Valve degeneration is one of the most common lesions to affect the heart. Floppy mitral valve is a frequent pathology in adults but degeneration of the collagen fibres of the leaflet is also seen in children. This congenital condition is described as dysplastic mitral leaflets. Few cases have an identified genetic defect, for the majority of adults and children the cause of the disruption is unknown. In this descriptive investigation, histological and 'immunohistological methods were used on human mitral valves. Forty children, (17 dysplastic [mean 2.9 years]), 23 control leaflets [mean 4.3 years]) were studied along with 41 adult leaflets (20 floppy [mean 31.8 years] and 21 controls [mean 36.2 years]). Semi-quantitative analysis of the location of type I collagen, type I procollagen, MMP-1, TIMP-1, TGF-~ and decorin were described within the layers. Scanning electron microscopy (SEM) immunogold analysis was used to investigate the location of decorin, which is involved in collagen fibrillogenesis, in the abnormal leaflets. Morphologically, the normal mitral valve has an atrial overlay of immature tissue from 1-week old. Under 1 year old the dysplastic leaflets had commissural fusion of the leaflets and some fused directly onto the papillary muscle, a feature not seen in adult floppy leaflets.

Cardiac valve replacement is the second most common heart operation. Currently available replacement heart valves all have limitations. This study aimed to produce and characterise a decellularised, biocompatible porcine pulmonary root conduit for use in the Ross procedure. A process for the decellularisation of porcine pulmonary roots was developed incorporating trypsin (2.25 × 104 Unit.ml-1) digestion of the adventitial surface of the scraped pulmonary artery and sequential treatment with: hypotonic Tris buffer (HTB; 10mM Tris pH 8.0, 0.1% (w/v) EDTA, 10KIU aprotinin), 0.1% (w/v)SDS in HTB, two cycles of DNase and RNase, and sterilisation with 0.1% (v/v) peracetic acid. Histology confirmed an absence of cells and retention of the gross histoarchitecture. DNA levels were reduced by >90 % throughout the decellularised tissue and functional genes were not detected using PCR. Immunohistochemistry showed a lack of α-gal epitopes and confirmed cell removal but a loss of collagen IV. In vitro biocompatibility studies indicated the decellularised leaflets were not cytotoxic while the pulmonary wall was shown to reduce 3T3 cells viability in 3 out of 6 samples. Uniaxial tensile testing to failure demonstrated no significant difference in the tensile properties between the fresh and decellularised leaflets and pulmonary walls in the circumferential and radial directions with the exception of the elastin phase slope of the pulmonary artery in both directions which showed a significant decrease in the decellularised tissue. Pulsatile flow testing indicated the decellularised pulmonary roots had excellent hydrodynamic function and leaflet kinematics in comparison to the fresh tissue. Initial attempts to culture fresh pulmonary roots in a heart valve bioreactor were unsuccessful, indicating a need to develop the physiological culture system further. Overall the decellularised porcine pulmonary roots have excellent potential for development of a tissue engineered solution for right ventricular out flow tract reconstruction during the Ross procedure.

No description available.

- / -

The human mitral valve (MV) consists of a large anterior-medial leaflet and a smaller posterior lateral leaflet, which are both connected to the left ventricular papillary muscles via multiple fibrous chordae tendineae. An understanding of mitral valve bio-mechanics is pivotal for optimization of surgical procedures aimed at restoring normal mitral valve function in pathological subjects. Computational models can realistically capture the anatomical and functional features of the MV and hence can provide detailed spatial and temporal data that may not be easily obtained clinically or experimentally. This thesis therefore aims at developing a framework for the fluid-structure interaction modeling of the mitral valve using immersed boundary method. First, we model