Name: Advancing Cardiac Procedure Testing Prior to Embarking on Large Animal Studies (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-08-25T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Advancing Cardiac Procedure Testing Prior to Embarking on Large Animal Studies at JoVE.com

Vi vil gjerne takke laboratoriet til Dr. Gordana Vunjak-Novakovic, inkludert Julie Van Hassel, Mohamed Diane og Panpan Chen, for å tillate oss å bruke hjerteavfallsvev fra deres eksperimenter. Dette arbeidet ble støttet av Congenital Heart Defect Coalition i Butler, NJ, og National Institutes of Health i Bethesda, MD (5T32HL007854-27).

All forskning ble utført i samsvar med institusjonelle retningslinjer for stell av dyr.
1. Vurderinger og forberedelser til eksperimentet
<ol><li>Bruk en egnet pulsduplikator (PD) for simulering av hjerteutgang gjennom AV. PD må kunne romme biologisk materiale og kunne rengjøres.<ol><li>Bruk PD-innstillinger som er egnet for testing av AV: 70 ml forskyvningsvolum og 70 slag per minutt (5 l / min hjerteutgang), 35% av hjertesyklusen i systole, 100 mmHg gjennomsnittlig tran...

Evaluation of Hydrodynamic Properties in Mounted Porcine Aortic Valves

<ol>
	<li>Aluru, J. S., Barsouk, A., Saginala, K., Rawla, P., Barsouk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Valvular+heart+disease+epidemiology.">Valvular heart disease epidemiology.</a> Medical Science. 10 (2), 32 (2022).</li><li>Herrmann, J. L., Brown, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seven+decades+of+valved+right+ventricular+outflow+tract+reconstruction:+The+most+common+heart+procedure+in+children.">Seven decades of valved right ventricular outflow tract reconstruction: The most common heart procedure in children.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 160 (5), 1284-1288 (2020).</li><li>Rotman, O. M., Bianchi, M., Ghosh, R. P., Kovarovic, B., Bluestein, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+TAVR+valve+design,+modelling,+and+testing.">Principles of TAVR valve design, modelling, and testing.</a> Expert Review of Medical Devices. 15 (11), 771-791 (2018).</li><li>Pibarot, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+for+predicting+and+assessing+prosthesis-patient+mismatch+after+aortic+valve+replacement.">Imaging for predicting and assessing prosthesis-patient mismatch after aortic valve replacement.</a> JACC Cardiovascular Imaging. 12 (1), 149-162 (2019).</li><li>Ozaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aortic+valve+reconstruction+using+self-developed+aortic+valve+plasty+system+in+aortic+valve+disease.">Aortic valve reconstruction using self-developed aortic valve plasty system in aortic valve disease.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (4), 550-553 (2011).</li><li>Krane, M., Amabile, A., Ziegelm&#252;ller, J. A., Geirsson, A., Lange, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aortic+valve+neocuspidization+(the+Ozaki+procedure).">Aortic valve neocuspidization (the Ozaki procedure).</a> Multimedia Manual of Cardiothoracic Surgery. , (2021).</li><li>Ozaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+total+of+404+cases+of+aortic+valve+reconstruction+with+glutaraldehyde-treated+autologous+pericardium.">A total of 404 cases of aortic valve reconstruction with glutaraldehyde-treated autologous pericardium.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 147 (1), 301-306 (2014).</li><li>Vandecasteele, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pulmonary+veins+of+the+pig+as+an+anatomical+model+for+the+development+of+a+new+treatment+for+atrial+fibrillation.">The pulmonary veins of the pig as an anatomical model for the development of a new treatment for atrial fibrillation.</a> Anatomia Histollogia Embryologia. 44 (1), 1-12 (2015).</li><li>G&#243;es, A. M. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+angiotomographic+study+of+swine+vascular+anatomy:+contributions+to+research+and+training+models+in+vascular+and+endovascular+surgery.">Comparative angiotomographic study of swine vascular anatomy: contributions to research and training models in vascular and endovascular surgery.</a> Journal Vascular Brasilerio. 20, 20200086 (2021).</li><li>Ho&#322;da, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Pi&#261;tek, K., Ho&#322;da, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+different+fixation+protocols+on+the+preservation+and+dimensions+of+cardiac+tissue.">Influence of different fixation protocols on the preservation and dimensions of cardiac tissue.</a> Journal of Anatomy. 229 (2), 334-340 (2016).