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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
I meccanismi che portano allo sviluppo di iperplasia intimale (IH) e il fallimento del trapianto vena sono ancora poco conosciuti. Questo studio descrive un sistema ex vivo di perfusione vene umane sotto flusso e pressione controllata. Inoltre l'efficienza di rinforzo maglia esterna per limitare lo sviluppo di IH è stata valutata.
Il pilastro di terapie contemporanee per esteso arteriopatia obliterante è venosa bypass. Tuttavia, la sua durata è minacciato da iperplasia intimale (IH), che alla fine porta a occlusione nave e fallimento del trapianto. Forze meccaniche, particolarmente basso shear stress e la tensione alto muro, si pensa di avviare e sostenere questi cambiamenti molecolari e cellulari, ma il loro contributo esatto resta da dipanare. Per valutare in modo selettivo il ruolo di pressione e sollecitazione di taglio sulla biologia di IH, un ex vivo sistema di perfusione (EVPS) è stato creato per perfusione segmenti di vene safene umani sotto il regime arteriosa (stress elevato shear e alta pressione). Ulteriori innovazioni tecniche hanno permesso di perfusione simultanea di due segmenti della stessa vena, uno armato con una rete esterna. Le vene sono state raccolte utilizzando una tecnica no-touch e immediatamente trasferiti al laboratorio per il montaggio in EVPS. Un segmento del isol appenaated vena non è stato perfuso (controllo, giorno 0). Gli altri due segmenti sono stati perfusi per un massimo di 7 giorni, un essere completamente al riparo con un 4 mm (diametro) della maglia esterno. La pressione, velocità del flusso, e la frequenza cardiaca sono stati costantemente monitorati e adeguati per simulare le condizioni emodinamiche prevalenti nell'arteria femorale. Al termine della perfusione, vene sono stati smontati e utilizzati per l'analisi istologica e molecolare. In ex vivo, condizioni di perfusione ad alta pressione (arteriosa, medio = 100 mm Hg) è sufficiente a generare IH e il rimodellamento delle vene umane. Queste alterazioni sono ridotti in presenza di una rete di poliestere esterno.
Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morbilità e mortalità nei paesi occidentali 1. Nonostante i progressi compiuti nei trattamenti endovascolari, la chirurgia di bypass rimane il fondamento delle terapie contemporanee, così oltre mezzo milione di innesti di vena vengono eseguite ogni anno negli Stati Uniti. Tuttavia, nonostante decenni di ricerca, 30-60% dei minori innesti estremità vena falliscono entro i primi anni a causa di iperplasia intimale (IH) 2. Forze meccaniche, particolarmente basso sforzo di taglio (SS) e la tensione alto muro, sono fondamentali nel l'avvio e lo sviluppo di questa risposta iperplastica 3,4. Per risolvere questo problema, un ex vivo vene sistema di perfusione (EVPS) è stato generato per studiare, in condizioni strettamente controllate emodinamiche (pressione e lo stress di taglio), il comportamento di safene umane. In questo studio, dopo l'inserimento nella circolazione arteriosa simile, ad alta pressione (media = 100 mm Hg) era sufficiente per stimolare prolifrazione e la migrazione delle cellule muscolari lisce nello strato intimale (IH) 5.
Studi mammiferi hanno suggerito l'uso del rinforzo esterno come un metodo efficace per sostenere la "vena arterializzato" e contrastare l'emodinamica acuta cambia la vena facce, una volta impiantato in un ambiente arteriosa. La maglia ha impedito sovra-distensione, aumento dello stress di taglio, e ridotta tensione di parete e di conseguenza IH 6-10. Tuttavia, i meccanismi alla base e la sua applicabilità alle vene umane per migliorare bypass pervietà non sono stati completamente caratterizzati. I nostri EVPS è stato utilizzato per confrontare, in condizioni che mimano le alterazioni vena volti, una volta inserito in un regime arteriosa (stress e pressione alta di taglio), il comportamento di safene umane in assenza e presenza di una rete tubolare in poliestere macroporosa esterno. Impedendo rimodellamento patologico e IH, la rete ha fornito prove della sua potenziale efficacia clinica 11 .
Questo studio 1) introduce un modello di ex vivo safene umane perfusione sotto pressione controllata e sforzo di taglio 2) dimostra che in poliestere maglia macro-poroso esterno riduce IH e fornisce informazioni fondamentali per la sua potenziale applicazione clinica.
Il Comitato Etico dell'Università di Losanna ha approvato gli esperimenti, che sono in conformità con i principi enunciati nella Dichiarazione di Helsinki del 1975, riveduta nel 1983 per l'uso di tessuti umani.
