Имплантация in vitro первого отечественного транскатетерного протеза в митральную позицию силиконовой 3D-модели сердца

Резюме

Цель - испытание in vitro опытного образца первого отечественного транскатетерного биопротеза для протезирования митрального клапана на силиконовой 3D-модели сердца.

Материал и методы. В эксперименте in vitro проведено испытание опытного образца транскатетерного митрального биопротеза на самораскрывающемся нитиноловом каркасе "Солертис" при имплантации в позицию митрального клапана силиконовой 3D-модели сердца, изготовленной по данным мультиспиральной компьютерной томографии пациента с выраженной митральной недостаточностью.

Результаты. Выявлены адекватная ориентация предсердных и желудочковых элементов биопротеза, надежный круговой охват и прилегание аннулярной части каркаса, обеспечивающие стабильную фиксацию протеза в митральной позиции искусственного сердца без обструкции выходного отдела левого желудочка. При использовании оценочных тестов отмечается полноценное функционирование створок в искусственную систолу и диастолу, отсутствие парапротезной регургитации.

Заключение. Опытный образец первого отечественного транскатетерного митрального биопротеза продемонстрировал эффективность при имплантации в позицию митрального клапана силиконовой модели сердца.

Ключевые слова:митральный клапан, биологический протез, транскатетерное протезирование митрального клапана, силиконовая модель сердца

Финансирование. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (16-15-10315). 
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Богачев-Прокофьев А.В., Залесов А.С., Шарифулин Р.М., Журавлева И.Ю., Тимченко Т.П., Афанасьев А.В., Будагаев С.А. Имплантация in vitro первого отечественного транскатетерного протеза в митральную позицию силиконовой 3D-модели сердца // Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2020. Т. 8, № 3. С. 32-39. DOI: https://doi.org/10.33029/2308-1198-2020-8-3-32-39 

Пороки митрального клапана (МК) - одна из наиболее распространенных форм патологии среди клапанных пороков сердца [1]. "Золотым стандартом" в лечении выраженных пороков МК остается протезирование или пластика клапана в условиях искусственного кровообращения [2]. С учетом того, что стандартная открытая операция протезирования МК в условиях искусственного кровообращения может быть выполнена не у всех пациентов в связи с высоким операционным риском, требуется разработка альтернативных миниинвазивных подходов для коррекции данной патологии.

Успехи применения транскатетерной имплантации аортального протеза (TAVI - transcatheter aortic valve implantation) стали стимулом для развития аналогичной методики для коррекции пороков МК [3-5].

В настоящее время за рубежом и в Российской Федерации активно внедряются методики "клапан-в-протез" для транскатетерной имплантации клапана в биологический протез в митральной позиции и "клапан-в-кольцо" - в опорное аннуло-пластическое кольцо МК. Для этих целей в настоящее время используются аортальные транскатетерные биологические протезы [6-8].

Разработка митрального транскатетерного протеза - перспективное направление современной кардиохирургии. Сегодня известно о нескольких моделях транскатетерных протезов, имплантированных человеку в митральную позицию. Кроме того, ряд протезов находится на этапе доклинической разработки [11-14, 17-21].

Ранее нами был создан и испытан in vitro транскатетерный биологический протез при имплантации в позицию МК сердца свиньи [9-10].

Цель настоящего исследования - оценка in vitro опытного образца первого отечественного транскатетерного митрального биопротеза на силиконовой 3D-модели сердца, сконструированной по данным мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ-ангиографии) пациента с выраженной митральной недостаточностью.

Материал и методы

На базе лаборатории биопротезирования Центра новых хирургических технологий ФГБУ "НМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина" Минздрава России ранее был разработан концепт самораскрывающегося транскатетерного митрального биопротеза "Солертис" [9]. Каркас протеза изготовлен из медицинского никелида, а створки и облицовка манжеты - из свиного перикарда, консервированного диглицидиловым эфиром этиленгликоля. В настоящем эксперименте проведено тестирование 3-й модификации протеза ("Солертис-3"). Отличительной особенностью данной модификации является симметричный каркас с тремя желудочковыми крючками-фиксаторами, расположенными по стойкам (рис. 1).

