Search

At present, tissue engineering is transforming the area of cardiovascular regenerative medicine, which combines the principles and methods of materials engineering and biological sciences, interacting with biochemical and physicochemical factors, for the understanding of their structure-function relationship. Thus, the course of diseases is reoriented by implementing methods and procedures involved in the regeneration of organs and tissues by means of the interaction with biocompatible matrices, pre-treated organs or stem cell management, among others, thus recovering the functionality in the system affected by acquired pathologies, alterations or congenital defects. Consequently, these procedures are increasingly becoming one the most promising treatment alternative for patients who suffer from any type of functional deficit. Known that all these possibilities make cell cultures a promising study environment to be used in biomedical applications, especially in tissue engineering and regenerative medicine, this manuscript presents a general reviews of established cell lines or primary tissue lines and how cell cultures serve as a model before experimental work on laboratory animals and human subjects which makes it a valuable tool for broad models of study in the research on cardiology.

Introducción y objetivos: En la actualidad la posibilidad de fabricación de implantes vasculares mediante la técnica de electrospinning ha ganado interés para vasos sanguíneos de diámetros pequeños. El potencial en aplicaciones vasculares reside en su capacidad de generar estructuras microporosas con gran área superficial. Sin embargo, poco se conoce del efecto de dicha microestructura y su espesor, tanto en las propiedades de transporte de masa como en la proliferación celular. El propósito de este trabajo es analizar la permeabilidad, la porosidad y el crecimiento celular en membranas electrohiladas para prótesis vasculares. Métodos: mediante electrohilado se fabricaron membranas para implantes de poliuretano con memoria de forma (Irogran) en dos espesores, muestra 0 entre 0,2 mm y 0,9 mm y muestra +1 entre 0,9 mm y 1,0 mm, sobre las cuales se sembraron fibroblastos cardiacos humanos por un periodo de incubación hasta de 10 días. La porosidad y permeabilidad se evaluaron mediante la norma ISO 7198 y la proliferación celular se analizó a través de microscopia óptica y electrónica de barrido (SEM). El número total de muestras fue 12 para cada espesor de referencia. El análisis de datos se llevó a cabo mediante una prueba tipo ANOVA. Resultados: las muestras +1 presentaron permeabilidad promedio de 55,5% menor que las 0, reducción de la porosidad de 10,24%, asociado a mayor crecimiento celular, evidenciado por sincitios celulares. Conclusiones: La variación de estructuras microporosas de gran área superficial para obtener implantes con la técnica de electrospinning, incide en el crecimiento celular y subsecuentemente en la permeabilidad y la porosidad, hecho que abre una gran oportunidad para su uso potencial en aplicaciones vasculares de diámetros pequeños.

Los procedimientos de cirugía cardiotorácica mínimamente invasiva (MICS, su sigla en Inglés) buscan reducir las complicaciones de las grandes disecciones. No obstante, ante la falta de contacto directo con el tejido por parte del cirujano, éste recibe una sensación parcial de tacto y fuerza, lo que puede originar errores de procedimiento, inadecuada fuerza aplicada al tejido y fatiga durante el acto quirúrgico. La inclusión de dispositivos robóticos con la técnica MICS ha potencializado las habilidades del cirujano para la manipulación de los tejidos, y aunque los desarrollos del mercado no cuentan aún con retroalimentación táctil, se trabaja en prototipos robóticos que incorporan realimentación de fuerza y torque. Objetivo: Proponer las condiciones y restricciones relacionadas con la incorporación de realimentación de fuerza y torque en MICS robótica, aplicables a diferentes configuraciones de manipuladores, y analizar la implementación de dichas condiciones en un simulador quirúrgico. Material y métodos: Partiendo del análisis de necesidades durante procedimientos cardiotorácicos y las condiciones de cirugía mínimamente