the dynamics of a prosthetic mitral valve under a realistic pressure load using a staggered grid version of a formally second-order accurate immersed boundary method. In this study, we demonstrate that when bending rigidity are included in both the mitral leaflets and chordae, the computational results has better agreements with experimental measurements. In addition, non-physical oscillations that occur upon valve closure are greatly reduced when bending forces are included in the model. These findings highlight the importance of accounting for the bending stiffness in the dynamic simulation of the mitral valve prosthesis. Furthermore, an in-vivo human mitral valve geometry model is derived from magnetic resonance imaging (MRI) data, and then is analysed using the immersed boundary method under a physiological left-atrium-ventricle pressure loading. An initial validation of the model is provided by comparing the computed opening shape and flow rates to clinical measurements from the volunteer who provided the anatomical data for constructing the mitral valve. The convex (with respect to the left ventricle) shape near annulus and concave shape near free edge of valve are observed in our simulation during diastole and systole when assigning physiological thickness to the anterior leaflet and posterior leaflet, which match perfectly with clinical observations. These results suggest that differences in the thickness of the leaflets play an important role in maintaining the physiological curvature of the mitral valve. These features bring out a question that is the relatively simple isotropic material fibre model sufficient to describe the mitral valve leaflets. The real valve is anisotropic, with collagen fibres distributed along the circumferential direction. To this end, the further improved in-vivo human mitral valve geometry model, which incorporating spatial annulus ring, is then simulated under a physiological pressure loading with a finite element version of the immersed boundary method that is able to incorporate experimentally oriented constitutive laws for elasticity models. A hypo-elastic transversely isotropic material constitutive law is used to characterize the mechanical behaviour of the mitral valve tissue based on recent biaxial tests on healthy human leaflets. Simulation results exhibit better agreement and reduced oscillations in flow rate compared with experiment measurements and previous simulation and show that the maximum principal stress and strain is carried by the collagen fibres in the mitral leaflets in deep systole. These results show that the methodology in this study could generate a patient-specific finite element mitral valve model that closely replicated the in vivo mitral valve dynamic motion during diastole and systole. This model may be further developed to study mitral valve mechanics and disease to bring more insight of diagnosis, treatment, and prevention of patient valvular heart diseases.

Η πρωτεΐνη YKL-40 είναι μια εκκρινόμενη πρωτεΐνη, μέλος της οικογένειας των γλυκοπρωτεϊνών που ομοιάζουν με χιτινάση. Περιέχει καλά συντηρημένες περιοχές που προσδένουν χιτίνη, στερείται όμως της ενζυματικής δράσης της χιτινάσης εξαιτίας μιας σημειακής μετάλλαξης στην καταλυτική περιοχή. Από την υπάρχουσα βιβλιογραφία φαίνεται να εμπλέκεται στη διαδικασία της φλεγμονής αλλά και στη δημιουργία ίνωσης και νεοαγγειογένεσης. Στην παρούσα μελέτη, θελήσαμε να διερευνήσουμε την έκφραση της YKL-40 με την τεχνική της ανοσοιστοχημείας σε μιτροειδείς βαλβίδες του ανθρώπου με ιστοπαθολογικές αλλοιώσεις ( βλεννώδη εκφύλιση ,ινωση ,νεοαγγειογένεση ασβέστωση ) και να συσχετίσουμε την πιθανή έκφραση της πρωτεϊνης με την παρουσία και την σοβαρότητα αυτών των αλλοιώσεων καθώς και με άλλες κλινικοπαθολογοανατομικές παραμέτρους της νόσου Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά δείγματα από 71 περιστατικά μιτροειδών βαλβίδων μονιμοποιημένα σε ουδέτερη φορμόλη 10% και εγκλεισμένα σε παραφίνη. Εκ των οποίων τα 52 ήταν παθολογικά και τα 19 ήταν φυσιολογικά. Εφαρμόσθηκε η τεχνική της ανοσοιστοχημείας και τα αντισώματα YKL-40, VEGFA, CD31, CD68 και A-SMA. Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων έγινε με τη χρήση του στατιστικού πακέτου SPSS 10.0 for Windows. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι η πρωτεΐνη YKL-40 υπερεκφράζεται στις παθολογικές βαλβίδες (στα μακροφάγα, στα ενδοθηλιακά και στα διάμεσα βαλβιδικά κύτταρ ) και ότι τα υψηλά επίπεδα έκφρασης της σχετίζονται με τη σοβαρότητα των ιστοπαθολογικών αλλοιώσεων. Μόνο σε 2 από τις 19 φυσιολογικές βαλβίδες παρατηρήθηκε θετική ανοσοϊστοχημική χρώση, στις υπόλοιπες 17 ήταν αρνητική. Η ανοσοϊστοχημική χρώση της πρωτεΐνης YKL-40 στις μιτροειδείς βαλβίδες είχε στατιστικά σημαντική σχέση με την ανοσοϊστοχημική έκφραση της πρωτεΐνης A-SMA, της πρωτεΐνης VEGFA, με την παρουσία μακροφάγων και την μέση αγγειακή πυκνότητα.Τα επίπεδα έκφρασης της πρωτεΐνης YKL-40 ήταν μεγαλύτερα στις γυναίκες με νόσο μιτροειδούς βαλβίδας και σχετίζονται στατιστικά σημαντικά με την ηλικία. Με βάση τα ανωτέρω αποτελέσματα, μπορούμε να εισηγηθούμε ένα πιθανό ρόλο της πρωτεΐνης YKL-40 στην παθογένεια της νόσου της μιτροειδούς βαλβίδας , καθώς φάνηκε να εκφράζεται από διάφορους κυτταρικούς τύπους στις παθολογικές βαλβίδες σε σχέση με τις φυσιολογικές όπου δεν παρατηρήθηκε ανοσοθετικότητα του μορίου. Η έκφραση της πρωτεΐνης YKL-40 είχε θετική συσχέτιση με την έκφραση της a-SMA στα διάμεσα κύτταρα της βαλβίδας γεγονός που πιθανολογεί το ενδεχόμενο η πρωτεϊνη YKL-40 να προκαλεί ενεργοποίηση των διάμεσων βαλβιδικών κυττάρων με αποτέλεσμα την παραγωγή πρωτεϊνών εξωκυτταρίου ουσίας με τελική κατάληξη τη δημιουργία βλεννώδους εκφύλισης και ίνωσης . Επιπροσθέτως θα μπορούσαμε να υποθέσουμε λογω της θετικής συσχέτισης της έκφρασης της πρωτεΐνης YKL-40 με την έκφραση του VEGFA από τα βαλβιδικα κύτταρα και τα μακροφαγα ότι η πρωτεΐνη YKL-40 πιθανόν να επάγει την έκφραση του VEGFA από τα κύτταρα αυτά. Επιπρόσθετα, όπως η υπάρχουσα βιβλιογραφία υποστηρίζει, τόσο ξεχωριστά όσο και συνεργικά ο VEGFA και η YKL-40 είναι δυνατον να προκαλούν ενεργοποίηση, χημειοταξία και μετανάστευση ενδοθηλιακών κυττάρων εντός της γλωχίνας και σχηματισμό νέων αγγείων. Τα νέα αυτά αγγεία θα μπορούσαν να λειτουργήσουν θετικά ως προς την φλεγμονώδη διαδικασία προσκομίζοντας στις ήδη παχυσμένες βαλβίδες θρεπτικά συστατικά καθώς και μόρια και κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Η παρουσία των μακροφάγων στις παθολογικές βαλβίδες φαίνεται να παίζει κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη των φλεγμονωδών αλλοιώσεων. Η στατιστικά σημαντική σχέση των μακροφάγων με την πρωτεΐνη YKL-40, σε συνδυασμό με την υπάρχουσα βιβλιογραφία που υποστηρίζει τόσο την έκκριση της πρωτεΐνης από τα μακροφάγα, όσο και την επίδραση της σε αυτά, μας επιτρέπει να υποθέσουμε και ένα παρόμοιο μηχανισμό στη νόσο της μιτροειδούς βαλβίδας. Αν και τα αποτελεσματα της παρουσας μελέτης είναι ενδεικτικά πιθανης συμμετοχής της YKL-40 στην νόσο της μιτροειδούς βαλβίδας χρειάζονται πολύ περισσοτερες μελέτες για να αποσαφηνισθεί ο ακριβής ρόλος της πρωτεΐνης YKL-40 στη παθογενεια της συγκεκριμένης νόσου / The protein YKL-40 is a secreted protein, a member of the family of chitinase-like glycoprotein. The protein YKL-40 contains well conserved regions that bind chitin, but lacks the enzymatic chitinase activity, because of a point mutation in the catalytic region. From the existing scientific literature it seems to be involved in the immigration and macrophage activation process in the site of inflammation. It is also possible to participate in the process of neoangiogenesis and fibrosis. Scientists argue that the protein YKL-40 participates in many diseases which are characterized by development of inflammation and has been proposed to use the protein YKL-40 as an indicator of prognosis, recurrence and treatment response in serum of patients with inflammatory diseases and malignancies. In this study, as the disease of the mitral valve is characterized by development of inflammation and because of existing studies that suggest that the protein YKL-40 induces the expression of VEGF-A protein and also has angiogenetic activity itself, we wanted to investigate the possible positive immunohistochemical staining of protein YKL-40 comparing physiological and pathological histological sections of mitral valve. A total sample of 71 