Полимерные материалы и устройства для коронарной ангиопластики

Эрик Р. Джордж, доктор философии, ERG Polymers LLC

Сердечно-сосудистые заболевания являются причиной более 15 миллионов смертей во всем мире в год.1 Окклюзия таких сосудов, как коронарные или периферические артерии, препятствует притоку крови к сердцу, что приводит к сердечным приступам (инфаркту миокарда) и часто к смерти. Чрескожная транслюминальная коронарная ангиопластика (ЧТКА), минимально инвазивная эндоваскулярная процедура, используемая для расширения суженных или закупоренных артерий, во многом возможна благодаря полимерным материалам.

В первой статье этой серии «Введение в полимерные материалы для медицинских устройств» я обсуждал химию полимеров, ключевые требования к использованию в медицинских устройствах и сферу применения полимеров для успешного использования в медицинских устройствах.

Эта статья будет посвящена ЧТКА, также известной как баллонная ангиопластика (полную историю этой процедуры см. в ссылках 2–4). ЧТКА стала возможной благодаря рентгеновской визуализации сердечно-сосудистой системы в конце 1800-х годов.2 Первые экспериментальные данные, которые в конечном итоге привели к современным современным процедурам, были получены Доттером в 1964 году, когда диагностические катетеры, проходящие через поражение подвздошной кости, сжимали артериальную бляшку, что приводило к больший просвет артерии. В 1974 году Грюнциг разработал первый двойной баллонный катетер для расширения сосудов при стенозе.3

Принципы физики полимеров и машиностроения могут внести значительный вклад в понимание расширения баллонного катетера. Оптимизация проводников, направляющих и баллонных катетеров, а также стентов продолжает способствовать повышению показателей успеха. Их форма, размеры, жесткость, гибкость, а также внутренняя и внешняя смазывающая способность являются решающими факторами успеха. В этой статье я обсуждаю контролируемое высвобождение лекарств из различных компонентов и перспективные применения, такие как катетеры и стенты с электронным управлением, а также биорезорбируемые стенты и стенты, напечатанные на 3D-принтере.

Мы по порядку обсудим роль полимеров в проводниках (GW), направляющих катетерах (GC), баллонных катетерах, стентах и ​​доставке лекарств. На фото: проводник и баллонный катетер.

Изображение предоставлено Zeus.5

ГВ являются первым компонентом, который вводится в просвет артерии, и обычно представляют собой металлические проволоки, покрытые смазывающими полимерами с низким коэффициентом трения, такими как фторполимеры и силиконы.

ГК при ЧТКА обычно проектируются для введения в бедренную артерию и отвечают всем требованиям для прохождения в просвет коронарной артерии. Баллонные катетеры и стенты доставляются через ГХ. Требования включают функциональность многослойного композита, биосовместимость и низкое трение/смазывающую способность внутри и на поверхности, а также механическую устойчивость для доставки других компонентов внутрь. На фото представлена ​​трехслойная конструкция типичного катетера-проводника: внутренний (серый) ПТФЭ, проволочная сетка и внешняя оболочка (синяя).

Изображение предоставлено Zeus.5

Внутренняя смазывающая способность GC в первую очередь будет включать функциональную доставку через GW. Смазывающая способность является функцией взаимодействия двух поверхностей. Хотя многие внутренние просветы ГХ изготовлены из политетрафторэтилена (ПТФЭ), варианта с самым низким коэффициентом трения, можно адаптировать полимерное покрытие GW (фторполимеры, полиолефины, полиамиды, силиконы и т. д.) для обеспечения надлежащей и функциональной смазывающей способности с заданной поверхностью внутреннего просвета ГХ. . Внутренний слой будет по-прежнему успешно использоваться с футеровками из ПТФЭ, но полиолефины и другие полимеры (включая сополимеры с ПТФЭ) могут демонстрировать низкое трение и превосходные механические свойства по сравнению с ПТФЭ. Аналогичное обсуждение можно применить к доставке баллонных катетеров и баллонных катетеров со стентом.

ГК будет более жестким в проксимальном направлении по сравнению с дистальным для более эффективного прохождения к просвету артерии. Этого можно достичь за счет того, что ГХ имеет градиент гибкости. Для внешнего слоя термопластичные эластомеры (TPE), такие как блок-амид полиэфира (PEBA) и TPE на основе олефинов, могут быть разработаны с различными модулями, прочностью и характеристиками поверхности, чтобы помочь достичь этого функционального градиента. Для проксимального конца можно выбрать более жесткие гомополимеры, такие как технические термопласты, о которых говорилось в моей первой статье. Средняя сетка может быть различной конструкции и из различных материалов. Металлические сетки функциональны и имеют большой опыт работы с нержавеющей сталью и никель-титаном. Кевларовые волокна оказались надежным вариантом для сеток.