invasiva, se identificaron los requerimientos para garantizar reflexión de fuerza y se realizó un análisis matemático de dichas consideraciones. Finalmente, se verificaron los análisis matemáticos mediante técnicas de modelización y simulación utilizando la plataforma computacional Matlab®. Resultados: Se argumentaron tres tipos de consideraciones: a) Cinemático: la existencia de un punto fijo, las formas de garantizarlo durante procedimientos MICS robóticos, y las trayectorias de movimiento que el manipulador sigue en aplicaciones de cirugía cardiotorácica; b) Dinámico: la repercusión de fuerzas externas en el manipulador y la manera de considerarlas en el desarrollo de controladores que permitan al cirujano percibir una sensación de contacto con el tejido; c) Sensorial: requerimientos de los sensores de fuerza y relación necesaria entre el número de sensores y actuadores para realimentar fuerza en MICS robótica. Posteriormente se implementaron dichas consideraciones en un simulador y se verificó el cumplimiento de las mismas. Conclusiones: Las condiciones relacionadas con la incorporación de un sensor de fuerza y la percepción del cirujano en cuanto al tacto y la fuerza aplicada, resultan ser importantes en procedimientos de MICS robótica y requiere la inclusión de un sistema de control que permita la optimización de procedimientos por telepresencia.

INTRODUCCIÓN: las prótesis valvulares cardiacas se evalúan mediante diferentes técnicas que involucran ensayos in vitro y métodos computacionales, además de los estudios clínicos convencionales. Los datos funcionales a evaluar reflejan la necesidad de contar con métodos de gran sensibilidad para determinar su operación en condiciones que emulen situaciones hemodinámicas específicas. Con este objetivo se proyectó un método alternativo que ayuda a un mejor entendimiento de la funcionalidad de estos dispositivos, analizando el comportamiento fluidodinámico in vitro de dos modelos de válvulas mecánicas cardiacas mediante un túnel de viento. MÉTODOS: se diseñó y desarrolló un túnel de viento disponiendo condiciones instrumentales que permitieran evaluar las válvulas mecánicas en distintas situaciones fluidodinámicas: túnel subsónico de sección circular (norma ANSI/AMCA_210-99 y ANSI/ASHRAE_51-99). Empleando el método de similitud dinámica se caracterizó la experimentación utilizando valores típicos de caudales y propiedades de la sangre en un adulto sano. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: se evaluaron dos modelos valvulares tipo SJM®, uno de valvas planas y una variante de valvas convexas, con flujos de aire equivalentes a caudales sanguíneos de 1,5, 6,0 y 9,3 L/min. La prótesis de valvas convexas presenta un flujo dividido en tres campos equivalentes, a diferencia de la de valvas planas que tiene un flujo más pequeño en la parte central y dos laterales predominantes. El fenómeno de arrastre producido por las dos corrientes externas con respecto a la central, genera un RNS mayor para la válvula tipo SJM® que para la variante con valvas convexas. El campo de velocidad adyacente al lado convexo, se halla menos afectado por la turbulencia que en el caso de la valva plana; pero al contrario, el campo adyacente al lado cóncavo está más afectado por fenómenos fluidodinámicos locales: cambios de dirección, reducción de área y aumento de velocidad. CONCLUSIONES: el método implementado aprovecha las características fluidodinámicas del aire en un banco de pruebas: túnel de viento, para hacer la evaluación in vitro de la influencia sobre el campo de flujo y fuerzas cortantes de diferentes modelos de válvulas cardiacas mecánicas, obteniendo mayor sensibilidad que otras alternativas disponibles. El sistema se usó para evaluar dos tipos de prótesis, mostrando que las valvas curvas tienden a presentar una menor disrupción del flujo que las valvas planas. La implementación del sistema presentado como un nuevo banco de pruebas, permite extraer conclusiones que sirven como base en el diseño de las prótesis, buscando ofrecer menor trastorno hemodinámico.INTRODUCTION: prosthetic heart valves are evaluated using different techniques that involve in vitro studies and computational methods in addition to conventional clinical