Materiaalitieteen edistysaskeleet ovat muokanneet sydämen stenttien suunnittelua ja suorituskykyä, pienillä sepelvaltimoihin istutetuilla putkilla verenkierron palauttamiseksi ateroskleroosipotilailla.Tässä artikkelissa tarkastellaan keskeisiä materiaaliläpimurtoja, jotka ovat parantaneet stenttien joustavuutta ja voimakkuutta, näiden edistysaskelten kliinistä hyötyä ja uusia teknologioita, jotka ovat yltyneet määrittelemään seuraavan sukupolven sepelvaltimotelineitä.

Mekaanikot Stent Function: tasapainottava joustavuus ja vahvuus

Sydänstentti on puristaa pieni halkaisija toimitus katetrin kautta, laajentaa kohdeleesio, ja sitten tukea valtimon seinämän vastaan krooninen ulospäin voimia ja toistuvia sydämen supistuminen. Joustavuus toimitus vähentää aluksen trauma ja mahdollistaa pääsyn distal tai kalkkeutunut leesioita. Kun käytössä, stentti on oltava riittävä säteittäinen voima vastustaa elastinen rekoil ja ylläpitää halkaisija. Nämä kaksi ominaisuutta usein kilpailevat: stentti paksumpi struts tai tiheämpi verkko voi olla vahva mutta jäykkä, kun taas erittäin joustava muotoilu voi olla puuttuu kestävyys tarvitaan pitkän aikavälin patenssi. Materiaalitiede käsittelee tätä jännitystä valitsemalla seokset ja tekniset geometries, jotka optimoivat molemmat ominaisuudet samanaikaisesti.

Historiallinen materiaali evoluutio: Ruostumattomasta teräksestä kehittyneisiin seoksiin

Alkuvaiheen sepelvaltimoiden stentit, kuten Palmaz-Schatz-malli 1980-luvun lopulla, rakennettiin 316L ruostumattomasta teräksestä. Ruostumaton teräs tarjosi riittävää voimaa ja radiopacity, mutta sen suhteellisen suuri kimmoisuus johti jäykkään laitteeseen, jota voi olla vaikea toimittaa kalkkeutuneiden tai piinaavien valtimoiden kautta. Lisäksi materiaali.Sen ferromagneettiset ominaisuudet mutkistivat MRI-seurantaa. Vaihtoehtojen etsiminen johti kobolttikromin (Co-Cr) ja myöhemmin nikkeli-titaniumin (Nitinol) muoto-muistoseosten käyttöönottoon.

Ruostumattoman teräksen rajoitukset

Ruostumattoman teräksen stentit käyttivät tyypillisesti strattipaksuuksia 100...140 μm. Tickerstrutit lisäävät säteittäistä voimaa, mutta myös nostavat restenoosin riskiä suuren aluksen seinän vaurioitumisen ja viivästyneen endoteelisaation vuoksi. Jännitys teki myös näistä stenteistä alttiita pitkittäisille muodonmuutoksille käyttöönoton aikana tai ulkoisen puristuspaineen aikana. Näistä haitoista huolimatta ruostumaton teräs pysyi vakiokantajana 2000-luvun alkuun asti, jolloin metallurgian ja valmistuksen parannukset mahdollistivat ohuempien strut-mallien tekemisen.

Koboltti-kromium-murron läpivienti

Kobolttikromiseokset, kuten L605 ja MP35N, tulivat markkinoille 2000-luvun puolivälissä. Niiden vetolujuus (enintään 1000 MPa) on noin 2,5 kertaa enemmän kuin 316L ruostumatonta terästä, jolloin valmistajat voivat vähentää strut paksuus 60...80 μm säilyttäen ekvivalentti tai ylivoimainen säteittäinen vahvuus. Ohut Struts vähentää aluksen vamma, alentaa tulehdusreaktion, ja nopeuttaa uudelleenendotelisaatio. Lisäksi Co-Cr stentit ovat erinomainen radiopacity ansiosta korkea atomiluku koboltti, parantaa näkyvyyttä fluoroskopia. Seoksesta työn kovettuminen ominaisuudet tukevat myös edistyneitä stenttikuvioita.

