Entwicklung polymerer Stents Theorie und Praxis

Transkript

1 Stents Theorie und Praxis Minimierung der in-stent-restenose durch Strukturierung der Stentinnenfläche Dr.-Ing. Marco Müller 10. Treffen des Berliner Kreises, GUS-Stammtisch

2 Gliederung Einführung Motivation Arbeitsgruppe Grundlagen Gefäßkrankheiten Therapien Stents Arten Materialien Wirkstoff beladene Stents Herstellung von Stents Übersicht Folie 2

3 Arbeitsgruppe Übersicht Folie 3 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Dipl.-Ing. Quang-Ut Huynh Fachgebiet Polymertechnik/Polymerphysik (PTK) Prof. Dr.-Ing. Manfred H. Wagner Dr.-Ing. Marco Müller Dipl.-Ing. Liang Chen Deutsches Herzzentrum Berlin (DHZB) PD Dr. med. Peter Ewert Dr. med. Titus Sabi

4 Gefäßkrankheiten Übersicht Folie 4 Stenose Verhärtung und Verdickung der Arterienwand und Verringerung des Arterienlumens Risikofaktoren Diabetes mellitus Hypertonie Hyperlipoproteinämie Hyperfibrinogenämie Symptome Herzinfarkt Apoplexie Nierenversagen Insuffizienz der Extremitäten Deutsche Ärztegesellschaft für Chelat-Therapie

5 Gefäßkrankheiten Hypothesen bezüglich deren Entstehung Folie 5 Lipid theory Response to injury theory Monoclonal theory Platelet theory Unified theory Fox, Stuart I. Human Physiology 4th Brown Publishers

6 Gefäßkrankheiten Therapiemöglichkeiten Folie 6 Medikamentöse Behandlung Acetylsalicylsäure (ASS) Cholesterin senkende Medikamentierung ACE*-Inhibitor Beta-Blocker Perkutane transluminale coronare Angioplastie (PTCA) Laserangioplastie Rotationsangioplastie Stentimplantation Bypass-Operation * Angiotensin-konvertierendes Enzym

7 Stents Einteilung und Arten Folie 7 Selbst-expandierende Stents Elastische Rückverformung (recoil) Hohe Flexibilität Geringe Stabilität in der peripheren Richtung Ballon-expandierbare Stents Plastische Deformation im Bereich zwischen Vernetzungspunkten Hohe radiale Steifigkeit Cordis Boston Scientific

8 Stents Einteilung und Arten Folie 8 Metallische Stents Materialien: Chrome-Nickel-Stahl, Nickel-Titan-Legierungen Titan Tantal Beschichtete metallische Stents Lokale Medikamentenfreisetzung Beschichtungsmaterialien: Platin, Titan, Gold, Keramik, Polymere Medikamente: ASS, Heparin Polymere Stents mit Formgedächtniseffekt Polymer: Thermoplastische Elastomere auf Urethan-Basis Modellmedikamente: ASS, Dexamethason

9 Spezifizierung der Eigenschaften Anforderungen an die polymere Matrix Folie 9 Mechanische Eigenschaften, Stabilität Biokompatibilität Löslichkeit Reinheit, Sterilisierbarkeit Polymere Matrix Mischbarkeit mit Medikamenten/ Kontrastmittel Möglichkeit des Langzeiteinsatzes Medikamentenkompatibilität

10 Programmierung des Formgedächntis-Effekts Memory effect der Kunststoffe Folie 10 Orientierte Kunststoffteile schrumpfen bei Erwärmung wieder (vgl. Schrumpfschlauch) Effekt ist dann nicht mehr reversibel Kann stufenweise eingestellt werden Formteil wird bei konstanter Temperatur (oberhalb T g ) mechanisch verlängert Partielle Relaxation Schnelles Abkühlen bis unterhalb die Glasübergangstemperatur (T g ) Recoil durch Wärmezufuhr C C C

11 Formgedächtniseffekt (shape memory) Einsatzbeispiel Stents Folie 11 Nach der Applikation erinnert sich der Stent seiner ursprünglichen Form Nimmt Ursprungsform durch die Körperwärme induziert wieder an Minimalinvasive Implantation Verzicht auf Ballon-Katheter

12 Erzeugen von Mikrostrukturen Strukturierung von Formwerkzeugen Folie 12 Nasschemisches Ätzen von Ventilmetallen (z. B. Aluminium) Entstehung einer geordneten Porenstruktur (Zellenanordnung) Zellgröße und Porendurchmesser abhängig von der Anodisierspannung

13 Erzeugen von Mikrostrukturen Strukturierung von Formwerkzeugen Folie 13 Abtragende Verfahren LASER-Ablation Erodieren UP-Zerspanung Erhöhung des Kontaktwinkels Huynh Mikrostruktur der Abformwerkzeuge

14 Herstellung polymerer Stents Spritzgießen Folie 14

15 Herstellung polymerer Stents Spritzgießen Folie 15 Kurze Herstellzeiten Hohe Detailgenauigkeit bei der Abformung von Oberflächen Gleichmäßige Wandstärke Lösemittelfrei Orientierung der Polymermoleküle Enorme Werkzeugkosten Materialverbrauch zum Einfahren der Maschine und Abfall in Form von Angüssen

16 Spritzgießen Auswurftechnik Folie 16

17 Spritzgießen Auswurftechnik Folie 17 Druckluftunterstütztes Auswerfen des innenstrukturierten Stentröhrchens Stent gleitet auf einem Luftpolster Innenstruktur bleibt erhalten

18 Menges, 2004 Alterung von Kunststoffen Physikalische Alterung Folie 18 Relaxation von Orientierungen (Abbau von Eigenspannungen) Ursache: Instabile thermodynamische Zustände des Polymers

19 Herstellung polymerer Stents Tauchverfahren Folie 19 Polymerhaltiges Lösungsmittel benetzt einen strukturierten Tauchkörper Lösungsmittel verdampft Tauchen Schichtbildung Lösungsmittel verdampft

20 Herstellung polymerer Stents Tauchverfahren Folie 20 Möglichkeit der Medikamentenbeladung (homogene Mischung) Lokale Wirkstoffabgabe Verbesserte Medikamentenverträglichkeit für den Körper Einstellbare Wirkstofffreisetzung Höhere Wirkstoffzugabemenge als bei metallischen Stents möglich Schichtaufbau mit verschiedener Medikamentierung realisierbar

21 In vitro Untersuchungen Simulation in einem Blutflussmodell Folie 21 Simulation in einem Blutflussmodell Analyse der Strömungsverhältnisse Lichtmikroskopische Untersuchung von Ablagerungen auf den strukturierten Substraten DHZB

22 In vitro Untersuchungen Simulation in einem Blutflussmodell Folie 22 Doppler-Echographie Ermittlung des Geschwindigkeitsprofils Bestimmung der Durchflussrate

23 Derzeitige und weitere Forschungsziele Stand des Projektes Folie 23 µ- and nano-strukturierung der Stentinnenflächen Untersuchungen in vitro im Blutflussmodel Einsatz des Prinzips in anderen Anwendungsfeldern (Ureter, Galle, Pankreas) DHZB

24 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit