharlar kaldırılır kalıntısını sağlamak için mili çıkarmadan davlumbaz ve açık egzoz açın.
  3. Istenilen konuma electrospun tüpüne balon genişletilebilir paslanmaz çelik stenti 26 kaydırın. o sli yüzden biraz stent genişletmek için gerekli olabilirelectrospun tüp zarar vermeden üzerinde ps.
  4. Stent sıkıca mandrel üzerine tüp malzeme üzerine kurmak ve slayt yeterince gevşek olmadığından emin olmak için stent kıvırın. Bu, aynı zamanda, iç ve dış tabakaların delaminasyonunu önler ve yardımcı olacaktır.
  5. Stent-greft dış katmanını elektrospinning için laboratuvar mikser plastik çubuk üzerinde tekrar tüp ve stent ile mandrel yükleyin.
  6. Aşama 1 'de açıklandığı gibi 3 saat Electrospin nanolifler stent greft dış tabaka imal etmek için.
  7. Daha sonra dış elektrospinning sonra, çevresel PU malzemeye bir neşter kullanılarak stentin ucundan yaklaşık 1 mm kesti.
  8. mandrelden stent greft yayınlayacak mandrel destek materyali çözmek için deiyonize su içinde stent-greft mandrel ıslatın. Tamamen destek materyali çözmek için gereken taze su ile değiştirin.
  9. destek malzemesi çözülür sonra, yavaşça t stent-greft kaldırmako mandrel ve kurumaya bırakın. kuru hava izin vermeden önce geri kalan destek malzemesinin çözünmesi için deiyonize su içinde ayrılmıştır stent greft ıslatma göz önünde bulundurun.

İmal Stent-greft 3. Test

  1. 3 mm üç katlı balon stent-greft kaydırın.
  2. aracı sıkma bir el kullanarak balon üzerine stent-greft kıvırın.
  3. homojen kıvırma nedeniyle stent deformasyona kaplama malzemesi delaminasyonu veya delinme gibi yetmezliği başka işareti için bir mikroskop kullanılarak kıvrılmış stent greft kontrol edin.
  4. enflasyon cihazı ve su ile üç katlı balon basınç ile 3 mm tasarlanmış çapa stent-greft genişletin. Yine üniforma genişleme ve yetersizliği belirtileri için genişletilmiş stent greft inceleyin.

Sonuçlar

Bizim electrospinner kurulumu (Şekil 1) yüksek kaliteli poliüretan nanolifler (Şekil 2) sonuçlandı. Bir stent-graft (Şekil 3), bir mandrel üzerine poliüretan bir iç tabaka electrospinning Bu katı üzerine çıplak metal stent kaymasını ve poliüretan bir ikinci dış tabaka Elektrospinning tarafından üretilmiştir. Poliüretan nanolifler 100 um arasında bir iç tabaka ve stent greft 150 um'lik bir dış tabaka ile sonuçlanan 50 um / saat hız?...

Tartışmalar

We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable ...

Açıklamalar

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

Teşekkürler

We would like to thank the Division of Engineering, Mayo Clinic for their technical support. This study was financially supported by European Regional Development Fund - FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), and The Grainger Innovation Fund - Grainger Foundation.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Glass syringeAir Tite7.140-33Syringe for spinneret
Graduated cylinder 5 mLFisher Scientific08-552-4G5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long
High voltage generatorBertan Accociates, Inc.205A-30PUsed to apply voltage difference across spinneret and collector
Laboratory mixer with rpm controlScilogexSCI-84010201Available from various laboratory equipment suppliers
PolyurethaneDSMBioSpan SPUBiospan Segmented Polyurethane
Rubber sheetMcMaster Carr1370N11Used to insulate syringe during electrospinning
Stainless steel mandrelN/AN/AManufactured 
Stainless steel needleHamilton91018Used as spinneret in electrospinning
Support materialEnvisionTecB04-HT-DEMOMATBiocompatible water soluble material
Syringe PumpHarvard Apparatus55-3333

