Integration of Compliance Chambers into Diaphragm Displacement Pump to Double the Pumping Flow of Pediatric Paracorporeal Pulsatile Ventricular Assist Device

将顺应室集成到隔膜排量泵中,使儿科体外脉动心室辅助装置的泵流量加倍

基本信息

  • 批准号:
    10761399
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-10 至 2025-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The paracorporeal Berlin Heart EXCOR is the only FDA-approved ventricular assist device (VAD) for pediatric patients. This pulsatile diaphragm displacement pump (DDP) is small/light weight to facilitate pediatric patient ambulation. However, EXCOR efficiency is only 50% since it withdraws and pumps blood at different times (interrupted pulsatile flow). This generates a high peak blood flow rate, which may cause blood damage. A paracorporeal continuous flow PediMag VAD has also been used in smaller children. This centrifugal pump is highly efficient due to the constant flow through the drainage/infusion cannulas, but the PediMag pump head must be attached to a bulky/heavy motor, which hinders ambulation. We previously developed a transapical to aorta (TAA) double lumen cannula (DLC) for a minimally invasive ambulatory LVAD, which showed excellent 96 hr performance/hemocompatibility in neonate lambs. Our ultimate goal is to develop an efficient, minimally invasive, paracorporeal LVAD system for pediatric patients, which combines the small size/weight (ambulation potential) of current interrupted pulsatile flow pump (e.g EXCOR) and the current high efficiency of a continuous flow pump (e.g PediMag). The enabling technology is a compliant diaphragm displacement pump (cDDP), which has compliance chambers integrated into the drainage and infusion outlets to double blood flow. The cDDP will be high performing due to: 1) noninterrupted/continuous blood flow; 2) infusion/drainage compliance chambers that decrease cDDP afterload/increase cDDP preload. The lower peak drainage/infusion flow of the cDDP will also reduce blood trauma. Preliminary data showed that adding compliance chambers increased pumping flow from 1.1 to 2.6 L/min and decreased peak flow rate. The Phase I SBIR objective is to design and fabricate a cDDP working prototype with optimal compliance chambers size. This cDDP will be tested in lambs with our previously developed TAA DLC. Specific Aim 1: To design, fabricate, and bench test a cDDP. Compliance chambers will be integrated into the cDDP drainage and infusion outlets. The cDDP will be made of polycarbonate housing with a polyurethane diaphragm in the middle. A tricuspid valve will connect the cDDP housing to the two small silicone compliance chambers. The final prototype will be tested for 1 week in a 37% glycerin mock loop for performance/reliability/durability. Specific Aim 2: To test the cDDP working prototype in lambs. The cDDP will be combined with the TAA DLC to form a less invasive, ambulatory LVAD, which will be tested in 10-15 kg lambs (n=9) to evaluate 6 hr performance/reliability and initial biocompatibility. Prototype design/fabrication/bench testing will be done at W-Z Biotech, and the lamb studies will be done at the University of Kentucky. Rather than fine-tuning existing technology, our cDDP is a novel invention, which will enable a pulsatile paracorporeal VAD with doubled efficiency. This technology can also be used in adults and may significantly impact cardiogenic shock/bridge to heart transplant management.
体外柏林心脏 EXCOR 是 FDA 唯一批准的心室辅助装置 (VAD) 儿科患者。这款脉动隔膜排量泵 (DDP) 体积小/重量轻,方便儿科使用 病人下床活动。然而,EXCOR 的效率只有 50%,因为它在不同的时间抽血和泵血。 次(脉动流中断)。这会产生很高的峰值血流量,可能会导致血液损伤。 体外连续流动 PediMag VAD 也已用于较​​小的儿童。这种离心泵 由于通过引流/输液插管的流量恒定,效率很高,但 PediMag 泵头 必须连接到笨重的电机上,这会妨碍移动。我们之前开发了一种经心尖 主动脉 (TAA) 双腔插管 (DLC) 用于微创动态 LVAD,显示出优异的性能 新生羔羊的 96 小时性能/血液相容性。我们的最终目标是开发一个高效、最小化的 适用于儿科患者的侵入性体外 LVAD 系统,该系统结合了小尺寸/重量(步行 电流中断脉动流泵(例如 EXCOR)的潜力)和电流高效率 连续流泵(例如 PediMag)。支持技术是合规隔膜活塞泵 (cDDP),其将顺应室集成到引流和输液出口中以使血流量加倍。 cDDP 具有高性能,因为:1) 不间断/连续的血流; 2)输液/引流 降低 cDDP 后负荷/增加 cDDP 预负荷的顺应室。引流/输注峰值较低 cDDP 的流动也将减少血液创伤。初步数据表明,添加顺应室 将泵送流量从 1.1 L/min 增加至 2.6 L/min,并降低峰值流量。第一阶段 SBIR 的目标是 设计和制造具有最佳顺应室尺寸的 CDDP 工作原型。该 CDDP 将 使用我们之前开发的 TAA DLC 在羔羊身上进行了测试。具体目标 1:设计、制造和试验 测试 CDDP。顺应室将集成到 cDDP 引流和输液出口中。顺铂 将由聚碳酸酯外壳制成,中间有聚氨酯隔膜。三尖瓣将 将 cDDP 外壳连接到两个小型硅胶顺应室。最终原型将进行测试 在 37% 甘油模拟循环中运行 1 周,以确保性能/可靠性/耐用性。具体目标 2:测试 cDDP 羔羊的工作原型。 cDDP 将与 TAA DLC 相结合,形成侵入性较小的、 动态 LVAD,将在 10-15 公斤羔羊 (n=9) 中进行测试,以评估 6 小时的性能/可靠性和 初始生物相容性。原型设计/制造/台架测试将在 W-Z Biotech 完成,羔羊 研究将在肯塔基大学进行。我们的 cDDP 不是对现有技术进行微调,而是 新颖的发明,将使脉动体外 VAD 的效率加倍。这项技术可以 也可用于成人,可能会显着影响心源性休克/心脏移植管理的桥梁。

项目成果

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