studies. Functional data to evaluate reflect the need for highly sensitive methods to determine its operating conditions that may emulate specific hemodynamic situations. With this objective, we designed an alternative method for better understanding the functionality of these models, analyzing in vitro fluid dynamic behavior of two models of mechanical heart valves using a wind tunnel. METHODS: we designed and developed a wind tunnel providing instrumental conditions that permit the evaluation of mechanical valves in different fluid dynamic conditions: subsonic tunnel of circular section (standard ANSI/AMCA_210-99 and ANSI/ASHRAE_51-99). Using the method of dynamic similarity, the experiment was characterized using typical values of flow rates and blood properties in a healthy adult. RESULTS AND DISCUSSION: we evaluated two SJM® valve models, one with flat leaflet, and a variant of convex valves with air flows equivalent to blood flow rates of 1.5, 6.0 and 9.3 L/min. The convex valve prosthesis has a flow divided in three equivalent fields, in contrast to the flat valves that have a smaller central flow and two predominant laterals. The drag phenomenon produced by the two external currents wit regard to the central generates a higher RNS for the SJM® valve than the generated for the variant of convex valves. The velocity field adjacent to the convex side is less affected by turbulence than in the case of the flat leaflet, but on the contrary, the adjacent field to the concave side is more affected by local fluid dynamic effects: changes in direction, area reduction and increased velocity. CONCLUSIONS: the implemented method uses fluid dynamic characteristics of air in a wind tunnel, for in vitro evaluation of the influence on the flow field and shear forces of different models of mechanical heart valves, obtaining higher sensitivity than other alternatives available. The system was used to evaluate two types of prosthesis, showing that the curve leaflets tend to have less disruption of the flow than the flat valves. The implementation of the system presented as a new test bench allows to draw conclusions that serve as the basis for the design of the prosthesis, looking to offer less hemodynamic disturbance.

El parche de pericardio bovino se ha utilizado como una alternativa para diferentes patologías quirúrgicas, entre las que se incluyen las malformaciones cardiacas congénitas. Pese a ello, hay pocos artículos que reportan la experiencia con este tipo parche. El objetivo de este estudio es evaluar la experiencia con el uso de pericardio bovino para la reconstrucción de cardiopatías en la Clínica Cardiovascular Santa María, desde 1994. Materiales y métodos: se sometieron 520 pacientes a un procedimiento quirúrgico correctivo o paliativo de alguna cardiopatía congénita en la que se utilizó el parche de pericardio bovino. De éstos, 163 tenían un seguimiento de por lo menos dos años. Se evaluó la localización del parche, el tipo de procedimientos, la supervivencia, las calcificaciones, los aneurismas y las fugas. Así mismo, se evaluó la clase funcional y se comparó la supervivencia de los pacientes de acuerdo con la localización y el tipo de parche. Resultados: se realizaron 520 procedimientos en los cuales se usó el parche de pericardio bovino. Las malformaciones predominantes fueron los defectos septales (58%), seguidos de la tetralogía de Fallot (16%). También se utilizó el parche en conexiones anómalas venosas totales o parciales y atresia pulmonar, entre otros. El 50,9% estaba localizado de manera sistémica y el 49,1% en la circulación pulmonar. De acuerdo con la localización, 50,3% eran intra cardiacos y 49,7% extra cardiacos. En la implantación se reportaron dos fugas, dos sangrados y tres reintervenciones. Durante el seguimiento sólo se reportaron tres fugas. La supervivencia global fue de 95%. No hubo diferencias significativas en la supervivencia de los parches intra o extra cardiacos ni en los que soportaban la circulación sistémica o pulmonar. No se reportaron calcificaciones. El 95% de los pacientes tenían clase funcional I ó II y los restantes III ó IV. Conclusiones: el parche de pericardio bovino es una herramienta útil para la corrección de cardiopatías congénitas. Las