Development of Porcine Pericardial Heterograft for Clinical Application (Tensile Strength-thickness)

Background: Bioprosthetic devices for treating cardiovascular diseases and defects may provide alternatives to autologous and homograft tissue. We evaluated the mechanical and physical conditions of a porcine pericardial bioprosthesis treated with Glutaraldehyde (GA), Ethanol, or Sodium dodecylsulfate (SDS) before implantation. Material and Method: 1) Thirty square-shaped pieces of porcine pericardium were fixed in 0.625%, 1.5% or 3% GA solution. 2) The tensile strength and thickness of these and other bioprosthesis, including fresh porcine pericardium, fresh human pericardium, and commercially produced heterografts, were measured. 3) The tensile strength and thickness of the six treated groups (GA-Ethanol, Ethanol-GA, SDS only, SDS-GA, Ethanol-SDS-GA and SDS-Ethanol-GA) were measured. Result: 1) Porcine pericardium fixed in 0.625% GA the thinnest and had the lowest tensile strength, with thickness and tensile strength increasing with the concentration of GA solution. The relationship between tensile strength and thickness of porcine pericardium increased at thicknesses greater than 0.1mm (correlation-coefficient 0.514, 0<0.001). 2) There were no differences in tensile strength or thickness between commercially-produced heterografts. 3) Treatment of GA, ethanol, or SDS minimally influenced thickness and tensile strength of porcine pericardium, except for SDS alone. Conclusion: Porcine pericardial bioprosthesis greater than 0.1 mm thick provide better handling and advantageous tensile strength. GA fixation did not cause physical or mechanical damage during anticalcification or decellularization treatment, but combining SDS-ethanol pre-treatment and GA fixation provided the best tensile strength and thickness.

돼지의 심낭을 이용한 이종이식 보철편의 개발 (장력-두께간의 구조적 특성)

배경: 지금까지 심장 및 혈관 등의 결손을 교정하기 위해 자기 조직이 아닌 다른 보철편의 필요가 늘어나 그에 따른 다양한 대체제가 연구 개발, 이용되고 있다. 본 연구는 새로운 조직의 처리방법을 개발하기 위하여 이미 상용화되고 있는 기존의 이종이식 보철편들과, 여러 가지 조건들에서 제조되는 돼지 심낭의 보철편들이 임상적용 전에 기계적, 물리적 조건들로서 이종이식 보철편의 적절한 두께, 장력 등의 관계와 변화를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 1) 돼지 심낭을 0.625% 혹은 1.5%, 3%의 glutaraldehyde 용액에 고정하여 각각의 장력과 두께를 측정하였다. 2) 아무런 처치하지 않은 돼지 심낭과 사람 심낭, 그리고 상용화되고 있는 기존의 이종이식 보철편들의 장력과 두께를 측정하였다. 3) 0.625% glutaraldehyde 고정 전과 고정 후 80% Ethanol 처리한 군과, sodium dodecylsulfate (SDS) 처리로 무세포화만 시행한 군, 무세포화과정 후에 0.625% glutaraldehyde 고정한 군, 80% ethanol 처리 후 다시 무세포화과정을 한 후 0.625% glutaraldehyde 고정한 군, 무세포화 한 후 다시 ethanol 처리 후 0.625% glutaraldehyde 고정한 군으로 나누어 각각의 장력과 두께를 측정하였다. 결과: 1) 일반적으로 사용 돼지심낭의 두께와 장력과의 상관관계가 있었으며, GA 농도를 올릴수록 두께의 증가와 함께 장력도 커졌으며, 아무런 처리를 하지 않은 돼지 심낭의 경우도 GA 처리한 심낭과 비슷한 두께와 장력을 보여 주었다. 이식편의 두께가 0.1 mm 이상에서 두께-장력간에 유의한 상관관계가 있었다 (상관계수 0.514, 유의확률 <0.001). 2) 기존의 이종이식 보철편 간에는 두께나 장력에서는 차이가 없었다. 3) GA, ethanol, SDS 무세포화 처리효과는 심낭의 두께에 통계적인 차이는 있었지만 그 영향은 크지 않았으며, 이러한 여러 처리과정 중 심낭조직의 손상으로 인한 장력의 손실은 없는 것으로 생각되며, SDS를 사용하여 무세포화 처리만 하고 GA 고정치 않은 심낭의 장력이 가장 작았다. 결론: 이종이식 돼지심낭 보철편의 적절한 두께는 적어도 0.1 mm 이상이어야 사용하기 적절하고 장력에도 유려하며, 여러 조건하의 심낭조직 고정 방법들에 따라 두께나 장력의 확연한 차이를 보이지 않아, GA를 이용한 각종 조직 처리과정 중 조직손상에 의한 구조적, 기계적 손실은 없는 것으로 생각되며, 그러나 먼저 무세포화한 후 24시간 ethanol 처리 후 다시 0.625% glutaraldehyde 고정용액에 추가 2주간 고정한 심낭이 두께와 높은 장력을 보여 주었다.