1. umano Grande vena safena Harvest
2 EVPS design
3. EVPS Assembly (Figura 1)
4. Vene Perfusione
5 Completamento della perfusione
Il EVPS fornisce un prezioso strumento per valutare autonomamente le forze emodinamiche sulla vena safena umana innesta rimodellamento e IH.
La Figura 1 mostra la camera di perfusione e il supporto vena. Nelle figure 1A e B, il supporto vena prima (Figura 1A) e dopo (Figura 1B) assemblaggio, rispettivamente è raffigurato. È composto (dalla parte superiore alla parte inferiore) di 1 tubo di acciaio inox piano di misura 9 cm che funge da supporto per 2 pezzi a forma di L, che può facilmente scivolare (da sinistra a destra) e fornisce una tecnica affidabile per regolare la dimensione supporto alla vena. Ciascuno di questi pezzi detiene un disco POM montare un cilindro di acciaio (connettore vena) fissato in posizione da viti integrato (freccia). Figura 1C-D mostra solo (C) e dopo l'inserimento del supporto vena (D) la camera di perfusione. Nella camera di perfusione, depressioni sono progettati pertenere il supporto vena in posizione (in alto) e per evitare attorcigliamenti del tubo di collegamento a entrare e uscire dalla vena (in basso).
La Figura 2 mostra le immagini in tempo reale (Figura 2A) e una rappresentazione schematica (Figura 2B) del EVPS. La camera di perfusione, vene e dei suoi supporti, così come la colonna di pressione, sono mantenuti in un ambiente controllato (temperatura, CO 2 e O 2), mentre la pompa, iniettore a pressione, dispositivi di controllo e tutti rimangono all'esterno dell'incubatrice. La figura illustra la pompa ingranaggi (1) che genera un segnale pulsatile controllato da un computer (2), che controlla la velocità di flusso (3), pressione (4), e regola la pressione diastolica minima (5); due segmenti di una stessa vena safena sono collegati in parallelo alla pompa di perfusione all'interno di camere di perfusione separate (6a e 6b) posti in un incubatore di coltura cellulare.
In figura 3, Analisi istomorfometrica mostra che il rinforzo esterno impedisce iperplasia intimale e rimodellamento dei media patologici altrimenti osservata dopo 7 giorni ad alta pressione (regime arteriosa, medio = 100 mm Hg) perfusione. Nella Figura 3A, sezioni rappresentative istologiche colorate per ematossilina-eosina (HE) rivela il rivestimento del lume da nuclei di cellule endoteliali e dei nuclei della CML nello strato di supporto in tutte le condizioni. Figure 3B-C mostra rappresentante Van Gieson elastico Lamina ( VGEL) macchiato sezioni. Nella Figura 3B, l'intima è ispessita (IH) nelle vene perfusi ad alta pressione (media = 100 mm Hg) per 7 giorni rispetto al controllo vene non perfusi, un fenomeno ampiamente diminuita in presenza di una rete esterna. Figura 3C illustra il rimodellamento patologico verso l'esterno e supporti diradamento nelle vene sottoposte a 7 giorni di pressione arteriosa. Questo è in gran parte impedito dal rinforzo esterno. Furthermore, nella figura 3D, colorazione tricromica di Masson (blu = tessuto connettivo, rosso = muscolo) associa questo rimodellamento patologico con la persistenza di uno solo dei tre strati muscolari e accumulo di cellule muscolari lisce nello strato interno (intima). Il rinforzo esterno conserva la distribuzione del CML e media struttura.
La figura 4 illustra una corrente applicazione clinica della maglia esterna. Un esempio illustrativo è fornito dal rinforzo esterno di una fistola artero-venosa aneurismatica (emodialisi). Figura 4A mostra una rappresentazione tempo-corso del rinforzo vena (dalla parte superiore alla parte inferiore). In primo luogo, la maglia è stato collocato attorno ad un tubo rigido, mentre all'estremità della vena è fissato su un mandrino (pannello superiore). Poi, la vena è stato tirato attraverso il tubo grazie al mandrino. Una volta che la vena era a posto, il tubo è stato lentamente retratto, lasciando la maglia intorno alla vena (upper e pannello centrale). In questo caso particolare, la procedura è stata ripetuta su entrambi i lati delle vene, ei segmenti vene e rinforzi maglia sono stati assemblati da una anastomosi end-to-end (pannello inferiore). Figura 4B fornisce una visione più ampia del termine artero-venosa anastomosi -to-side, mostrando che la rete è avvolto intorno alla anastomosi legandola lungo la parete posteriore dell'arteria.