</li><li>Ho&#322;da, M. K., Klimek-Piotrowska, W., Koziej, M., Tyrak, K., Ho&#322;da, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Penetration+of+formaldehyde+based+fixatives+into+heart.">Penetration of formaldehyde based fixatives into heart.</a> Folia Medica Cracoviensia. 57 (4), 63-70 (2017).</li><li>Spampinato, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grading+of+aortic+regurgitation+by+cardiovascular+magnetic+resonance+and+pulsed+Doppler+of+the+left+subclavian+artery:+harmonizing+grading+scales+between+imaging+modalities.">Grading of aortic regurgitation by cardiovascular magnetic resonance and pulsed Doppler of the left subclavian artery: harmonizing grading scales between imaging modalities.</a> International Journal of Cardiovascular Imaging. 36 (8), 1517-1526 (2020).</li><li>Capps, S. B., Elkins, R. C., Fronk, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Body+surface+area+as+a+predictor+of+aortic+and+pulmonary+valve+diameter.">Body surface area as a predictor of aortic and pulmonary valve diameter.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 119 (5), 975-982 (2000).</li><li>Baumgartner, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recommendations+on+the+echocardiographic+assessment+of+aortic+valve+stenosis:+a+focused+update+from+the+European+Association+of+Cardiovascular+Imaging+and+the+American+Society+of+Echocardiography.">Recommendations on the echocardiographic assessment of aortic valve stenosis: a focused update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography.</a> European Heart Journal - Cardiovascular Imaging. 18 (3), 254-275 (2017).</li><li>Saisho, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ex+vivo+evaluation+of+two+different+suture+techniques+for+the+Ozaki+aortic+neocuspidization+procedure.">An ex vivo evaluation of two different suture techniques for the Ozaki aortic neocuspidization procedure.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 33 (4), 518-524 (2021).</li><li>Saisho, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ex+vivo+evaluation+of+the+Ozaki+procedure+in+comparison+with+the+native+aortic+valve+and+prosthetic+valves.">Ex vivo evaluation of the Ozaki procedure in comparison with the native aortic valve and prosthetic valves.</a> Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 35 (3), (2022).</li><li>Paulsen, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+ex+vivo+comparison+of+5+clinically+used+conduit+configurations+for+valve-sparing+aortic+root+replacement+using+a+3-dimensional-printed+heart+simulator.">Comprehensive ex vivo comparison of 5 clinically used conduit configurations for valve-sparing aortic root replacement using a 3-dimensional-printed heart simulator.</a> Circulation. 142 (14), 1361-1373 (2020).</li><li>Al-Atassi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+aortic+annular+geometry+on+aortic+valve+insufficiency:+Insights+from+a+preclinical,+ex+vivo,+porcine+model.">Impact of aortic annular geometry on aortic valve insufficiency: Insights from a preclinical, ex vivo, porcine model.</a> The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 150 (3), 656-664 (2015).</li><li>Sun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+biomimetic+multilayered+polymeric+material+designed+for+heart+valve+repair+and+replacement.">A biomimetic multilayered polymeric material designed for heart valve repair and replacement.</a> Biomaterials. 288, 121756 (2022).</li><li>Waller, B. F., McKay, C., Van Tassel, J., Allen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catheter+balloon+valvuloplasty+of+stenotic+porcine+bioprosthetic+valves:+Part+I:+Anatomic+considerations.">Catheter balloon valvuloplasty of stenotic porcine bioprosthetic valves: Part I: Anatomic considerations.</a> Clinical Cardiology. 14 (8), 686-691 (1991).</li><li>Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anatomy+of+the+pig+heart:+comparisons+with+normal+human+cardiac+structure.">Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure.</a> Journal of Anatomy. 193, 105-119 (1998).</li></ol>

Metoden som presenteres her gir en plattform for hydrodynamisk testing av AV-en for å undersøke effekten av en eksperimentell prosedyre eller et nytt medisinsk utstyr. Ved å montere den opprinnelige aortaklaffen på en pulsduplikatormaskin, er vi i stand til å bestemme effekten av den eksperimentelle prosedyren på alle hydrodynamiske parametere som brukes i undersøkelsen og godkjenningen av nye ventilproteser (ISO 5840). Dette gir en mulighet til å finjustere prosedyrer og proteser før bruk i en stor dyremodell.<...