Nitinoli ja muotomuisti

Nitinoli, equiatominen nikkelin ja titaanin seos, jolla on kaksi ainutlaatuista ominaisuutta: superelastogeenisuus ja muotomuisti. Superelastisuus mahdollistaa materiaalin läpikäymisen suurissa muodonmuutoksissa (jopa 8% kanta) ja palaan alkuperäiseen muotoonsa purkamisen yhteydessä, kymmenkertainen parannus ruostumattomasta teräksestä. Tämä ominaisuus on korvaamaton itselaajentuville stenteille, joita käytetään kaulavaltimoissa, ääreisosissa ja tietyissä sepelvaltimosovelluksissa. Sepelvaltimoiden käyttöön nitinolipohjaiset stentit voidaan puristusvoimaisesti erittäin matalaan profiiliin ja sitten laajentaa esihalkaisijaan, kun ne altistuvat kehon lämpötilalle. Nitinoli on matala elastinen modulaatio (noin 40 GPa, verrattuna 200 GPa:aan teräksen osalta) muuntaa joustavuudeksi, joka vastaa läheisesti valtimoiden vaatimustenmukaisuutta, vähentää astian suoristuskykyä ja reunan dissektiota. Kuitenkin huolta nikkeliionin vapautumisesta ja pitkäaikaisesta korroosiosta on johtanut pinta-muovaation strategioihin, kuten oksidin muodostumiseen tai polymeerin pinnoitteisiin, parantaa biokomplikvivalennssiavuutta.

Polymeeri ja bioresesorboitavat stentit: Seuraava raja

Vaikka metallistentit ovat edelleen kliinisen standardin mukaisia, polymeeripohjaiset ja täysin bioresorboituvat rakennustelineet (BRS) ovat osoittautuneet vaihtoehdoiksi, joiden tarkoituksena on poistaa pysyvä vieras runko ja vähentää pitkäaikaisia haittavaikutuksia. Poly-L-maitohaposta (PLLA) tehdyt varhaiset polymeeristen stentit ovat kohdanneet sekä vahvuudessa että joustavuudessa haasteita. Uudemmat valmisteet, mukaan lukien seokset polykaprolaktonin ja magnesiumin kanssa, ovat parantaneet mekaanista suorituskykyä.

Lääkkeen eluointia edistävät stentit ja polymeeripäällysteet

Nykyajan huumeet eluointistentit yhdistävät metallisen alustan polymeerin kanssa, joka vapauttaa antiproliferatiivisen lääkkeen (esim. everolimuusi, tsotarolimuusi) neointimaalihyperplasia estävään neostabiiliin aineeseen. Polymeerin on oltava bioyhteensopiva ja kestävä niin, että se voi kontrolloida lääkeaineen vapautumista useiden viikkojen ajan, mutta riittävän joustava olemaan murtautumatta tai delaminoitumatta stenttilaajenemisen aikana. Varhaiset ponnistelut, joilla ei-erotettavia polymeerejä (esim. polyetyleenikovinyyliasetaatti, poly-n-butyylimetakrylaatti) käytettiin, mutta niihin liittyi krooninen tulehdus ja hidas paraneminen. Tämä vaikutti biohajoavien polymeeripinnoitteiden, kuten poly-D:n, L-laktidin tai poly(laktidi-ko-glykolidin, kehitykseen 6.

Täysin bioresesorboidut craffoldit

Täysin bioresorboituvat rakennustelineet (BRS) on suunniteltu tarjoamaan väliaikaista mekaanista tukea ja liukenemaan täydellisesti, mahdollisesti palauttamaan vasomotion ja välttämään myöhäistä stenttien vikaa. Tutkituin BRS on Absorb BVS (Abbott), joka käytti PLLA-runkoa poly(D,L-laktidi) -pinnoitetta, joka everolimuusia. Alustan tutkimukset osoittivat lupaavia tuloksia vuoden kuluttua, mutta myöhemmin tiedot osoittivat, että laitetromboosin määrä oli suurempi kuin metallisten DES:ien, jotka johtuvat osittain paksummista strutseista (150 μm) ja riittämättömästä mekaanisesta lujuudesta. Esimerkiksi Magmaris magnesiumin rakenne käyttää eri materiaaleja: magnesiumin telineet tarjoavat enemmän säteittävyyttä ja nopeampaa resorptiota, kun taas nanohydroksiapatiittia tai hiilikuitua sisältävät komposiittimateriaalit pyrkivät tasapainottamaan voimakkuutta joustavuuden kanssa.