cases was used. The 19 of them were normal and the 52 had lesions. The material was fixed tissue samples in 10% neutral formalin and embedded in paraffin. The 36 came from autopsy material and the remaining 35 of mitral valve replacement surgery. The kind of methodology that was followed was the indirect immunohistochemical method of streptavidin-DAB. The antibodies used were against the protein YKL-40, VEGF-A, CD31 (vascular endothelium), CD68 (macrophages) and A-SMA (activated valve interstitial cells). The statistical analysis was performed using the statistical package SPSS 10.0 for Windows. The study gave the following results: The protein YKL-40 is overexpressed in the pathological valves and its levels was related to the severity of the lesions. Cytoplasmic immunopositivity was present in macrophages, endothelial cells of the outer layers of the valves and the valves’ vessels and valve interstitial cells. Only 2 of the 19 normal valves had positive immunohistochemical stain of the protein YKL-40. Sufficient number of CD68 -positive macrophage was observed in the valves which presented histopathological lesions. The number of macrophages was significantly correlated with the severity of lesions. It was demonstrated the presence of vessels in pathological valves by immunohistochemical staining against the protein CD31. The average microvessel density was correlated with the severity of histological lesions. Pathological valves observed strong immunohistochemical expression of the protein A-SMA in the cells of the matrix. The expression of protein A-SMA was correlated significantly with the severity of lesions. The VEGF-A protein was overexpressed in pathological valves and was related to the severity of histopathological lesions. The cells which had positive immunostaining for the VEGF-A protein were macrophages, endothelial cells of valve blood vessels and valve interstitial cells. Immunohistochemical staining of the protein YKL-40 in the mitral valve was statistically significant compared to the immunohistochemical expression of the protein A-SMA, the protein VEGF-A, with the presence of macrophages and average microvessel density. The expression levels of the protein YKL-40 was higher in women with mitral valve disease and significantly associated with age. According to the previous comments, we propose the possible role of the protein YKL-40 in the pathogenesis of mitral valve disease. The protein YKL-40 seems to be expressed from multiple cellular types in pathological valves. As a different, the normal valves had non immunopositivity of the molecule. The YKL-40 protein was immunohistochemical localization in cells with morphological characteristics similar to those that were stained positive for a-SMA. Therefore, there is possibility that the presence of the protein YKL-40 in the valve interstitial cells is associated with increased cellularity of diseased valves, via the possible increase of the proliferation and activation of valve interstitial cells. As a result, the produce of ECM proteins causes mucous degeneration and fibrosis. Additionally we will assume that the protein YKL-40 is likely to induce the expression of VEGF-A from valve interstitial cells and/or macrophages during the pathogenesis of mitral valve disease. As the present bibliography consider, both separately and synergistically the protein YKL-40 is able to cause activation, chemo taxis and migration of endothelial cells within the cusp and neovascularization. These new vessels could operate positively to the inflammatory process by providing the thickened valves nutrients and molecules and cells of the immune system. The presence of macrophages at the valve lesions seems to play a major role at the inflammation procedure. Both of the statistically significant colleration between macrophages and protein YKL_40 and the current bibliography that suggests the expression of the protein YKL-40 from macrophages and the effect of the protein on them, make us to hypothesize that there is a similar mechanism at the mitral valve disease to. More research is required in order to make clear the exact role of protein YKL-40 in the mitral valve disease.

Η ασβέστωση της αορτικής βαλβίδας σχετίζεται με αυξημένη νοσηρότητα και θνητότητα, ιδιαίτερα στους ηλικιωμένους. Μέχρι σήμερα η φαρμακευτική θεραπεία δεν έχει αποδειχθεί τόσο αποτελεσματική, όσο η χειρουργική. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε μοντέλο υπερλιπιδαιμικών κονίκλων προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση του εκλεκτικού ανταγωνισμού της αλδοστερόνης στα πρώιμα στάδια της ασβέστωσης της αορτικής βαλβίδας. Αυτή η φαρμακευτική προσέγγιση δεν είχε προηγουμένως διερευνηθεί. Σαράντα αρσενικοί κόνικλοι τύπου Νέας Ζηλανδίας παρέμειναν για 4 εβδομάδες σε κανονική διατροφή και στη συνέχεια χωρίστηκαν σε 3 ομάδες: (1) ομάδα ελέγχου (control) που αποτελούνταν από 10 πειραματόζωα και συνέχισαν να τρέφονται με κανονική διατροφή για 8 εβδομάδες ακόμη, (2) ομάδα vehicle που αποτελούνταν από 15 πειραματόζωα και συνέχισαν να τρέφονται με υπερλιπιδαιμική διατροφή (1% χοληστερόλη) για 8 εβδομάδες ακόμη συν ένα διάλυμα γλυκόζης 5% (vehicle), για τις τελευταίες 4 εβδομάδες και (3) ομάδα επλερενόνης που αποτελούνταν από 15 πειραματόζωα και συνέχισαν να τρέφονται με υπερλιπιδαιμική διατροφή για 8 εβδομάδες ακόμη και τουs χορηγούνταν επλερενόνη 100 mg/kgr/day σε διάλυμα γλυκόζης 5%, για τις τελευταίες 4 εβδομάδες. Πριν από τη θυσία κάθε πειραματοζώου γινόταν μέτρηση της αρτηριακής πίεσης καθώς και των επιπέδων καλίου, ολικής χοληστερόλης και αλδοστερόνης στο πλάσμα. Μετά τις 8 εβδομάδες όλα τα πειραματόζωα θυσιάστηκαν και οι παρασκευασμένες αορτικές βαλβίδες εξετάσθηκαν με χρώση αιματοξυλίνης – ηωσίνης και Von Kossa silver stain και με ανοσοχρώσεις για τους υποδοχείς των αλατοκορτικοειδών (αλδοστερόνης), τα μακροφάγα και το μετατρεπτικό ένζυμο της αγγειοτενσίνης. Η παρουσία εναποθέσεων ασβεστίου επιβεβαιώθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Η επλερενόνη αύξησε τα επίπεδα αλδοστερόνης στο πλάσμα, αλλά δεν επηρέασε την αρτηριακή πίεση και τα επίπεδα χοληστερόλης και καλίου. Η υπερλιπιδαιμία προκάλεσε συνάθροιση μακροφάγων και αύξηση της έκφρασης του μετατρεπτικού ενζύμου, όπως επίσης και μικροσκοπική εναπόθεση ασβεστίου στις γλωχίνες. Όλοι αυτοί οι δείκτες ελαττώθηκαν με τη χορήγηση της επλερενόνης. Η ανοσοϊστοχημία για τους υποδοχείς των αλατοκορτικοειδών ανέδειξε παρόμοια έκφραση στις γλωχίνες της ομάδας ελέγχου και της υπερλιπιδαιμικής ομάδας (vehicle). Συμπερασματικά τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν πως οι υποδοχείς της αλδοστερόνης εκφράζονται στην αορτική βαλβίδα και πως η εκλεκτική αναστολή τους με τη χορήγηση της επλερενόνης αναστέλλει το σχηματισμό των σκληρυντικών αλλοιώσεων που προκαλούνται από την υπερλιπιδαιμική διατροφή. / Calcific aortic valve disease is associated with increased morbidity and mortality, especially in the elderly. To date, pharmacological therapies have not proven as effective as surgical intervention. Here, we used a hyperlipidemic rabbit model to investigate the potential effects of selective aldosterone inhibition on the early stages of aortic valve calcification, a pharmacological strategy that has not yet been tested. Forty New Zealand male rabbits fed a standard diet for 4 weeks were separated into three groups: (1) control (n = 10), fed a standard diet; (2) vehicle (n = 15), fed a hyperlipidemic diet (cholesterol 1%) plus vehicle; and (3) eplerenone (n = 15), fed a hyperlipidemic diet plus 100 mg/kg/d eplerenone (last 4 weeks). After 8 weeks, animals were sacrificed and prepared aortic valve sections were examined with Von Kossa silver stain and by immunostaining for mineralocorticoid receptor, macrophages and angiotensin-converting enzyme. The presence of calcium deposits was confirmed by scanning electron microscopy. Eplerenone increased aldosterone levels but did not affect blood pressure, cholesterol or potassium levels. Hyperlipidemia induced macrophage accumulation and angiotensin-converting enzyme expression, as well as calcium deposition in the leaflets. All markers were decreased by eplerenone treatment. Immunohistochemistry for mineralocorticoid (aldosterone) receptors revealed similar expression in the leaflets of both control and hyperlipidemic groups. Collectively, these results indicate that aldosterone receptors are present in rabbit aortic valve leaflets and their selective blockade with eplerenone inhibits formation of the sclerotic lesions induced by a high fat diet.