Aortaklaffsykdom representerer en betydelig folkehelsebyrde, spesielt aortastenose, som rammer 9 millioner mennesker over hele verden1. Strategier for å løse denne sykdommen er i ferd med å utvikle seg og inkluderer aortaklaffreparasjon og aortaklaffutskifting. Spesielt i den pediatriske populasjonen er det et betydelig incitament til å reparere i stedet for å erstatte ventilen, siden tilgjengelige proteser er utsatt for strukturell ventildegenerasjon (SVD) og ikke er veksttolerante, noe som krever reoperasjon for re-erstatning etter hvert som pasienten vokser. Selv Ross-prosedyren, som erstatter den syke aortaklaffen (AV) med den opprinnelige lungeklaffen (PV), krever en protese eller graft i lungestilling som også er underlagt SVD og ofte begrenset veksttoleranse2. Nye tilnærminger til aortaklaffsykdom er under utvikling, og det er behov for testing i en biologisk relevant sammenheng før anvendelse i en stor dyremodell.
Vi har utviklet en metode for å teste en svin AV som kan gi innsikt i ventilens funksjon før og etter en undersøkelsesprosedyre eller bruk av et nytt medisinsk utstyr. Ved å montere svin AV på en kommersielt tilgjengelig pulsduplikatormaskin, er vi i stand til å sammenligne de hydrodynamiske egenskapene som ofte brukes i undersøkelsen og til slutt godkjenning av ventilproteser, inkludert regurgitasjonsfraksjon (RF), effektivt åpningsareal (EOA) og gjennomsnittlig positiv trykkforskjell (PPD)3,4. Intervensjonen kan deretter finjusteres i en biologisk relevant kontekst før bruk i en stor dyremodell, og dermed begrense antall dyr som trengs for å produsere en prosedyre eller protese som kan brukes til mennesker. Hjertene som brukes til dette eksperimentet kan hentes fra det lokale slakteriet eller avfallsvevet fra andre eksperimenter, så det er ikke nødvendig å ofre et dyr utelukkende for dette eksperimentets formål.
I vårt arbeid brukte vi denne metoden til å utvikle et nytt lappemateriale for ventilreparasjon og utskifting. Vi testet den hydrodynamiske funksjonen til en rekke patchmaterialer ved å utføre en neocuspidiseringsprosedyre for aortaklaffen (Ozaki prosedyre 5,6,7) på SVINE-AV-er og teste dem i pulsduplikatoren før og etter prosedyren. Dette gjorde det mulig for oss å finjustere materialet basert på dets hydrodynamiske ytelse. Dermed gir denne metoden en plattform for hydrodynamisk testing av eksperimentelle prosedyrer og nytt medisinsk utstyr for bruk på AV-en før påføring i en stor dyremodell.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>Ultimaker</td>
			<td>Ultimaker S5</td>
			<td>Used for printing custom fixtures for hydrodynamic testing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crile-Wood Needle Driver</td>
			<td>Emerald Instruments</td>
			<td>2.0638.15</td>
			<td>Used for suturing ventricle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Debakey Forceps</td>
			<td>Jarit</td>
			<td>320-110</td>
			<td>Used for dissection and sample preparation (can use multiple if working with an assistant)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 200 proof</td>
			<td>Decon Labs Inc.</td>
			<td>DSP-MD.43</td>
			<td>Used for fixed tissue storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formalin 10%</td>
			<td>Epredia</td>
			<td>5701</td>
			<td>Used for tissue fixation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gerald Forceps</td>
			<td>Jarit</td>
			<td>285-126</td>
			<td>Used for dissection and sample preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass jars</td>
			<td>QAPPDA</td>
			<td>B07QCP54Z3</td>
			<td>Used for tissue storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutaraldehyde 25%</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>16400</td>
			<td>Used for tissue fixation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES 1 M buffer solution</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>BP299-100</td>
			<td>Used to make glutaraldehyde 0.6%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mayo Scissors</td>
			<td>Jarit</td>
			<td>099-200</td>
			<td>Used for cutting suture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metzenbaum Scissors</td>
			<td>Jarit</td>
			<td>099-262</td>
			<td>Used for dissection and sample preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O-ring</td>
			<td>Sterling Seal &#38; Supply Inc.</td>
			<td>AS568-117</td>
			<td>Used as a gasket on the end of the 3D printed fixtures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polylactic acid resin</td>
			<td>Ultimaker</td>
			<td>1609</td>
			<td>Used for 3D printing fixtures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyproplene suture</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>VP-762-X</td>
			<td>Used for suturing ventricle, tapered needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Duplicator</td>
			<td>BDC Laboratories</td>
			<td>HDTi-6000</td>
			<td>Used for hydrodynamic testing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silk ties</td>
			<td>Covidien</td>
			<td>S-193</td>
			<td>Used for ligating coronary arteries</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tonsil Clamp</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>BH957R</td>
			<td>Used for coronary artery dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zip ties (6 inch)</td>
			<td>Advanced Cable Ties, Inc.</td>
			<td>AL-06-18-9-C</td>
			<td>Used for securing sample to fixtures, 157.14 mm long (6 inches), 2.5 mm wide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zip ties (8 inch)</td>
			<td>GTSE</td>
			<td>GTSE-20025B.1000</td>
			<td>Used for securing sample to fixtures, 203 mm long (8 inches), 2.5 mm wide</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an ex vivo porcine model for hydrodynamic testing of experimental aortic valve procedures and novel medical devices

