Experimental analysis of the influence of cryopreservation on the mechanical properties of porcine aorta

Mehanička svojstva krvnih žila smatraju se jednim od glavnih čimbenika dugotrajne uspješnosti kardiovaskularnih presadaka. Kako bi se omogućilo da u danom trenutku kirurzi imaju na raspolaganju presadak koji će dimenzijama i mehaničkim svojstvima što više odgovarati primatelju, potrebno je osigurati zalihu tkivnih presadaka različitih dimenzija i mehaničkih svojstava, no moraju biti odgovarajuće pohranjeni kako bi se do upotrebe očuvala njihova biomehanička svojstva. Dugotrajna pohrana krvnih žila postiže se postupkom krioprezervacije, odnosno zamrzavanjem tkiva na iznimno niske temperature (od -80 °C do -196 °C). Tijekom ispitivanja utjecaja krioprezervacije na mehanička svojstva tkiva aorte, jednu skupinu uzoraka činit će svježi uzorci ispitani unutar šest sati od eksplantacije, a u drugim trima skupinama bit će uzorci uzeti od pripadajućih aorti pohranjenih procesom krioprezervacije u plinovitoj fazi tekućeg dušika na -155 °C u Kliničkom zavodu za transfuzijsku medicinu i transplantacijsku biologiju KBC-a Zagreb, te odmrznuti nakon jednog, četiri i devet mjeseci. Kako bi se odredila njihova mehanička svojstva, uzorci svinjskih aorti podvrgnut će se statičkom vlačnom testu u Laboratoriju za eksperimentalnu mehaniku, gdje će se metodom korelacije digitalne slike (engl. Digital image correlation) mjeriti cijelo polje pomaka. Ta optička metoda omogućuje beskontaktno mjerenje cijelog polja pomaka na površini uzorka, što će omogućiti bolji uvid u nelinearna mehanička svojstva aorte. Rezultati eksperimentalnih ispitivanja iskoristit će se za određivanje mehaničkih svojstava poput modula elastičnosti i vlačne čvrstoće, a upotrebom numeričkih metoda odredit će se hiperelastično mehaničko ponašanje aorte primjenom određenih konstitutivnih modela. Usporedbom rezultata svježih i odmrznutih uzoraka tkiva aorte odredit će se utjecaj krioprezervacije na mehanička njezina svojstva u zadanim vremenskim intervalima.The mechanical properties of blood vessels are recognized as one of the main factors of long-term success of cardiovascular grafts. In order to allow surgeons to have a graft that will meet the recipient's dimensions and mechanical properties at the given time, it is necessary to provide a set of tissue samples of different dimensions and mechanical properties, stored appropriately to preserve their biomechanical properties for later use. Long-term storage of blood vessels is achieved by cryopreservation, a process of freezing tissue at extremely low temperatures (-80 ° C to -196 ° C). Fresh specimens will be tested within six hours of explantation, while the other sample taken from corresponding aorta will be cryopreserved and stored in the gaseous phase of liquid nitrogen at -155 ° C at the Clinical Institute for Transfusion Medicine and Transplant Biology, KBC Zagreb. Stored sample groups will be thawed and tested after one, four, and nine months respectively. To determine their mechanical properties, samples of porcine aorta will be subjected to a static tensile test in the Experimental Mechanics Laboratory, whereby the Digital Image Correlation method will measure the whole displacement field. This optical method allows for contactless measurement of the entire field of displacement on the surface of the sample, which will give a better insight into the non-linear mechanical properties of the aorta. The results of the experimental tests will be used to determine the mechanical properties such as the modulus of elasticity and tensile strength, and using numerical methods the hyperelastic mechanical properties of the aorta will be determined as given by certain constitutive models. The analysis of the results obtained with fresh and thawed aorta samples will determine the effect of the cryopreservation procedure on the mechanical properties of the aorta