Рис. 1. Биопротез "Солертис-3": A - вид в боковой проекции; Б - вид выводной части клапана; В - вид приточной части клапана

Цифровые обозначения: 1 - стойки, 2 - желудочковые фиксаторы, 3 - манжета.

Fig. 1. Bioprosthesis SoLertis-3: A - a side view; B - a view of the valve outflow part; C - a view of inflow part of the valve

Numerical designations: 1 - stands, 2 - ventricular fixators, 3 - a cuff.

Также мы модифицировали систему доставки: в зону упаковки протеза был добавлен дополнительный фиксирующий элемент. Данный элемент содержит 3 выступа, которые по форме соответствуют зацепам на желудочковых фиксаторах и служат для первичного закрепления протеза в кожухе доставочной системы (рис. 2, Б, В).

Рис. 2. Упаковка биопротеза "Солертис-3" в систему доставки: А - вид с приточного отдела; Б - вид с выходного отдела, видны зафиксированные желудочковые держатели; В - клапан полностью упакован в кожух доставочной системы.

Стрелкой указан фиксирующий элемент системы доставки

Fig. 2. The packaging of the bioprosthesis into the delivery system: A - a view from the inflow part; B - a view from the outflow part, the fixed ventricular holders are visible; С - the valve is completely packed in the delivery system. The arrow indicates the fixing element of the delivery system

В качестве модели для имплантации выбран силиконовый фантом сердца. Модель сердца была создана на основании МСКТ-ангиографии реального пациента с выраженной митральной недостаточностью. По этим данным в компании Ningbo Trando 3D Medical Technology Co., Ltd (Китай, https://www.trando-med.com) была построена компьютерная модель сердца и крупных сосудов, на основании которой методом 3D-печати выполнен фантом сердца из мягкого прозрачного силикона (рис. 3). В модели были реализованы фиброзное кольцо и створки МК, кроме того, в области верхушки левого желудочка (ЛЖ) был создан дополнительный вход для трансапикального доступа к МК.

Для имплантации в созданную силиконовую модель сердца с диаметром фиброзного кольца МК 34 мм был выбран протез "Солертис-3" 38 мм.

Рис. 3. Этапы создания силиконовой модели левых отделов сердца: А, Б - МСКТ-ангиография пациента с недостаточностью митрального клапана; В - компьютерная 3D-модель, красным цветом отмечен дополнительный вход в полость левого желудочка для воссоздания трансапикального доступа; Г - силиконовая модель сердца, полученная методом 3D-печати

Fig. 3. Creation of the left heart silicone model: A, B - MSCT-angiography of a patient with mitral valve insufficiency; C - 3D-computer model; additional entrance for the transapical approach (marked in red); D - 3D printed silicone heart model

Первым этапом выполняли упаковку протеза в систему доставки. С этой целью желудочковые фиксаторы закрепляли на фиксирующем элементе доставляющего устройства. Затем биопротез охлаждали в ледяном растворе и с помощью постепенного сжатия в кримпирующем устройстве Edwards LifeSciences и подтягивания на себя управляющей ручки достигали полной упаковки протеза в систему доставки (рис. 2, А-В).

Предварительно перед имплантацией 3D-модель сердца заполнили водно-солевым раствором, разогретым до 37 °С.

Через дополнительный вход в области верхушки 3D-модели сердца доставочную систему с протезом проводили сначала в ЛЖ, затем - в левое предсердие и позиционировали в проекции фиброзного кольца МК под визуальным контролем при помощи эндоскопической стойки. Далее постепенно высвобождали из доставочного устройства сначала предсердную часть протеза, а затем - его корпус и желудочковую часть до полного расправления всех элементов (рис. 4).

