GEPAST: Biomechanische analyse van een GEPersonaliseerde Aorta STeun voor aneurysma's.

In verschillende cardiale ingrepen wordt de longslagader blootgesteld aan de grote bloedsomloop. De Ross-operatie is één van deze ingrepen. Hierin wordt een zieke aortaklep vervangen door de pulmonalisklep van de patiënt. Een gekende  complicatie bij deze ingreep is de dilatatie van de pulmonaire autogreffe. Nochtans, niet alle autogreffen falen en de beslissende factor hierin is niet gekend. Verschillende strategieën om deze autogreffe te verstevigen zijn ontwikkeld, maar geen enkele is over de volledige lijn succesvol gebleken. Een gepersonaliseerde macroporeuze mesh, die gebruikt wordt om de dilaterende aortawortel van Marfan-patiënten te verstevigen, kan hier mogelijk een oplossing bieden. 

Deze thesis heeft daarom als doel om de mechanische en microstructurele veranderingen, die optreden wanneer de longslagader in aortapositie wordt geplaatst, te onderzoeken, alsook de invloed van een macroporeuze mesh ter versteviging. Hiertoe is een gecombineerde aanpak gevolgd, bestaande uit een experimenteel en computationeel aspect. 

Twee reeksen van proeven zijn uitgevoerd op schapen. In deze dierproeven werd een deel van de longslagader in aortapositie geplaatst. deze autogreffe werd ofwel verstevigd met een macroporeuze mesh ofwel werd deze, in de
controlegroep, onverstevigd gelaten. Zes maanden na implantatie, werden de schapen opgeofferd, de volgende weefsels bekomen en mechanisch getest in vlakke biaxiale testen: aorta, longslagader, onverstevigde en verstevigde autogreffe. De  eerste reeks van dierexperimenten bestond uit negen schapen, waarvan twee controleschapen. In de tweede reeks van dierexperimenten werden zeventien schapen geïncludeerd, waarvan acht schapen deel uit maakten van de controlegroep. De onverstevigde autogreffe nam in een deel van de stalen de mechanische eigenschappen van de aorta aan, terwijl andere stalen het originele gedrag van de longslagader vertoonden. Op microstructureel vlak vertoonde de onverstevigde autogreffe een verhoogde collageenafzetting, atrofie van de gladde spiercellen en een verdunde media. De mesh was goed geïncorporeerd, maar een groter verlies van gladde spiercellen was zichtbaar in de verstevigde autogreffe. De autogreffe, wanneer deze niet verstevigd was met de mesh, dilateerde progressief op de MRI’s, enkel genomen in de tweede reeks van dierexperimenten. De mesh verminderde de dilatatie van de autogreffe, maar ook diens compliantie. 

Een deel van de dierexperimenten zonder macroporeuze mesh werd in silico herhaald met verschillende groei- en remodelleringsmodellen. Het vermogen om de experimentele uitkomst te reproduceren werd geëvalueerd voor twee types van modellen: modellen  gebaseerd op de theorie van de ‘kinematische groei’ (KG) en modellen gebaseerd op de theorie van ‘het begrensd samengesteld geheel’ (BSG). De eerste theorie ontbindt de vervormingsgradiënt in een groei en elastische vervormingsgradiënt, met groei in de radiale of circumferentiële richting. De BSG theorie veronderstelt dat een bloedvat bestaat uit verschillende constituenten met elk hun eigen spanningsvrije configuratie, levensduur en materiaaleigenschappen, maar die als geheel moeten bewegen. De twee constituenten in dit geval zijn elastine en collageen. Elastine wordt constant verondersteld, maar collageen wordt voortdurend verwijderd en aangemaakt afhankelijk van de rek die de collageenvezels voelen. Het KG model in de circumferentiële richting en de BSG modellen simuleren de progressieve dilatatie van de autogreffe. Niettemin vertonen de experimenten een initieel sterke dilatatie gevolgd door een trager verlopende dilatatie, terwijl de modellen een lineair toenemende diameter simuleren. In tegenstelling tot de KG modellen kunnen de BSG modellen ook de experimenteel waargenomen veranderingen in mechanisch gedrag en collageen fractie simuleren. 

Samenvattend, de dierproeven vertoonden een verandering in mechanisch gedrag van longslagaderweefsel wanneer dit in aortapositie wordt geplaatst. De macroporeuze mesh kon de progressieve dilatatie van de autogreffe tegenhouden zonder de microstructuur van de autogreffe te compromitteren. De twee types van groei- en remodelleringsmodellen konden de dilatatie van de autogreffe simuleren en de BSG modellen konden de veranderde microstructuur en mechanisch gedrag  simuleren. Desalniettemin zijn meer gecontroleerde experimenten noodzakelijk om de adaptatie van de autogreffe beter te begrijpen en om meer mechanobiologisch onderbouwde constitutieve verbanden te definiëren.