características del tejido ofrecen al cirujano ventajas como el fácil moldeamiento, lo que permite implantarlo en diferentes zonas anatómicas.Bovine pericardial patch has been utilized as an alternative for different surgical pathologies, including congenital heart malformations. Nevertheless, there are only few articles that report the experience with this kind of patch. The objective of this study is to evaluate the experience with the use of bovine pericardium for the reconstruction of cardiopathies in the Santa Maria Cardiovascular Clinic Medellín since 1994. Materials and methods: 520 patients underwent a corrective or palliative surgical procedure of a congenital heart disease in which the bovine pericardial patch was utilized. 163 of these patients had at least two years follow-up. The localization of the patch, as well as the kind of procedures, the survival, calcifications, aneurysms and leaks, were evaluated. The functional class was evaluated as well and the patients’ survival was compared according to the localization and the kind of patch. Results: 520 procedures were realized using the bovine pericardial patch. Prevalent malformations were septal defects (58%) followed by the tetralogy of Fallot (16%).The patch was also used in total or partial anomalous venous connections, and pulmonary atresia among others. 50.9% was localized in a systemic way and 49.7% in the pulmonary circulation. According to the localization, 50.3% were intracardiac and 49.7% extracardiac. Two leaks, two bleedings and three re-interventions were reported during the implantation. During the follow-up only three leaks were reported. Global survival was 95%. There were no significant differences in survival with intra or extracardiac patches or in those that supported pulmonary or systemic circulation. No calcifications were reported. 95% of patients were in functional class I or II, and the rest in III and IV. Conclusions: bovine pericardial patch is a useful tool for the correction of congenital heart diseases. Tissue characteristics offer advantages to the surgeon, such as the easy molding that allows implanting it in different anatomic zones.

Muchas de las enfermedades cardiovasculares congénitas pueden intervenirse mediante cirugía, con implantes biológicos o artificiales, lo cuales permitirán restablecer la funcionalidad del sistema cardiovascular. Por sus propiedades, los injertos biológicos procedentes de donantes cadavéricos (homoinjertos) son los más apropiados para cirugías reconstructivas del tracto de salida ventricular, pero infortunadamente son difíciles de adquirir ya que se obtienen de donantes con pocas semanas de nacidos, pretendiendo que se correlacionen con las dimensiones y geometría de la estructura nativa a reparar. Con este proyecto se evaluó el comportamiento hidrodinámico de tramos valvulados de venas yugulares bovinas, obtenidas en la Central Ganadera de Medellín, montando el segmento venoso de estudio en un banco de pruebas que emulaba las condiciones del tracto de salida del ventrículo derecho y tronco de la pulmonar, con el fin de analizar su comportamiento en condiciones similares a las que debe afrontar el vaso como bioimplante en la corrección de alteraciones cardiovasculares congénitas en neonatos y niños.Many congenital heart diseases may be treated surgically with biological or artificial implants that will allow the restoration of cardiovascular system functionality. Due to its properties, the biologic implants obtained from dead donors (homografts) are the most appropriate for ventricular output reconstructive surgeries. Unfortunately, these are difficult to acquire, because they are obtained from newborn donors and may be correlated to the dimensions and geometry of the native structure to be repaired. This project evaluated the hydrodynamic behavior of valvular segments of bovine jugular veins (obtained from the Livestock Central in Medellin), mounting the venous segment on a test bank that simulated the right ventricle output tract and the pulmonary trunk, in order to analyze its behavior in similar conditions to those that the vessel must face as bio-implant in the correction of congenital cardiovascular alterations in newborns and infants.