Figura 1 Il supporto vena e camera di perfusione. A. Il supporto vena è composto da 1 tubo pianura, 2 pezzi a forma di L, dischi e cilindri (formare la parte superiore verso il basso). B. Una volta che il supporto vena assemblato. C. Vista della camera di perfusione. D. La perfusione Camera è progettata per tenere in posizione il supporto vena e permette la sua connessioneione alla vena e tubi di collegamento.
Figura 2 Il sistema di perfusione ex vivo. A. Il assemblare completamente EVPS in incubatrice coltura cellulare. B. Rappresentazione schematica. 1) la pompa genera un'onda cardioide pulsatile; 2) il computer che controlla la pressione, flusso (tipo, frequenza e ampiezza); 3) il flussometro; 4) il trasduttore di pressione - linea arteriosa; 5) l'iniettore pressione; 6) due segmenti di una stessa vena safena sono perfusi senza (6a) o con rinforzo in rete esterno (6b).
Figura 3 Il rinforzo esterno impedisce iperplasia intimale. La. sezioni istologiche rappresentative colorate con ematossilina-eosina (HE). Bar rappresenta 50 micron. AC. Sezioni istologiche colorate Rappresentante per l'elastina (VGEL). l = lumen m = supporto, IH = iperplasia intimale. Bar rappresenta 50 micron. D. Rappresentante sezioni istologiche colorate con tricromica di Masson. Bar rappresenta 50 micron.
Figura 4 rinforzo esterno di una fistola aneurismatica. Fotografie di A. Time-corso di rinforzo vena (dall'alto verso il basso). B. Visualizzazione ingrandita della end-to-side anastomosi artero-venosa.
Questo studio rivela un ex vivo sistema di perfusione venosa (EVPS) per eseguire studi approfonditi emodinamiche nelle vene umane. Questo sistema permette safene perfusione sotto parametri emodinamici definiti in assenza di fattori infiammatori e di crescita aggravanti rilasciati dalle cellule circolanti in vivo. Pertanto, esso fornisce una migliore comprensione dei meccanismi sottostanti coinvolti nel controllo della IH in vene umane innesti 5,11,12,15.
Perturbazioni emodinamiche riproducibili e quantificabili sono limitati in vivo. Sono state descritte varie procedure microchirurgiche murini complesse. Utilizzando un modello di bypass isograft mediante interposizione di una vena cava da un topo donatore nel diritto carotide comune e la creazione di un ulteriore legatura ramo deflusso, metà innesto o stenosi carotidea comune, il flusso e la SS acutamente diminuito e migliorato IH 3. Verso l'esterno rispetto al rimodellamento verso l'interno può essere ulteriormente trarogated con un mid-focale rispetto distale della carotide comune stenosi 16. Negli animali di grandi dimensioni (ovini, suini, e babbuino), innesti di bypass sono tecnicamente più semplice e rappresentano un approccio interessante per testare i dispositivi di dimensioni umane pre-clinici, come la maglia utilizzata nel presente studio 8-10. Tuttavia, il suo costo e la scarsità di strumenti molecolari validati limitare l'uso di tali strategie. Infine, queste manipolazioni di flusso alterano costantemente tensione della parete e non riescono a interrogare un singolo costituente. Inoltre, le intricate relazioni tra i emodinamica e il sistema immunitario ed endocrino ulteriori limitano l'analisi di un singolo attore.
Diversi problemi sorgono con l'uso del EVPS. 1) basso grado di contaminazione batterica spesso accompagnata raccolto vena umana e l'assenza ex-vivo di cellule circolanti presentarsi come una causa importante di infezione. Questo è impedito principalmente lavaggio a mano i pezzi separatamente, poi in autoclave tutto il materiale prima diutilizzare. Inoltre, il montaggio avviene in meno di 90 minuti e sotto rigorosa asepsi. 2) di tenuta che dura ripetute sterilizzazioni. Per questo motivo, una costruzione rettangolare PMMA-GS è stato usato, evitando l'uso di giunti e limitando la deformazione. 3) SS e tensione della parete sono calcolate in momenti definiti, in base al raggio lume del vaso (istologia), il flusso e la viscosità di essere costante. L'integrazione di una di imaging longitudinale (fotocamera ad alta definizione, laser o Doppler) che controlla continuamente il diametro della vena e / o il flusso fornirà informazioni più dettagliate sulle variazioni di portata locale e permettere calcoli deformazione ciclici. 4) I due segmenti di vene parallele possono avere differenze non controllate nella loro compliance della parete e raggio. Quindi, mettiamo a confronto solo i segmenti da uno stesso filone e supponiamo che sotto la stessa pressione, il modello di flusso è simile in entrambi i segmenti.
