Novel Synthetic Clot Analogs for In-Vitro Stroke Modelling

Abstract

This work was an important part of the development of a complete simulation set-up for the training and research of mechanical thrombectomy. An animal-free experimentation setting is increasingly important due to not only the ethical concerns but also to establish a replicable, simplified, and cost-effective solution for differentiated training. The agarose-based synthetic clots presented in this study may mimic white, rigid clots with reduced breakability. However, the expected stickiness of white clots failed to be met. The silicone-based clots with their high level of elasticity may mimic red clots. Addition of solid resins developed and printed in different shapes using 3D-printing techniques showed to be a feasible solution for the replication of calcified clots of mixed nature. However, further optimization of clot adherence capability is needed and is planned, as part of the subsequent project COSY SMILE 2 (BMBF Grant Nr. 16LW0165K). In summary, the developed synthetic clot analogs showed to successfully mimic the main natural mechanical properties of human clots and can effectively be used in the procedural simulation setting for training of endovascular treatment of ischemic stroke as well as for device tests. They provide a readily available, cost-effective alternative to animal- or human-based clots.

Diese Arbeit war ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung eines vollständigen Simulationsaufbaus für das Training und Forschung im Bereich der mechanischen Thrombektomie. Eine tierfreie Versuchsumgebung wird nicht nur aus ethischen Gründen immer wichtiger, sondern auch, um eine reproduzierbare, vereinfachte und kosteneffiziente Lösung für eine differenzierte Ausbildung zu schaffen. Die in dieser Studie vorgestellten synthetischen Thromben auf Agarosebasis können weiße, rigidere Thromben mit geringer Fragmentierung imitieren. Die erwartete Adhärenz der weißen Thromben wurde jedoch nicht erreicht. Die künstlichen Thromben auf Silikonbasis mit ihrer hohen Elastizität könnten rote Thromben nachbilden. Die Zugabe von festen Harzen, die mit Hilfe von 3D-Drucktechniken entwickelt und in verschiedenen Formen gedruckt wurden, erwies sich als praktikable Lösung für die Nachbildung von kalzifizierten Thromben gemischter Natur. Die Klebrigkeit der synthetischen Thromben muss jedoch noch weiter optimiert werden. Diese Optimierung ist im Rahmen des Folgeprojekts COSY SMILE 2 (BMBF- Förderkennzeichen: 16LW0165K) geplant. Zusammenfassend hat sich hier gezeigt, dass die entwickelten synthetischen Thrombenanaloga die wichtigsten natürlichen mechanischen Eigenschaften menschlicher Thromben erfolgreich simulieren und in der Verfahrenssimulation für das Training der endovaskulären Behandlung des ischämischen Schlaganfalls sowie für Device-Tests effektiv eingesetzt werden können. Sie stellen eine gut verfügbare, kostengünstige Alternative zu Thromben aus Tieren oder Menschen dar.