Materiali polimerici e dispositivi per angioplastica coronarica

Di Eric R. George, Ph.D., di ERG Polymers LLC

Le malattie cardiovascolari sono responsabili di oltre 15 milioni di decessi ogni anno in tutto il mondo.1 L'occlusione di vasi come le arterie coronarie o periferiche ostacola il flusso di sangue al cuore, provocando attacchi cardiaci (infarto del miocardio) e spesso la morte. L'angioplastica coronarica transluminale percutanea (PTCA), una procedura endovascolare minimamente invasiva utilizzata per allargare le arterie ristrette o ostruite, è resa possibile in molti modi dai materiali polimerici.

Nel primo articolo di questa serie, "Un'introduzione ai materiali polimerici per dispositivi medici", ho discusso della chimica dei polimeri, dei requisiti chiave per l'uso nei dispositivi medici e del panorama applicativo per l'utilizzo efficace dei polimeri nei dispositivi medici.

Questo articolo si concentrerà sulla PTCA, nota anche come angioplastica con palloncino (vedere i riferimenti 2 -4 per una storia completa di questa procedura). La PTCA è stata resa possibile dall'imaging a raggi X del sistema cardiovascolare alla fine del 1800.2 La prima prova sperimentale che ha poi portato alle procedure moderne odierne è stata osservata da Dotter nel 1964 secondo cui i cateteri diagnostici che passavano attraverso una lesione iliaca comprimevano la placca arteriosa, portando a una lume arterioso più grande. Nel 1974 Gruentzig sviluppò il primo catetere a doppio palloncino per la dilatazione della stenosi vascolare.3

I principi della fisica dei polimeri e dell’ingegneria meccanica possono contribuire in modo significativo alla comprensione dell’espansione del catetere a palloncino. L'ottimizzazione dei fili guida, dei cateteri guida e a palloncino e degli stent continua a contribuire a migliorare i tassi di successo. Le loro forme, dimensioni, rigidità, flessibilità e lubrificazione interna ed esterna sono fattori critici di successo. In questo articolo discuto il rilascio controllato dei farmaci da vari componenti e applicazioni lungimiranti come cateteri e stent elettronici e stent bioriassorbibili e stampati in 3D.

Discutiamo in ordine il ruolo dei polimeri nei fili guida (GW), nei cateteri guida (GC), nei cateteri a palloncino, negli stent e nella somministrazione di farmaci. Qui sono raffigurati un filo guida e un catetere a palloncino.

Immagine gentilmente concessa da Zeus.5

I GW sono il primo componente inserito nei lumi arteriosi e sono tipicamente fili metallici rivestiti con polimeri lubrificanti a basso attrito come fluoropolimeri e siliconi.

I GC nella PTCA sono generalmente progettati per essere inseriti nell'arteria femorale e possiedono tutti i requisiti per raggiungere il lume dell'arteria coronaria. I cateteri a palloncino e gli stent vengono erogati tramite il GC. I requisiti includono funzionalità come composito multistrato, biocompatibilità e basso attrito/lubrificazione all'interno e sulla superficie, in concomitanza con la resistenza meccanica per la distribuzione di altri componenti al suo interno. Qui è raffigurata la struttura a tre strati di un tipico catetere guida: il PTFE interno (grigio), la rete metallica e il rivestimento esterno (blu).

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Il potere lubrificante interno del GC comporterà innanzitutto l'erogazione funzionale sul GW. La lubrificazione è una funzione dell'interazione tra due superfici. Sebbene molti lumi interni del GC siano realizzati in politetrafluoroetilene (PTFE), l'opzione con il minor attrito, è possibile personalizzare il rivestimento polimerico GW (fluoropolimeri, poliolefine, poliammidi, siliconi, ecc.) per avere un potere lubrificante adeguato e funzionale con una determinata superficie del lume interno del GC . Lo strato interno continuerà ad avere successo con i rivestimenti in PTFE, ma le poliolefine e altri polimeri (compresi i copolimeri con PTFE) potrebbero presentare un basso attrito con proprietà meccaniche superiori al PTFE. Una discussione simile può applicarsi alla somministrazione di cateteri a palloncino e di cateteri a palloncino caricati con stent.

Il GC sarà più rigido prossimalmente rispetto a quello distale per raggiungere il lume arterioso in modo più efficace. Ciò può essere ottenuto tramite il GC con un gradiente di flessibilità. Per lo strato esterno, gli elastomeri termoplastici (TPE) come il polietere a blocchi ammidici (PEBA) e il TPE a base di olefine possono essere progettati con diversi moduli, resistenza e caratteristiche superficiali per contribuire a raggiungere questo gradiente funzionale. Per l'estremità prossimale, si possono scegliere omopolimeri più rigidi come i materiali termoplastici tecnici discussi nel mio primo articolo. La maglia centrale può essere di vari design e materiali. Le reti metalliche sono funzionali, con un grande track record di successo con l'acciaio inossidabile e il nichel titanio. Le fibre di Kevlar si stanno rivelando una solida opzione per le reti.