Kehittyvä teknologia: nanomateriaalit ja pintatekniikka

Nanoteknologiaa sovelletaan useilla tasoilla parantaakseen stentti suorituskykyä. Pintamuutokset, kuten laskeuma nanostrukturoitu titaanidioksidi tai piikarbidi kerrokset, parantaa endoteelisolujen adheesio samalla vähentää verihiutaleiden aggregaatiota ja neointimaalinen hyperplasia. Nanoporous pinnoitteet voivat toimia säiliöt huumeiden lastaus, mahdollistaa hallitun vapautumisen ilman polymeerinen kantaja, jolloin eliminoidaan polymeeri-komplikaatioita. Hiilipohjaiset pinnoitteet (timanttimainen hiili, hiilinanoputket) tarjoavat matala kitka ja korkea kovuus, mahdollisesti vähentää trombogeenisuutta. Bulk materiaali-alueella nanohiukkasten liittäminen metalli- tai polymeerimatriiseihin voi lisätä lujuutta ja murtumien sitkeyttä. Esimerkiksi magnesiumseokset, jotka on vahvistettu nanokokoisilla yttrioksidihiukkasilla, osoittavat parempaa korroosinsietokykyä ja mekaanista kestävyyttä. Nämä lähestymistavat ovat edelleen suurelta osin kokeellisia, mutta pitävät yllä stenttejä, jotka eivät ole vain vahvempia ja joustavampia, vaan myös aktiivisesti edistää vaskulaarista paranemista.

Kliiniset vaikutukset ja potilaan tulokset

Aineelliset edistysaskeleet ovat muuntaneet mitattavissa olevia parannuksia perkutaaninen sepelvaltimoiden intervention tuloksia. Ohut-strut koboltti-kromi DES ovat vähentäneet restenoosin hinnat alle 5% yksinkertaisissa leesioissa ja ovat mahdollistaneet hoidon monimutkaisia anatomit (bifurcations, krooninen kokonaisokkuluksia, multiveneet tauti) vähemmän komplikaatioita. Nitinol itselaajenevat stentit ovat nyt standardi kaulavaltimon stentti ja ovat laajentaneet hoidettava väestö perifeerinen valtimosairaus. Bioresorboituvien telineen, vaikka edelleen kehittyvät, tarjoavat teoreettisen edun jättää ole pysyvä implantti, vähentää tarvetta pitkän aikavälin kaksityhjennyshoito valituilla potilailla. Rekisteritiedot viittaavat siihen, että uusi sukupolven DES biohajoava polymeereja saavuttaa hyvin alhaiset määrät stenttistent tromboosi (alle 0,5% vuodessa) ja säilyttää patentinopeudet pidennetty seuranta-aikoja.

Tulevaisuuden tutkimussuuntaukset

Jatkuvan tutkimuksen tavoitteena on työntää stenttimateriaalitieteen rajoja pidemmälle. Keskeisiä aloja ovat: (1) Muistipolymeerit [, jotka voivat laukaista kehon lämpötilan tai ulkoisen ärsykkeen muuttaa geometriaa tai toimittaa huumeita kohdekohteisiin; (2) [Self-parannuspinnoitteet[], jotka korjaavat mikroskooppisia halkeamia tai hankaumia, pidentävät laitteen kestävyyttä; (3) ]3D-painetut stentit[], jotka on räätälöity potilaskohtaiseen anatomiaan, jossa käytetään seoksia tai polymeerejä, mahdollisesti optimoidaan sekä joustavuutta että voimakkuutta leesiotasolla; ja (4) Smart stentit], joissa on integroituja antureita paikallisten hemodynaamisien tai huumeiden vapautumisen seuraamiseksi. Laskemismenetelmän (finiittisen aineiston) rooli on myös laajenemassa, jotta voidaan virtuaalinen testaus uutta materiaali-strutografiaa voidaan testata ennen näitä kypsiä tekniikoita.

Lisätietoja stenttimateriaaliinnovaatioista saa -katseluartikkelista Biotekniikka- ja biotekniikka-alan rajapinnasta, stenttimateriaaleja koskevasta -kliinisestä katsauksesta ja hyväksyttyjen sepelvaltimoiden stenttilaitteiden FDA-tiivistelmästä .