Рис. 4. Этапы имплантации Транскатетерного протеза "Солертис-3": А - система доставки в левом предсердии, начало раскрытия клапана; Б - вид со стороны левого предсердия, полностью раскрытая предсердная манжета протеза; B - вид со стороны левого желудочка, раскрытая предсердная манжета, желудочковые фиксаторы в системе доставки; Г - вид со стороны левого желудочка, полностью раскрытая желудочковая часть протеза

Fig. 4. Stages of transcatheter prosthesis implantation: A - the delivery system in the left atrium; beginning of the valve opening; B - a view from the left atrium, the atrial cuff is completely opened; С - a left ventricular side view, the atrial cuff is opened, ventricular fixators in the delivery system; D - a view from the left ventricle, the ventricular part of the prosthesis is completely opened

Для оценки прочности фиксации и адекватности работы биопротеза проведен тест с имитацией сердечных сокращений путем массажа силиконовой модели.

Результаты

В ходе работы установлено, что биопротез "Солертис-3" легко упаковывается в систему доставки без видимых деформаций нитиноловых элементов каркаса и повреждения биоматериала облицовки и створчатого аппарата.

При использовании транскатетерного митрального биопротеза достигнута его прочная фиксация в позиции МКсиликоновой ЗD-модели сердца. Визуальный эндоскопический контроль позиционирования клапана показал, что имплантированный биопротез имеет адекватное расположение относительно внутрисердечных структур: 2 стойки и желудочковые крючки-фиксаторы расположены по бокам выходного отдела ЛЖ; они фиксируют и иммобилизуют створки МК, не создавая препятствий в выходном отделе ЛЖ, манжета плотно прилежит к поверхности левого предсердия по периметру митрального отверстия, а центральная часть (корпус) фиксирована в фиброзном кольце. При имитации сердечных сокращений под визуальным контролем эндоскопической камеры отмечена адекватная работа протеза в период искусственной систолы. В момент полного закрытия хорошо видна зона коаптации створок, по высоте составляющая не менее 2 мм. При повышении давления в ЛЖ (имитация систолы) не наблюдается парапротезных перетоков жидкости в левое предсердие (рис. 5).

Рис. 5. Оценка расположения и функции протеза: открытие (А) и закрытие (Б) биопротеза при имитации прямого массажа силиконовой модели сердца, погруженной в жидкость. Желудочковые крючки-фиксаторы биопротеза отгибают створки митрального клапана и зажимают их между крючками и центральной зоной биопротеза (показано стрелками)

Fig. 5. Assessment of the prosthesis location and function: opening (А) and closing (B) of the bioprosthesis during imitation of direct heart massage of a silicone heart model Ventricular hooks-fixators fold back the mitral valve leaflets and clamp them between the hooks and the central zone of the bioprosthesis (shown by arrows).

Обсуждение

В настоящем эксперименте выполнена имплантация прототипа первого отечественного транскатетерного биологического протеза "Солертис" в позицию МК силиконовой ЗБ-модели сердца с использованием трансапикального доступа.

В ходе выполнения имплантации протеза in vitro в позицию МК сердца свиньи стало понятно, что модель свиного сердца ввиду анатомических особенностей (меньший диаметр фиброзного кольца, большая толщина стенок ЛЖ и папиллярных мышц, небольшая полость ЛЖ) не является идеальной для тестирования устройств, предназначенных для МК сердца человека [10].

В связи с этим нами выполнено тестирование протеза с использованием силиконовой модели, изготовленной на основании МСКТ реального пациента, что позволило оценить его раскрытие и фиксацию в митральной позиции с учетом анатомических особенностей ЛЖ пациента с выраженной митральной недостаточностью.

Несмотря на то что использование 3D-моделей различных отделов сердечно-сосудистой системы широко распространено в мире для первичного тестирования разрабатываемых устройств, для нашей страны этот опыт является достаточно новым [15, 16].

