Evaluation of Biocompatibility of Extracorporeal Circuit - Development of a Quantification Technique using in-vivo Injection of Tc99m Radioactive Platelets -

Background: Blood-foreign interaction cause activation of coagulation and inflammatory process that may lead to multiorgan dysfunction and determine the surgical outcomes. Of the methods for assessing the biocompatibility, the platelet adhesion study is considered as the most valuable evaluation step in blood-foreign interaction. As the most studies have used in-vitro or ex-vivo conditions, we have developed a technique of quantification for platelet adhesion on the blood contact surface by using in-vivo injection of radioactive platelets. Material and Method: A coupled bypass circuit was designed to connect the proximal and descending thoracic aorta in 6 piglets(20∼25 Kg). One side of the circuit tube was consisted of a heparin coated PVC tube(10mm in ID, n=6, Experimental group), and the other, a non-heparin coated PVC tube(10mm in ID, n=6, Control group). After cannulation, the blood was circulated through the circuit for 2 hours. Platelet concentrate was prepared from homologous pig blood 24 hours before the experiment. The platelet concentrate was incubated with Tc-99m-HMPAO for 30 min and then centrifuged for 10 min. The supernatant was discarded and the radio-labeling efficacy was measured. The radio-labeled platelet concentrate was mixed with the autologous plasma to make the volume 5 ml, and the mixture was injected intravenously into the experimental animal. After 2 hour circulation, 5 pieces of the specimen(10mm in length each) were obtained from each PVC tube. The radioisotopes were counted with a gamma counter(Cobra ll, Packard, USA), and the ratio of radioisotope count was compared between the control and experimental group. Result: The radioisotope count number was 537.3221.1 Ci/min in the control group and 311.1 184.5 Ci/min in the experimental group(p=0.0104). The ratio between the groups was 1 to 0.58 (p=0.004). Conclusion: In vivo quantification using technetium-99m-HMPAO labeled platelets is simple and reproducible in evaluating platelet adhesion on a foreign surface. We suggest this technique to be a useful tool for blood compatibility test.

체외순환도관의 혈액적합성 평가 - 방사선 동위원소(Tc99m) 활성화 혈소판의 생체 내 주입을 이용한 정량분석법의 개발 -

배경: 혈액이 이물질과 접촉을 하면 체내에서 응고 및 염증기전을 활성화 시키게 되고 임상적으로 폐 및 신장 기능의 저하, 출혈 등을 유발할 수 있고 심한 경우 다발성 장기기능 저하까지 발생할 수 있다. 이 때문에 혈액-이물질 접촉표면을 개선하는 여러 가지 시도들이 이루어지고 있고 혈액접촉표면의 적합성을 평가하는 지표의 선택은 대단히 중요하다. 접촉면의 응고기전에서 혈소판의 침착이 가장 중요한 단계이고 혈소판의 침착을 확인하기 위하여 표면흡착 정도를 비교하는 방법이 흔히 사용되고 있는데, 대부분 in-vitro 혹은ex-vivo조건에서 시행되고 있으므로 생체 내 in-vivo상황을 정확히 대변한다고 보기 힘들다. 따라서 본 연구는 in-vivo 실험조건에서 동위원소(radioisotope)를 이용하여 혈소판의 표면흡착 정도를 정량 분석하는 방법의 유용성을 분석하고자 계획되었다. 대상 및 방법: 돼지(20-25 kg, n=6)를 이용하여 하행대동맥 우회회로를 구성하였다. 우회회로는 헤파린 표면처리가 안된 일반 PVC 도관(대조군; Capiox, Terumo, Japan)과 이온결합 헤파린 표면 처리된 PVC 도관(실험군; Duraflo ll, Baxter, USA)을 Y-connector로 연결하여 2개의 회로를 동시에 구성하였다. 수술 전날 동종의 실험동물로부터 혈액을 채취하여 원심분리를 통해 고농도 혈소판 용액(platelet concentrate)을 추출하였고, 수술 당일 동위원소(Tc-99m-HMPAO, 180 $\mu$Ci)을 섞어 30분간 방치한 다음, 10분간 원심분리하여 침전층의 labeling efficiency를 측정하였다. 분리된 침전층에 혈장을 섞어(5 ml) 실험동물에 정맥주사한 후, 전신 헤파린 처치 상태에서(1 mg/kg) 하행대동맥을 차단하여 우회도관 쪽으로 2시간 동안 혈액을 순환시키고 분리하였다. 각 도관의 내강을 생리식염수 500 ml로 동시에 세척한 다음, 일정 간격으로10$\times$10 mm 크기의 절편을 5개 채취하였다. 절편을 세분하여 측정튜브에 담아 동위원소 측정기(gamma counter, Cobra II , Packard ,USA)를 이용하여 Tc-99m-HMPAO의 분당 count수를 측정함으로써 혈소판의 흡착정도를 정량분석 비교하였다. 결과: 동위원소 측정기를 이용한 평균 count수는 각각의 실험군과 대조군의 비율을 이용하여 비교하였다. 평균 count수는 대조군에서 537.3 Ci/min였고 실험군에서는 311.1Ci/min로 측정되었으며, 두 군 사이의 비율은 대조군에 비하여 실험군이 1: 0.58로 통계적으로 유의하였다.(p=0.004) 결론: 위결과를 통하여 실험군이 대조군에 비하여 혈소판 표면흡착측면에서 우수하다는 것을 정량적으로 증명할 수 있었다. 저자 등이 사용한 in-vivo 동위원소 측정법으로 혈소판 흡착정도의 생체 내 실험으로 유용하며 의료용 고분자 재료의 혈액적합성 판정의 지표로 제시하고자 한다.