Cererea accelerată de dispozitive medicale implantabile, în special stimulatoare cardiace, defibrilatoare și dispozitive de asistență ventriculară stângă (LVAD), a adus amprenta ecologică a asistenței medicale în centrul atenției. Deși aceste tehnologii de salvare au îmbunătățit dramatic rezultatele pacienților, producția, utilizarea și eliminarea acestora generează deșeuri semnificative și consumă resurse neregenerabile. Proiectarea dispozitivelor cardiace ecologice care utilizează materiale durabile nu este doar un ideal de mediu; este un imperativ practic care poate reduce daunele ecologice, costurile de fabricație mai scăzute și chiar îmbunătăți performanța dispozitivelor și siguranța pacienților. Prin regândirea opțiunilor materiale, a proceselor de fabricație și a strategiilor de sfârșit de viață, industria dispozitivelor medicale se poate alinia la obiective de durabilitate globale mai ample, fără a compromite eficacitatea clinică.

Nevoia crescândă de dispozitive cardiace durabile

În fiecare an, peste un milion de stimulatori cardiaci și sute de mii de cardioverter-defibrilatori implantabili (ICD) sunt implantați în întreaga lume. Un stimulator cardiac tipic conține o baterie litiu-iod, un tub de titan sau din oțel inoxidabil, o conductoare poliuretanică și o varietate de componente electronice, dintre care multe sunt nebiodegradabile și conțin substanțe periculoase. Când aceste dispozitive ajung la sfârșitul vieții lor de serviciu (de obicei 5 2016/1312 ani), marea majoritate sunt dezgropate și fie îngropate în depozite de deșeuri de deșeuri sau incinerate, contribuind la problema tot mai mare a deșeurilor medicale electronice.

Amprenta de mediu a dispozitivelor convenționale

  • Plastic nebiodegradabil utilizat în izolarea plumbului și în carcasa dispozitivului persistă în mediu timp de secole, eliberând microplasticuri în timp ce se degradează.
  • Citoaminele periculoase cum ar fi ftalații, bisfenolul A (BPA) și ignifugiile sunt adesea prezente în materialele tradiționale, transbordarea în sol și apă după eliminare.
  • Producţia cu consum mare de energie
  • Ratele scăzute de reciclare

Sarcina cumulativă de mediu este substanţială. O evaluare a ciclului de viaţă (LCA) a unui stimulator cardiac tipic cu o singură cameră estimează o amprentă de carbon echivalentă cu aproximativ 1500 kg de CO2 . Până la conducerea unei maşini pe benzină pe o durată de 6.000 km. Scalarea acesteia în întreaga populaţie globală de implanturi produce milioane de tone de emisii de CO2 şi zeci de mii de tone de deşeuri persistente anual. Reducerea acestor impacturi necesită o schimbare sistemică către materiale durabile şi principii de proiectare circulară.

Materiale inovatoare pentru dispozitive cardiace eco-prietenoase

Progresele în biomateriale și chimia verde au creat alternative viabile la metalele și polimerii convenționali. Materialul ideal durabil pentru implanturile cardiace trebuie să echilibreze biocompatibilitatea, biodegradabilitatea (sau reciclabilitatea), rezistența mecanică și stabilitatea pe termen lung în cadrul organismului.

Polimer biodegradabil

Polimerele care se descompun natural în subproduse benigne sunt promiţătoare pentru componentele implantului temporar, cum ar fi plumbul, acoperirile izolante şi straturile de diluare a medicamentelor. Acidul polilactic (PLA) şi polihidroxialcanoatele (PHA) sunt frontrunner-uri:

  • PLA este derivat din surse regenerabile precum amidonul de porumb sau trestie de zahăr. Se degradează prin hidroliză în acid lactic, care este metabolizat de organism. Pentru aplicaţii cardiace, PLA este explorat pentru acoperirile stentului bioresorbabil şi pentru plumbul temporar de pacing.
  • PHA este produs prin fermentare microbiană și prezintă rate excelente de biocompatibilitate și degradare tonible. Utilizarea sa în dispozitivele implantabile este încă în stadii incipiente, dar filmele bazate pe PHA prezintă promisiunea de reducere a inflamației.

Printre polimerii biodegradabili investigaţi se numără policaprolactonă (LPC), poli (acid gliclic) (AGA) şi copolimerii, cum ar fi poli (acidul lactic-coglicolic) (PLGA). Aceste materiale pot fi adaptate pentru a se degrada timp de săptămâni până luni, făcând-le potrivite pentru aplicaţiile în care este nevoie de sprijin temporar sau de livrare de droguri.

Metale reciclabile și bioresorbabile

Componentele tradiţionale din titan şi oţel inoxidabil sunt foarte durabile, dar dificil de reprocesat după explantare. Alternative emergente se concentrează pe metale care pot fi fie reciclate uşor, fie complet degradate în interiorul corpului după ce funcţia lor este completă:

  • Titaniu aliaje rămâne un suport principal pentru carcase de dispozitive din cauza raportului lor de rezistență la greutate și rezistența la coroziune.Cu toate acestea, utilizarea materiei prime de titan reciclate reduce impactul minier și consumul de energie cu până la 60%.
  • Aleile de magnesiumagneziul este prezent în mod natural în corpul uman și se degradează prin coroziune în produse non-toxice.Cerceteazările clinice recente au demonstrat că schele bioresorbabile pe bază de magneziu pentru arterele coronare, iar concepte similare sunt adaptate pentru conducta pacemaker temporară.
  • Zinc-based aliaje degradează mai lent decât magneziul, oferind o fereastră mai largă pentru vindecarea țesuturilor. Cercetarea electrozilor pe bază de zinc-oxid pentru dispozitivele cardiace tranzitorii este în curs de desfășurare.
  • Metalele pe bază de fier se degradează lent și pot fi aliate pentru a ajusta proprietățile mecanice; sunt studiate pentru componentele plumbului în sisteme pacemaker complet bioresorbabile.