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一种新型的人体蠕动启发的3d打印胃十二指肠模拟器，用于评估胃内/十二指肠代谢装置:概念验证研究

转化医学杂志体积20.，文章号:149（2022）引用本文


致编辑:

内窥镜减肥和代谢疗法(EBMT)由于其疗效和微创性，是一种有吸引力的替代药物治疗和减肥手术。胃排空延迟或胃潴留引起胃饱，而胃排空快与肥胖有关[1，2］．因此，应使用胃内/十二指肠装置对EBMT进行胃排空延迟评估，以评估其在肥胖患者中诱导体重减轻的性能。然而，在临床前研究中还没有关于胃内气囊(IGBs)和胃十二指肠流量限制器(G-DFR)延迟胃排空性能的定量比较结果。本研究的目的是在进行动物试验之前，引入3d打印的胃十二指肠模拟器，模拟人体蠕动，作为新型胃内/十二指肠EBMT设备中延迟胃排空的定量测量的虚拟测试系统。我们还计划在试验动物中研究这种具有大量延迟胃排空的新装置是否会影响与对照组相比的相对体重减轻。

胃十二指肠模拟器的几何和尺寸设计为与人类胃的形状相匹配，其基础是以前研究中健康志愿者的计算机断层胃造影图像[3.］．模拟器是使用3d打印模具制造的(Omg SLA;中国厦门)，弹性体(Ecoflex 00-30;Smooth-on, Inc.， USA)和硅酮粘合剂(Sil-Poxy;很光滑,Inc .)。该模拟器由四个部分组成(眼底、身体、胃窦和幽门-十二指肠球)，每个部分都配有两个执行器(L16-R微型线性伺服;Actuonix，不列颠哥伦比亚省，加拿大)接触胃体。为了模拟蠕动，在这些区域安装了8个在直线上移动的电机来产生运动性。控制蠕动行程参数的收缩波(α)定义为:α =收缩直径/舒张直径。每个区域的相对收缩波(α)分别为0.9、0.6、0.6和0.2。 The frequency parameter of peristalsis was set to twice per minute. Measurements in the simulator with peristalsis were obtained at different stages of drained and residual gastric material to assess gastric emptying volume defined as the partly drained fluid mass collected and retention ratio measured residual markers in the stomach. The normal range of values for gastric retention and gastric emptying after 2 h following a liquid meal were obtained from a prior study of 10 asymptomatic healthy volunteers in which it was defined as 25.9% ± (2 × 12.5%) [4］．这与我们在控制实验中观察到的28.61%的保留率一致，我们使用模拟器进行了4小时的蠕动1:视频S1)。

与IGB(排空体积百分比:47.9%，排空体积百分比:37.9%)和30 mm聚四氟乙烯裙G-DFR(排空体积百分比:41.7%，排空体积百分比:35.0%)相比，使用60 mm聚四氟乙烯裙G-DFR的实验模型的胃排空体积最小，表明胃潴留增强(排空体积百分比:32.4%，潴留:49.2%)。(无花果。1)为了阐明在带有蠕动的模拟器中使用远端60 mm PTFE裙架G-DFR进行延迟胃排空的定量测量并获得良好结果，进行了探索性猪研究。(无花果。2A)该试验猪研究仅评估了体重和G-DFR迁移方面的短期结果(28天和42天的随访)。在探索性猪(约克猪，35-40公斤，试验组2头，对照组2头)研究中，使用新型G-DFR的试验组相对对照组体重下降，但无统计学意义:3天内- 0.7% vs. 1.4%;14天5.2% vs 15.7%;28天16.3% vs 32.9%;42天，25.3%对48.0%。(无花果。2B)实验组中未观察到新G-DFR的近端或远端迁移。(附加文件2:视频S2)。

图1
图1

比较无胃内/十二指肠代谢装置(点黑线有胃蠕动，点灰线无胃蠕动作为胃延迟排空标准参考模型)对照组与实验装置(包括)的胃延迟排空量[ml]和放射不透明标记物百分比保留率[%]在模拟器中的变化情况一个商用包覆金属胃十二指肠支架，直径18毫米(紫色线)或20毫米(蓝色线)，BG-DFR器件带有30mm(绿线)或60mm(红线)PTFE裙，以及C胃内气球(黄线)。D支架直径，lG-DFR聚四氟乙烯裙长

全尺寸图像
图2
图2

一个胃十二指肠模拟器(左上)和新型胃-十二指肠流量限制器(G-DFR)展开后的猪胃的内窥镜图像(中上)。猪模型使用两个血夹(箭头)锚定G-DFR近端皮瓣(右上)。新型G-DFR展开后，在模拟器中显示G-DFR的蠕动(左下)和猪胃(中下)的x线片。注射造影剂缓慢穿过G-DFR远端60mm PTFE裙板(右下，箭头)。B折线图显示了放置带有60毫米远端聚四氟乙烯裙的G-DFR后，对照组和实验组猪之间相对减重百分比的差异(左)。各时间点对照组与实验组体重差异柱状图(右)