Referanslar

  1. Elsner, M., et al. Coronary stent grafts covered by a polytetrafluoroethylene membrane. Am. J. Cardiol. 84 (3), 335-338 (1999).
  2. Störger, H., Haase, J. Polytetrafluoroethylene-Covered Stents: Indications, Advantages, and Limitations. J. Interv. Cardiol. 12 (6), 451-456 (1999).
  3. Moreno, P. R., et al. Macrophage infiltration predicts restenosis after coronary intervention in patients with unstable angina. Circulation. 94 (12), 3098-3102 (1996).
  4. Briguori, C., Sarais, C., Colombo, A. The polytetrafluoroethylene-covered stent: a device with multiple potential advantages. Int. J. Cardiovasc. Interv. 4 (3), 145-149 (2001).
  5. Qureshi, M. A., Martin, Z., Greenberg, R. K. Endovascular management of patients with Takayasu arteritis: stents versus stent grafts. Semin. Vasc. Surg. 24 (1), 44-52 (2011).
  6. Ahmadi, R., Schillinger, M., Maca, T., Minar, E. Femoropopliteal arteries: immediate and long-term results with a Dacron-covered stent-graft. Radiology. 223 (2), 345-350 (2002).
  7. Geremia, G., et al. Experimental arteriovenous fistulas: treatment with silicone-covered metallic stents. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 18 (2), 271-277 (1997).
  8. Saatci, I., et al. Treatment of internal carotid artery aneurysms with a covered stent: experience in 24 patients with mid-term follow-up results. AJNR. Am. J. Neuroradiol. 25 (10), 1742-1749 (2004).
  9. Stefanadis, C., et al. Stents Wrapped in Autologous Vein: An Experimental Study1. J. Am. Coll. Cardiol. 28 (4), 1039-1046 (1996).
  10. Palmaz, J. C. Review of polymeric graft materials for endovascular applications. J. Vasc. Interv. Radiol. 9, 7-13 (1998).
  11. Bruckheimer, E., Dagan, T., Amir, G., Birk, E. Covered Cheatham-Platinum stents for serial dilation of severe native aortic coarctation. Catheter Cardiovasc. Interv. 74 (1), 117-123 (2009).
  12. Tzifa, A., et al. Covered Cheatham-platinum stents for aortic coarctation: early and intermediate-term results. J. Am. Coll. Cardiol. 47 (7), 1457-1463 (2006).
  13. Kuraishi, K., et al. Development of nanofiber-covered stents using electrospinning: in vitro and acute phase in vivo experiments. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 88 (1), 230-239 (2009).
  14. Pant, S., Bressloff, N. W., Limbert, G. Geometry parameterization and multidisciplinary constrained optimization of coronary stents. Biomech. Model Mechanobiol. 11 (1-2), 61-82 (2012).
  15. Muller-Hulsbeck, S., et al. Experience on endothelial cell adhesion on vascular stents and stent-grafts: first in vitro results. Invest. Radiol. 37 (6), 314-320 (2002).
  16. Sarkar, S., Salacinski, H. J., Hamilton, G., Seifalian, A. M. The mechanical properties of infrainguinal vascular bypass grafts: their role in influencing patency. Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 31 (6), 627-636 (2006).
  17. Shirota, T., Yasui, H., Shimokawa, H., Matsuda, T. Fabrication of endothelial progenitor cell (EPC)-seeded intravascular stent devices and in vitro endothelialization on hybrid vascular tissue. Biomaterials. 24 (13), 2295-2302 (2003).
  18. Grasl, C., et al. Electrospun polyurethane vascular grafts: in vitro mechanical behavior and endothelial adhesion molecule expression. J. Biomed. Mater. Res. A. 93 (2), 716-723 (2010).
  19. Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T. Structural features and mechanical properties of in situ-bonded meshes of segmented polyurethane electrospun from mixed solvents. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 76 (1), 219-229 (2006).
  20. Stegemann, J. P., Kaszuba, S. N., Rowe, S. L. Review: advances in vascular tissue engineering using protein-based biomaterials. Tissue Eng. 13 (11), 2601-2613 (2007).
  21. Sankaran, K. K., Subramanian, A., Krishnan, U. M., Sethuraman, S. Nanoarchitecture of scaffolds and endothelial cells in engineering small diameter vascular grafts. Biotechnol. J. 10 (1), 96-108 (2015).
  22. Gibson, P., Schreuder-Gibson, H., Rivin, D. Transport properties of porous membranes based on electrospun nanofibers. Colloid Surf., A. 187, 469-481 (2001).
  23. Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part II: Polyurethanes revisited. J. Biomater. Appl. 11 (1), 37-61 (1996).
  24. Uthamaraj, S., et al. Design and validation of a novel ferromagnetic bare metal stent capable of capturing and retaining endothelial cells. Ann. Biomed. Eng. 42 (12), 2416-2424 (2014).
  25. Tefft, B. J., et al. Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (105), e53099 (2015).
  26. Uthamaraj, S., et al. Ferromagnetic Bare Metal Stent for Endothelial Cell Capture and Retention. J. Vis. Exp. (103), e53100 (2015).
  27. de Giovanni, J. V. Covered stents in the treatment of aortic coarctation. J. Interv. Cardiol. 14 (2), 187-190 (2001).
  28. Hans, F. J., et al. Treatment of wide-necked aneurysms with balloon-expandable polyurethane-covered stentgrafts: experience in an animal model. Acta. Neurochir. (Wien). 147 (8), 871-876 (2005).
  29. Hasan, A., et al. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta. Biomater. 10 (1), 11-25 (2014).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

T pSay 116ifaendotelizasyonununpoli retannanolifleriskeleh cre d matriksanevrizmakapal stentleraort anevrizmasbiyomedikal m hendisli i

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır