Development of a computational fluid dynamic model for the comparative analysis of the thrombogenic potential of the HVAD and HeartMate3 ventricular assist devices : numerical rationale of clinical outcomes

VAD support represents an established treatment option for patients suffering from heart failure, both as bridge-to-transplant and as destination therapy. Despite the optimal clinical efficacy of these devices, they still come with serious complications, among which pump thrombosis (PT) is one of particular relevance. The HeartWare HVAD (Medtronic Inc., USA) and the HeartMate 3 (HM3, Abbott Laboratories, USA), two latest generation VADs, clinically revealed a significantly different thrombogenic profile: in particular, the HM3 has abated the incidence of PT compared to the HVAD. Since fluid dynamic characteristics of VADs play a crucial role in triggering and predisposing to PT, a numerical comparative analysis between the HVAD and the HM3 was performed through high-resolution CFD simulations, under static and dynamic boundary conditions. To assess the shear-mediated platelet activation process, that evolves in the thrombotic event, the numerical Platelet Activity State was employed. The main aim of this study was to selectively identify geometrical and/or operating parameters that may explain the different thrombogenic potential of these cardiac pumps.

Il supporto tramite VAD è un’opzione di trattamento consolidata per i pazienti che soffrono di insufficienza cardiaca, sia come “ponte al trapianto” che come terapia definitiva. Nonostante l’ottima efficacia clinica di questi dispositivi, sono ancora accompagnati da serie complicazioni, fra cui la trombosi di pompa (PT) è di particolare rilevanza. L’HeartWare HVAD (Medtronic Inc., USA) e l’HeartMate 3 (HM3, Abbott Laboratories, USA), due VAD di ultima generazione, hanno mostrato in ambito clinico un potenziale trombogenico significativamente diverso: in particolare, l’HM3 ha abbattuto l’incidenza della PT rispetto all’HVAD. Poiché le caratteristiche fluidodinamiche dei VAD svolgono un ruolo cruciale nell’innescare e predisporre alla PT, è stata effettuata un’analisi numerica comparativa fra HVAD e HM3 tramite simulazioni CFD ad alta risoluzione, con condizioni al contorno statiche e dinamiche. Per valutare il processo di attivazione piastrinica mediata da sforzo, che evolve nell’evento trombotico, è stato impiegato il numerical Platelet Activity State. Il principale obiettivo di questo studio è stato di identificare selettivamente aspetti geometrici e/o di funzionamento che possano spiegare il differente potenziale trombogenico di questi VAD.