В качестве материала был выбран прозрачный силикон, что позволило осуществить имплантацию устройства под визуальным контролем, а пластические свойства материала - провести тестирование протеза в условиях имитации сокращений сердца.

Данный эксперимент продемонстрировал эффективность имплантации транскатетерного биологического протеза в митральную позицию искусственной модели сердца, полностью идентичной по размерам человеческому сердцу пациента с ишемической митральной недостаточностью. Выявлены адекватная ориентация предсердных и желудочковых элементов каркаса, надежный круговой охват и прилегание аннулярной части каркаса, обеспечивающие стабильное крепление всей конструкции, полноценное функционирование створок биопротеза во все фазы сердечного цикла, отсутствие парапротезной регургитации.

Внесенные изменения в конструкцию протеза положительно отразились на манипуляционных характеристиках устройства и результатах испытаний. Осесимметричный каркас позволил облегчить процесс кримпирования и упаковки в систему доставки, а желудочковые крючки-фиксаторы, расположенные по стойкам каркаса, исключили проблему обструкции выходного отдела ЛЖ, наблюдающуюся при имплантации первой модификации протезов [10].

Тестирование на силиконовой модели - важный этап доклинических испытаний медицинских устройств, позволяющий получить ценную информацию, которая может быть недоступна при тестировании на экспериментальных животных. Кроме того, работа на фантомах полезна при разработке новых транскатетерных и гибридных устройств, а также ее можно эффективно использовать для тренинга и обучения эндоваскулярных и сердечно-сосудистых хирургов [15, 16].

Заключение

В ходе проведенного эксперимента опытный образец первого отечественного транскатетерного митрального биопротеза продемонстрировал эффективность при имплантации в позицию МК силиконовой модели сердца.

Литература

1. Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г. Сердечно-сосудистая хирургия - 2015. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. Москва : НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2016. 208 с.

2. Железнев С.И., Богачев-Прокофьев А.В., Афанасьев А.В., Назаров В.М., Демин И.И., Караськов А.М. Среднеотдаленные результаты реконструктивных операций на митральном клапане при дисплазии соединительной ткани с помощью опорных колец D ring и C flex // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2015. T. 19, № 3. С. 36-49.

3.    Preston-Maher G.LM, Torii R., Burriesci G. A technical review of minimally invasive mitral valve replacements // Cardiovasc. Eng. Technol. 2015. Vol. 6, N 2. P. 174184. DOI: https://doi.org/10.1007/s13239-014-0203-9

4.    Cribier A., Durand E., Eltchaninoff H. Patient selection for TAVI in 2014: is it justified to treat low- or intermediaterisk patients? The cardiologist’s view // EuroIntervention 2014. Vol. 10, suppl. U. P. U16-U21. DOI: https://doi.org/10.4244/eijv10sua3

5.    Baumgartner H., Falk V., Bax J.J., De Bonis M., Hamm C., Holm PJ. et al. 2017 ESC/EACTS Guidelines for the management of valvular heart disease // Eur. Heart J. 2017. Vol. 38, N 36. P. 2739-2791. DOI: https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehx391

6.    Webb J.G., Wood D.A., Ye J., Gurvitch R., Masson J.B., Rodes-Cabau J. et al. Transcatheter valve-in-valve implantation for failed bioprosthetic heart valves // Circulation. 2010. Vol. 121, N 16. P. 1848-1857. DOI: https://doi.org/10.1161/circulationaha.109.924613

7.    Nishimura R.A., Vahanian A., Eleid M.F., Mack M.J. Mitral valve disease-current management and future challenges // Lancet. 2016. Vol. 387, N 10 025. P. 1324-1334. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(16)00558-4

8.    Paradis J.-M., Del Trigo M., Puri R., Rodes-Cabau J. Transcatheter valve-in-valve and valve-in-ring for treating aortic and mitral surgical prosthetic dysfunction // J. Am. Coll. Cardiol. 2015. Vol. 66, N 18. P. 2019-2037. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jacc.2015.09.015.