全尺寸图像

综上所述，我们可以定量地定义胃内和胃十二指肠代谢装置的胃排空延迟量，并评估这些装置之间的差异，从而导致胃排空延迟。我们对猪的初步研究中有希望的相对体重减轻可能表明，这种3d打印的蠕动模拟器平台可以预测一种新型G-DFR的性能，具有最佳的EBMT延迟胃排空。

数据和材料的可用性

本研究中使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。

缩写

EBMT:

内窥镜减肥和代谢疗法

游戏:

胃内的气球

G-DFR:

胃-十二指肠血流限制器

聚四氟乙烯:

聚四氟乙烯

参考文献

  1. Wright RA, Krinsky S, Fleeman C, Trujillo J, Teague E.胃排空与肥胖。胃肠病学。1983;84(4):747 - 51。

    文章中科院谷歌学者

  2. 张志刚，张志刚，张志刚，等。内镜下袖状胃成形术改变胃生理，诱导肥胖个体体重减轻。中华胃肠病杂志，2017;15(1):37-43.e31。

    文章谷歌学者

  3. 权俊，崔杰，李松，等。3d打印，患者特异性和拟人化胃幻影的建模和制造:试点研究。科学通报2020;10(1):18976。

    文章中科院谷歌学者

  4. 马谷一，乌基塔，多达，等。姑息性支架治疗恶性胃出口梗阻患者的胃排空。杂志。2008;55(81):298 - 302。

    PubMed谷歌学者

下载参考

确认

不适用。

资金

这项工作得到了韩国政府(科学和信息通信技术部、贸易、工业和能源部、保健福利部、食品和药物安全部)的韩国医疗设备发展基金的资助(项目编号:kmdf_pr_20200901_0266,1711138598)，由韩国教育部(2021R1A6A1A03040260)和韩国首尔峨山医学中心峨山生命科学研究院(2021IP0015)资助的韩国国家研究基金会(NRF)的基础科学研究计划资助。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 韩国首尔，蔚山大学医学院，峨山医疗中心，内科消化内科

    Jinhee Kwon

  2. 韩国首尔，蔚山大学医学院峨山医学中心，融合科学技术峨山医学研究所医学部

    Jinhee Kwon

  3. 翰林大学春川圣心医院内科，韩国春川

    张锡邦

  4. 韩国首尔，蔚山大学医学院，峨山医疗中心放射科

    金成奥克

  5. 韩国首尔松坡区奥林匹克路43吉88号，蔚山大学医学院内科消化疾病研究中心，05505

    朴道贤

作者
  1. Jinhee Kwon
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  2. 张锡邦
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  3. 金成奥克
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  4. 朴道贤
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贡献

JK和DHP构想了研究设计。DHP为这篇论文的发表获得了资金支持。JK模拟并制作了胃十二指肠模拟器。SOK记录x射线视频并参与数据采集。JK和SOK进行了实验。JK、CSB、DHP对数据进行解释并进行统计分析。CSB和DHP检查了稿件的完整性，包括分析结果和数据解释的一致性。JK和DHP写了初稿。CSB和DHP严格修订了草案。所有作者都审阅并批准了最终稿，准备出版。

相应的作者

对应到朴道贤．

道德声明

伦理批准并同意参与

这项研究得到了机构动物护理和使用委员会(IACUC no。2021-12-049)，以符合其人道对待实验动物的准则。

发表同意书

不适用。

相互竞争的利益

Do Hyun Park是蔚山大学产业合作财团和峨山财团拥有的胃十二指肠流量限制器(G-DFR)专利的上市发明人。作者与生产与本文相关的医疗保健相关产品和/或服务的任何商业实体没有财务关系。

额外的信息

出版商的注意

伟德体育在线施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

补充信息

附加文件1:视频S1．介绍了在带蠕动的模拟器中进行实验研究的方法和结果。

附加文件2:视频S2．试验方法和结果为试验猪(约克猪，体重35 ~ 40公斤，试验组2头，对照组2头)。

权利和权限

开放获取本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议，允许以任何媒介或格式使用、分享、改编、分发和复制，只要您对原作者和来源给予适当的署名，提供知识共享许可协议的链接，并注明是否有更改。本文中的图像或其他第三方材料包含在文章的创作共用许可协议中，除非在材料的信用额度中另有说明。如果材料未包含在文章的创作共用许可协议中，并且您的预期使用不被法定法规所允许或超出了允许的使用范围，您将需要直接获得版权所有者的许可。如欲查看本牌照的副本，请浏览http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/．创作共用公共领域奉献弃权书(http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)适用于本条所提供的资料，除非在资料的信用额度中另有说明。

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引用本文

Kwon, J.， Bang, c.s.， Kim, S.O.et al。一种新型的人体蠕动启发的3d打印胃十二指肠模拟器，用于评估胃内/十二指肠代谢装置:概念验证研究。翻译医学杂志20.149(2022)。https://doi.org/10.1186/s12967-022-03357-z

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关键字

  • 肥胖
  • 胃排空
  • 内窥镜减肥和代谢疗法
  • 3d打印胃十二指肠模拟器

转化医学杂志

ISSN: 1479 - 5876

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