Es difícil generar con bombas convencionales las condiciones de flujo del sistema cardiovascular, con las cuales se emulen condiciones hemodinámicas para evaluar diferentes dispositivos interpuestos a la corriente sanguínea. Para resolver este inconveniente, se desarrolló un sistema automatizado de bombeo de flujo pulsátil, conformado por un controlador difuso que captura datos de los instrumentos de monitoreo de variables hidrodinámicas a través de una interfaz de adquisición, y aplica señales de control a una bomba de flujo pulsátil. Este sistema permite hacer pruebas hidromecánicas que brindan elementos para interpretar la influencia de las variables que intervienen en el flujo pulsante y simular condiciones hemodinámicas en un ambiente de circulación extracorpórea. Mediante técnicas de diseño asistido por computador, se construyó una bomba de diafragma accionada neumáticamente. El controlador se desarrolló mediante la técnica de Fuzzi Control®, el cual regula el pulso y el flujo de acuerdo con parámetros y datos capturados con la interfaz de adquisición. Las pruebas del prototipo se realizaron en un laboratorio de fluidos variando frecuencia, resistencia hidráulica, viscosidad y presión de pulso, imitando las condiciones hemodinámicas de un adulto y usando como fluido de trabajo una solución acuosa con 5 cPo a 370C, para simular la viscosidad sanguínea a temperatura corporal. La reproducción de una bomba que sirve para analizar el efecto de las variables en el flujo pulsante, puede usarse en el estudio de diferentes dispositivos intravasculares y ayudar a refinar aspectos técnicos y funcionales en el estudio preliminar de máquinas de circulación extracorpórea.With conventional pumps, it is difficult to generate the cardiovascular system conditions that may emulate hemodynamic conditions for evaluating different devices interposed to the blood flow. In order to resolve this inconvenient, an automated pulsatile flow system formed by a diffuse controller that captures data from the monitoring instruments of hydrodynamic variables through an acquisition interface and applies control signals to a pulsatile flow pump, was developed. This system allows making hydromechanical tests that give elements for interpreting the influence of the variables that take part in the pulsatile flow and emulate hemodynamic conditions in an extracorporeal setting. Through computed assisted design techniques, a pneumatically operated diaphragmatic pump was constructed. The controller was developed by the Fuzzi Control® technique, which regulates pulse and flow according to the data captured by the acquisition interface. The prototype tests were realized in a fluids laboratory by varying frequency, hydraulic resistance, viscosity and pulse pressure, emulating hemodynamic adult conditions, and using as work fluid an aqueous solution with 5 cPo at 37°C for mimicking blood viscosity at corporal temperature. The reproduction of a pump that serves for analyzing the effect of variables in the pulsatile flow may be used in the study of different intravascular devices and help to refine technical and functional aspects in the preliminary study of extracorporeal circulation machines.

El monitoreo ambulatorio de eventos electrocardiacos es una herramienta valiosa en el diagnóstico de arritmias cardiacas, involucradas en procesos patológicos como miocardiopatías, estadios post-infarto, lesiones del sistema autónomo cardiaco, etc.; infortunadamente aún no es posible su uso extensivo debido a los altos costos que implica la adquisición de estos equipos. Con este propósito, se diseña y desarrolla mediante el uso de asistentes digitales personales, un monitor de eventos cardiacos con capacidad de grabación pre-sintomática y post-sintomática, visualización de señal electrocardiográfica en tiempo real, grabación automática de bradicardias y taquicardias, y posibilidad de anotación de síntomas por parte del paciente. Para ello se desarrolló un componente de hardware para la adquisición y tratamiento de las señales, un software para el monitoreo en plataforma Palm OS® y una aplicación para la descarga y análisis de los datos almacenados. Las validaciones del prototipo se realizaron mediante un simulador electrocardiográfico, un simulador de arritmias basado en registros de la base de datos de arritmias del Massachusetts Institute of Technology y Beth Israel Hospital, y pruebas piloto con personas sanas y pacientes con arritmias. En este reporte preliminar se enseña cómo el prototipo desarrollado, constituye una alternativa viable para el monitoreo ambulatorio de arritmias aprovechando las capacidades