9. Журавлева И.Ю., Нуштаев Д.В., Тимченко Т.В., Требушат Д.В., Майоров А.П., Железнев С.И. и др. Модель устройства для транскатетерной замены митрального биопротеза при его дисфункции // Современные технологии в медицине. 2017. Т. 9, № 3. С. 7-14.

10. Богачев-Прокофьев А.В., Журавлева И.Ю., Шарифулин Р.М., Железнев С.И., Демидов Д.П., Кливер Е.Э. и др. Имплантация in vitro первого отечественного транскатетерного протеза в нативный митральный клапан // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2018. Т. 22, № 1. С. 22-28.

11.    Maisano F., Alfieri O., Banai S., Buchbinder M., Colombo A., Falk V. et al. The future of transcatheter mitral valve interventions: competitive or complementary role of repair vs. replacement? // Eur. Heart J. 2015. Vol. 36, N 26. P. 1651-1660. DOI: https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehv123

12.    De Backer O., Piazza N., Banai S., Lutter G., Maisano F., Herrmann H.C. et al. Percutaneous transcatheter mitral valve replacement: an overview of devices in preclinical and early clinical evaluation // Circ. Cardiovasc. Interv. 2014. Vol. 7, N 3. P. 400-409. DOI: https://doi.org/10.1161/CIRCINTERVENTIONS.114.001607

13.    Ussia G.P., Quadri A., Cammalleri V., De Vico P., Muscoli S., Marchei M. et al. Percutaneous transfemoral-transseptal implantation of a second-generation CardiAQ mitral valve bioprosthesis: first procedure description and 30-day follow-up // EuroIntervention. 2016. Vol. 11, N 10. P. 1126-1131. DOI: https://doi.org/10.4244/ EIJY15M09_01

14.    Barbanti M., Tamburino C. Transcatheter mitral valve implantation: CardiAQ // EuroIntervention. 2016. Vol. 12, suppl. Y. P. Y73-Y74. DOI: https://doi.org/10.4244/EIJV12SYA19

15.    Vukicevic M., Mosadegh B., Min J.K., Little S.H. Cardiac 3D printing and its future directions // JACC Cardiovasc. Imaging. 2017. Vol. 10, N 2. P. 171-184. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcmg.2016.12.001

16.    Giannopoulos A.A., Mitsouras D., Yoo S.J., Liu P.P., Chatzizisis Y.S., Rybicki FJ. Applications of 3D printing in cardiovascular diseases // Nat. Rev. Cardiol. 2016. Vol. 13, N 12. P. 701-718. DOI: https://doi.org/10.1038/nrcardio.2016.170

17.    Moat N.E., Duncan A., Quarto C. Transcatheter mitral valve implantation: tendyne // EuroIntervention. 2016. Vol. 12, suppl. Y. P. Y75-Y77. DOI: https://doi.org/10.4244/EIJV12SYA20

18.    Bapat V., Rajagopal V., Meduri C. et al.; Intrepid Global Pilot Study Investigators. Early experience with new transcatheter mitral valve replacement // J. Am. Coll. Cardiol. 2018. Vol. 71. P. 12-21.

19.    Cheung A., Banai S. Transcatheter mitral valve implantation: tiara // EuroIntervention. 2016. Vol. 12, suppl. Y. P. Y70-Y72. DOI: https://doi.org/10.4244/ EIJV12SYA18

20.    Lange R., Piazza N. The HighLife transcatheter mitral valve implantation system // EuroIntervention. 2015. Vol. 11, suppl. W. P. W82-W83.

21.    Abdul-Jawad Altisent O., Dumont E., Dagenais F., Senechal M., Bernier M., O’Connor K. et al. Transcatheter mitral valve implantation with the FORTIS device: Insights Into the Evaluation of Device Success // JACC Cardiovasc. Interv. 2015. Vol. 8, N 7. P. 994-995. https://doi.org/10.1016/j.jcin.2015.01.036