In questo studio, le vene sono stati sottoposti a flusso laminare pulsatile; tuttavia, il 50%f lesioni iperplastiche intimali si verificano nelle zone di end-to-side perianastomotico del trapianto vena, dove il flusso laminare è interrotto. Condizioni di turbolenza possono essere modellati con l'aggiunta di una seconda pompa, non sincronizzati con la prima pompa. Studi futuri saranno eseguiti per valutare in modo specifico l'impatto di interruzione flusso laminare sulla IH e il potenziale effetto benefico di rinforzo di maglia. È interessante notare che la struttura flessibile della maglia permette avvolgimento circonferenziale nei siti anastomosi, come già effettuato per riparare fistole aneurismatiche 17 (Figura 4). Così, la rete potrebbe rivelarsi utile per limitare la dilatazione perianastomotico, interruzione flusso laminare e di conseguenza ridurre IH presso i siti di anastomosi. Questo può essere particolarmente utile nel distale bypass graft, spesso colpiti da diametro mancata corrispondenza tra la vena e l'arteria tibiale o peroneale.
In sintesi, la configurazione mostrata qui permette perfusione parallela di v umanaeins, in condizioni emodinamiche identiche. Questi dati dimostrano che l'uso di una maglia tubolare poliestere macroporosa esterno è un metodo efficace per limitare lo sviluppo di IH in vena innesti inseriti in un ambiente arterioso 11. Questo sistema può trarre profitto diverse aree di ricerca. In particolare, emerge come un potente strumento per eseguire studi pre-clinici di verificare la fattibilità e l'efficacia di vari approcci per ridurre IH in materiale umano, ed è una preziosa aggiunta ai modelli animali in vivo. Altri supporti protesici o mesh rivestiti con agenti farmaceutici saranno valutati con questo metodo 6-10. Inoltre, si potrebbe immaginare di testare molecole farmacologiche applicate a livello locale per evitare IH nel tessuto umano, in stato fisiologico vicino. Interventi di terapia genica sono anche realizzabili, trasduzione un segmento di vena di iperespressione o geni bersaglio silenzio di interesse.
In conclusione, il nostro sistema aumenterà la nostra ONUcompren- del contributo emodinamico alle malattie trapianto vena umane. Esso fornisce una piattaforma innovativa per testare nuove strategie terapeutiche e può verificarsi come un "banco di fianco strumento di traduzione."
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti del SNF [31003A-138528], la Octav e la Botnar Fondazione Marcella, la Fondazione Novartis e la Muschamp Fondazione Emma. Ringraziamo Martine Lambelet, e Jean-Christophe Stehle per la loro assistenza tecnica eccellente.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
RPMI 1640 - Glutamax | Life Technologies | 61870-010 | |
Penicilline/Streptomycine/Fungizone | Bioconcept | 4-02F00-H | |
Dextran from Leuconostoc spp. 500 gr. | Sigma-Aldrich | 31390 | |
Tampon PBS CHUV pH 7.1-7.3 1 lt. | Laboratorium und Grosse Apotheke Dr. G. Bichsel AG | 100 0 324 00 | |
Cryosectionning embedding medium - Tissue-Tek OCT Compound | Fisher Scientific | 14-373-65 | |
Silicon Tubing (Peroxide) L/S 16 (96400-16 ) - 7.5m | Idex Health & Science GMBH | MF0037ST | |
Y-splitter | Idex Health & Science GMBH | Y-connector | |
35 mm Culture dish | Sigma-Aldrich | CLS430165-100EA | |
15 ml Falcon tube | BD Bioscence | 352096 | |
50 ml Falcon tube | BD Bioscence | 352098 | |
Gearing pump - Reglo-Z | Idex Health & Science GMBH | SM 895 | App-Nr 03736-00194 |
Pump Head | Idex Health & Science GMBH | MI0008 | |
Monitoring Kit TRANSPAC IV | icumedical | 011-0J736-01 | |
20 mL Syringes | B. Braun Medical SA | 4612041-02 | |
Etibon 3-0 FS-2 | Ethicon- Johnson&Johnson | EH7346H | |
Mesh ProVena 6-8mm | B. Braun Medical SA | 1105012-14 | |
NaCl: Sodium Chlorure Solution perfusion 0.9% (100 ml) | B. Braun Medical SA | 534534 | |
Masterflex L/S Standard Drive | Cole-Parmer Instrument Co | 7521-10 | |
Acquisition card | National Instruments | PCI-6024 E | |
Flowmeter module | Transonic Systems Inc. | TS410 and T402 | |
Stopcock with 3-ways | BD Connexta Luerlock | 394600 | |
Millex Filter | Milian | SE2M229I04 |
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