Mulighetene for å teste nye hjerteprosedyrer og undersøkende medisinsk utstyr før bruk i en dyremodell er begrenset. I denne studien presenterer vi en metode for montering av en svine-aortaklaffen i en pulsduplikator for å evaluere dens hydrodynamiske egenskaper. Disse egenskapene kan deretter evalueres før og etter at prosedyren som undersøkes utføres og/eller det undersøkende medisinske utstyret påføres. Sikring av innstrømningssegmentet gir noen vanskeligheter på grunn av mangel på omkretsmyokard i venstre ventrikkels utløpskanal. Denne metoden løser dette problemet ved å sikre innstrømningssegmentet ved hjelp av mitralklaffens fremre brosjyre og deretter suturere den venstre ventrikulære frie veggen rundt innstrømningsarmaturen. Utstrømningssegmentet sikres ganske enkelt ved å sette armaturen inn i et snitt i det overlegne aspektet av aortabuen. Vi fant at prøvene hadde signifikant forskjellige hydrodynamiske egenskaper før og etter vevsfiksering. Dette funnet induserte oss til å bruke ferske prøver i testingen vår og bør vurderes når vi bruker denne metoden. I vårt arbeid brukte vi denne metoden til å teste nye intrakardiale patchmaterialer for bruk i valvulær stilling ved å utføre en aortaklaff-neocuspidiseringsprosedyre (Ozaki prosedyre) på de monterte svine-aortaventilene. Disse ventilene ble testet før og etter prosedyren for å vurdere endringen i hydrodynamiske egenskaper i forhold til den opprinnelige ventilen. Her rapporterer vi en plattform for hydrodynamisk testing av eksperimentelle aortaklaffprosedyrer som muliggjør sammenligning med den opprinnelige ventilen og mellom forskjellige enheter og teknikker som brukes til prosedyren som undersøkes.

An Ex Vivo Porcine Model for Hydrodynamic Testing of Experimental Aortic Valve Procedures and Novel Medical Devices

De representative dataene som samles inn fra pulsduplikatoren inkluderer regurgitasjonsfraksjon (RF), effektivt åpningsområde (EOA) og gjennomsnittlig positiv trykkforskjell (PPD). Spesielt RF og EOA brukes i ISO-standardene for proteseventiler (ISO 5840) og vil være viktig å samle inn hvis proteseventilprodukter er under utredning. PPD gir informasjon om hvor mye trykk som kreves for å åpne ventilen og refereres ofte når man diskuterer utskifting av proteseventil 3,4<sup class="...

Watch this Scientific Journal Video about Advancing Cardiac Procedure Testing Prior to Embarking on Large Animal Studies at JoVE.com

Advancing Cardiac Procedure Testing Prior to Embarking on Large Animal Studies (Video) | JoVE

Vi presenterer en metode for montering av en svine-aortaklaffen på en pulsduplikator for å teste dens hydrodynamiske egenskaper. Denne metoden kan brukes til å bestemme endringen i hydrodynamikk etter anvendelse av en eksperimentell prosedyre eller ny medisinsk enhet før bruk i en stor dyremodell.

En ex vivo svinemodell for hydrodynamisk testing av eksperimentelle aortaklaffprosedyrer og nytt medisinsk utstyr

The options for testing new cardiac procedures and investigative medical devices prior to use in an animal model are limited. In this study, we present a ...

Det finnes begrensede alternativer for testing av nye hjerteprosedyrer og undersøkende medisinsk utstyr før bruk i en stor dyremodell. Vår protokoll gir mulighet til å finjustere slike prosedyrer og enheter i en biologisk og anatomisk relevant sammenheng før du går i gang med store dyreforsøk. Andre teknikker for montering av en aortaklaffen på en pulsduplikator krever å sette inn eller fikse en stiv struktur til aortaklaffens ringrom, og dermed forvrenge ventilens hydrodynamiske egenskaper.Vår protokoll tilbyr en innovativ måte å kanylere LVOT slik at alle målte hydrodynamiske egenskaper er gyldige. Denne metoden er utformet for å vurdere levedyktigheten til brosjyresubstitusjonsmaterialer for bruk som ventilreparasjonsplaster eller protese. Det er et sentralt verktøy for vår fremtidige forskning der vi utvikler biomimetiske polymere materialer for bruk som holdbare ventilsubstitutiver med naturlig vev, som mekaniske og hydrodynamiske egenskaper.