de almacenamiento, procesamiento y visualización con que cuentan los asistentes digitales actuales, con la ventaja adicional de que su uso no está restringido a una sola utilidad y su accesibilidad económica se facilita debido a su amplia disponibilidad comercial.Ambulatory monitoring of electro-cardiac events constitutes a valuable tool in the diagnosis of cardiac arrhythmias involved in pathologic processes such as myocardiopathies, post-infarction stages, autonomous cardiac system injuries, etc.; unfortunately, its extensive use is not possible yet, due to the high costs that imply the acquisition of these equipments. For this purpose, through the utilization of personal digital assistants, a monitor of cardiac events with pre and post-symptomatic recording capacity, electrocardiographic signal visualization in real time, automatic recording of bradycardias and tachycardias and the possibility of annotation of symptoms by the patient, is designed and developed. It consists of a hardware component for the acquisition and treatment of the signals, a software for the monitoring in Palm OSÒ platform and an appliance for the discharge and analysis of the stored data. Prototype validations were realized through an electrocardiographic simulator, an arrhythmia simulator based on arrhythmia data base registers of the Massachusetts Institute of Technology and Beth Israel Hospital and on pilot tests of healthy people and of patients with arrhythmias. In this preliminary report, we show the way in which the developed prototype constitutes a viable alternative for ambulatory monitoring of arrhythmia, taking advantages of the storage capacity, processing and visualization that have the actual digital assistances with the additional advantages that its use is not restricted to only one utility and its economic accessibility is facilitated due to its wide commercial availability.

Se purificaron proteínas cardiacas a partir de ratas diabéticas y sanas de tipo Sprague-Dawley. Las proteínas fueron fraccionadas por medio de gel de electroforesis de dos dimensiones (2D-PAGE). La separación resultante fue visualizada por tinción con Coomassie azul. Luego de ser convertidas en imagen digital, las proteínas del grupo diabético y del grupo control fueron comparadas y correlacionadas para determinar los niveles de expresión diferenciada. Sesenta de las ciento ochenta proteínas en el gel fueron removidas y digeridas en fragmentos pequeños de péptidos, los cuales se analizaron por medio de espectrometría de masas para determinar la estructura primaria de los péptidos resultantes (secuencia de los aminoácidos). Esta información se registró en una base de datos (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) para determinar la identidad de las proteínas precedentes a los péptidos. Se determinó la identidad de las proteínas expresadas diferencialmente en el tejido cardiaco de ambos grupos; se encontraron varias proteínas expresadas en diferentes niveles a los normales cuando se analizaron los corazones de ratas diabéticas, incluyendo fosfatasa de tiroxina (PTP, Q60998), receptores de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL-R, P98156), perioxidasa de glutation (PHGPx, O70325), transferasa de serina hidroxilamina (SHMT, P50431), adenylyl cyclasa proteína 1 asociada (CAP1, P40124) y teletonina (TELT, O70548).Cardiac proteins were isolated from diabetic and wild type Sprague-Dawley rats, then fractionated by two dimensional gel electrophoresis (2D-PAGE) using isoelectric focusing and molecular weight. The resulting protein spots were stained to facilitate detection. After being converted into a digital image, the proteins on the diabetic and wild type gels were matched to each other then compared to determine levels of expression. Sixty of the one hundred and eighty proteins on the gel were removed and digested to produce peptide fragments, which were analyzed by mass spectrometry to determine their amino acid sequence. This information was entered into a protein database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) to determine the identity of the corresponding proteins. The identity of proteins differentially expressed in cardiac tissue of both groups was determined: several proteins were found to be expressed at different levels than normal in the hearts of diabetic rats, including protein tyrosine phosphatase (PTP, Q60998), very low-density lipoprotein receptor (VLDL-R, P98156), glutathione peroxidase (PHGPx, O70325), serine hydroxymethyl transferase (SHMT, P50431), adenylyl cyclase-associated protein 1 (CAP1, P40124), and telethonin (TELT, O70548).