Implantoitavien lääkinnällisten laitteiden, erityisesti sydämentahdistimien, defibrillaattorien ja vasemman kammion apulaitteiden, kasvava kysyntä on tuonut terveydenhuollon ympäristöjalanjäljen terävälle huomiolle. Vaikka nämä ihmishenkiä säästävät teknologiat ovat merkittävästi parantaneet potilaiden tuloksia, niiden tuotanto, käyttö ja hävittäminen tuottavat merkittävää jätettä ja kuluttavat uusiutumattomia resursseja. Ympäristöystävällisten sydänlaitteiden suunnittelu kestävien materiaalien avulla ei ole pelkästään ympäristöihanne vaan käytännön välttämättömyys, joka voi vähentää ekologista haittaa, alentaa valmistuskustannuksia ja jopa parantaa laitteen suorituskykyä ja potilasturvallisuutta. Miettimällä uudelleen materiaalivalintoja, valmistusprosesseja ja elämän loppustrategioita lääkinnällisten laitteiden teollisuus voi mukauttaa toimintansa laajempiin maailmanlaajuisiin kestävyystavoitteisiin vaarantamatta kliinistä tehokkuutta.

Kestävän sydämen laitteiden kasvava tarve

Joka vuosi implantoidaan maailmanlaajuisesti yli miljoona sydämentahdistinta ja satoja tuhansia implantoitavia cardioverteri-defibrillaattoreita. Tyypillinen tahdistin sisältää litiumjodipariston, titaanin tai ruostumattoman teräksen kotelon, polyuretaanijohdot ja erilaisia elektronisia komponentteja, joista monet ovat biohajoamattomia ja sisältävät vaarallisia aineita. Kun nämä laitteet ovat käyttöikänsä lopussa (yleensä 5.12 vuotta), suurin osa niistä joko poistetaan ja joko haudataan kaatopaikalle tai poltetaan, mikä edistää lääketieteellisen e-jätteen kasvavaa ongelmaa.

Tavanomaisen laitteen ympäristöjalanjälki

  • Ei-biohajoavia muovisia[] käytetään lyijyeristeessä ja laitekoteloissa, jotka ovat vuosisatojen ajan edelleen ympäristössä ja vapauttavat mikromuovia hajotessaan.
  • Hassuja kemikaaleja[], kuten ftalaatteja, bisfenoli A:ta (BPA), ja palonestoaineita esiintyy usein perinteisissä materiaaleissa, huuhtoutuen maaperään ja veteen hävittämisen jälkeen.
  • Energiaintensiivistä valmistusta [.] Titaani- ja litiumparistojen tuotanto edellyttää korkealämpötilaista käsittelyä ja huomattavaa fossiilisten polttoaineiden kulutusta, mikä edistää kasvihuonekaasupäästöjä.
  • Hieno kierrätysaste[] on yli 5 prosenttia istutuskelpoisista sydänlaitteista kierrätetään tai käsitellään uudelleen sääntelyesteiden, infektioriskien ja vakiintuneiden takaisinotto-ohjelmien puuttumisen vuoksi.

Kumulatiivinen ympäristökuormitus on huomattava. Tyypillisen yhden kammion tahdistimen elinkaariarvioinnin mukaan hiilijalanjälki vastaa noin 1500:ta kg hiilidioksidia. Näiden vaikutusten vähentäminen edellyttää systeemistä muutosta kohti kestäviä materiaaleja ja pyöreitä suunnitteluperiaatteita.

Ekoystävällinen sydänlaite - innovatiiviset materiaalit

Biomateriaalien ja vihreän kemian kehitys on luonut elinkelpoisia vaihtoehtoja tavanomaisille metalleille ja polymeereille. Ihanteellisen kestävän materiaalin sydänimplanteille on oltava tasapainossa [ biokompetenssi , biohajoavuus[ (tai kierrätettävyys), []mekaaninen vahvuus[], ja pitkän aikavälin stabiilisuus[ kehossa.

Biohajoavat polymeerit

Polymeerit, jotka hajoavat luonnollisesti hyvänlaatuisiksi sivutuotteiksi, ovat lupaavia väliaikaisille implantaatin osille, kuten johtoaineille, eristyspinnoitteille ja lääkeelusoiville kerroksille. Polylactiinihappo (PLA) ja polyhydroksialkanoaatit (PHA) ovat edelläkävijöitä:

  • PLA[] on peräisin uusiutuvista lähteistä, kuten maissitärkkelys tai sokeriruoko. Se hajoaa hydrolyysin kautta maitohappoksi, joka metaboloituu elimistössä. Sydämen sovelluksia varten PLA on tutkittu bioressorbable stentti pinnoitteet ja väliaikainen pacing johtoja.
  • FSA[] on mikrobifermentaation avulla tuotettu ja sen biokompetenssi ja tonnikalan hajoamisaste on erinomainen. Sen käyttö implantoitavissa laitteissa on vielä alkuvaiheessa, mutta PHA-pohjaiset elokuvat näyttävät lupaavan vähentää tulehdusta.

Muita tutkittavia biohajoavia polymeerejä ovat polykaprolaktoni (PCL), poly(glykolihappo (PGA) ja poly (maitokoglykolihapon) kaltaiset kopolymeerit (PLGA). Nämä materiaalit voidaan räätälöidä hajoamaan viikoista kuukausiin, jolloin ne soveltuvat käyttötarkoituksiin, joissa tarvitaan väliaikaista tukea tai lääkkeiden toimitusta.

Kierrätettävät ja bioresesorboitavat metallit

Perinteiset titaani- ja ruostumattoman teräksen komponentit ovat erittäin kestäviä, mutta niitä on vaikea käsitellä uudelleen istutusvaiheen jälkeen. Kehossa olevat vaihtoehdot keskittyvät metalleihin, jotka voidaan joko helposti kierrättää tai hajota täysin kehon sisällä sen jälkeen, kun niiden toiminta on päättynyt:

  • Titaniumseokset[ ovat edelleen laitteen koteloiden tukipilari niiden vahvuuden ja painon suhteen sekä korroosionkestävyyden vuoksi. Kierrätetyn titaanin raaka-aineen käyttö vähentää kaivosten vaikutusta ja energiankulutusta jopa 60 prosentilla.
  • Magnesiumseokset[]. Magnesium on luonnostaan läsnä ihmiskehossa ja hajoaa korroosion kautta myrkyttömiksi tuotteiksi. Viimeaikaiset kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet magnesiumpohjaisen bioresesorboivan telineen sepelvaltimoihin, ja samanlaisia käsitteitä on mukautettu väliaikaisiin tahdistinjohtoihin.
  • Sinipohjainen seos [ hajoaa hitaammin kuin magnesium, joka tarjoaa laajemman ikkunan kudosten paranemiseen. Sinkki-oksidi-pohjaisten elektrodien tutkimus ohimeneviä sydänlaitteita varten on käynnissä.
  • Ironipohjaiset metallit [ hajoavat hitaasti ja ne voidaan seostaa mekaanisia ominaisuuksia säätämään; niitä tutkitaan lyijykomponenttien osalta täysin bioressorboituissa tahdistinjärjestelmissä.