La fabricación de calibre pequeño endoprótesis Uso de electrospinning y balón expandible Bare stents metálicos
Summary
In the protocol, we present a method to manufacture a small caliber stent-graft by sandwiching a balloon expandable stent between two electrospun nanofibrous polyurethane layers.
Abstract
Stent-grafts are widely used for the treatment of various conditions such as aortic lesions, aneurysms, emboli due to coronary intervention procedures and perforations in vasculature. Such stent-grafts are manufactured by covering a stent with a polymer membrane. An ideal stent-graft should have a biocompatible stent covered by a porous, thromboresistant, and biocompatible polymer membrane which mimics the extracellular matrix thereby promoting injury site healing. The goal of this protocol is to manufacture a small caliber stent-graft by encapsulating a balloon expandable stent within two layers of electrospun polyurethane nanofibers. Electrospinning of polyurethane has been shown to assist in healing by mimicking native extracellular matrix, thereby promoting endothelialization. Electrospinning polyurethane nanofibers on a slowly rotating mandrel enabled us to precisely control the thickness of the nanofibrous membrane, which is essential to achieve a small caliber balloon expandable stent-graft. Mechanical validation by crimping and expansion of the stent-graft has shown that the nanofibrous polyurethane membrane is sufficiently flexible to crimp and expand while staying patent without showing any signs of tearing or delamination. Furthermore, stent-grafts fabricated using the methods described here are capable of being implanted using a coronary intervention procedure using standard size guide catheters.
Introduction
procedimientos de intervención coronaria causan daños significativos pared del vaso debido a la interrupción de la pared de la placa y el vaso. Esto da lugar a la reestenosis, la embolia periférica en los injertos de vena, y la discontinuidad de la luz coronaria 1-4. Para evitar estas complicaciones, una estrategia prometedora será para cubrir la superficie vascular en el sitio de la angioplastia, que potencialmente inhibir la restenosis, mitigar los riesgos de discontinuidad de la luz del vaso, y prevenir la embolia periférica. Estudios previos han comparado stents de metal desnudo al stent-injertos con resultados positivos para los injertos de stent 5. Los investigadores han utilizado varios materiales para la fabricación de membranas para cubrir los stents. Esto incluye materiales sintéticos como tetraftalato de polietileno (PET), politetrafluoroetileno (PTFE), poliuretano (PU), y silicio o tejido de vaso autólogo para la fabricación de stents cubiertos 6-9. Un material de injerto ideales utilizado para cubrir el stent se debe a los trombos, no biodegradable, y debe integrarse con el tejido nativo sin excesiva proliferación y la inflamación 10. El material de injerto utilizado para cubrir el stent debe también promover la cicatrización del stent-injerto.
Injertos de prótesis endovasculares son ampliamente utilizados para el tratamiento de la coartación aórtica, pseudo-aneurisma de la arteria carótida, fístulas arteriovenosas, degeneraron injertos venosos, y grande para los aneurismas cerebrales gigantes. Pero el desarrollo de las pequeñas calibre injertos de stent está limitada por la capacidad de mantener bajo perfil y la flexibilidad, que ayuda en el despliegue de la endoprótesis-injertos 11-14. PU es un polímero elastomérico con una buena resistencia mecánica, que es un rasgo deseado para lograr un perfil bajo y una buena flexibilidad 15,16. Además de tener una buena capacidad de entrega, las endoprótesis también deberían promover la curación rápida y endotelización. PU cubierta de endoprótesis han demostrado una mejor biocompatibilidad y la endotelización 17 mejorada. Los investigadores tienenpreviamente tratado de endothelialize PU cubierta de endoprótesis mediante la siembra con las células endoteliales 17. Electrohilado de PU para crear la matriz de nanofibras se ha demostrado ser una técnica valiosa para la producción de injertos vasculares 18,19. La existencia de nanofibras que imitan la arquitectura de la matriz extracelular nativa también es conocido para promover la proliferación de células endoteliales 20,21. Electrospinning también permite el control sobre el grosor del material 22. injertos vasculares de pequeño calibre hechas de PU se han estudiado para promover la curación mediante el uso de modificaciones tales como revestimientos de superficie, anti-coagulantes, y supresores de proliferación celular. Todas estas modificaciones están diseñados para mediar la aceptación de acogida y promover la cicatrización del injerto 23.
Nuestro grupo ha desarrollado un stent metálico expandible con balón que puede desplegarse en modelos animales 24-26. La combinación de una malla electrospun de poliuretano y una bolaoon stent expandible nos ha permitido generar globo pequeño calibre de stent-injertos. La mayoría de los injertos de prótesis endovasculares disponibles en la actualidad se introducen a través de la arteria femoral durante un procedimiento de intervención, pero sólo unos pocos stents cubiertos comerciales se puede introducir el tamaño de 1 francesa más grande que el requerido para un globo desinflado 27. En este estudio hemos desarrollado un pequeño calibre vascular stent-injerto mediante la encapsulación de un stent expansible por globo entre dos capas de electrospun PU que se pueden suministrar a una arteria coronaria utilizando un catéter de guía francés 8-9 estándar en un procedimiento de intervención percutánea.
Protocol
Representative Results
Discussion
We have developed a fabrication technique for a small caliber stent-graft which can be deployed using a standard percutaneous coronary intervention (PCI) procedure. Stent-grafts currently available are limited in their ability to maintain a low profile and flexibility for deployment. Bare metal stents developed by our group in our previous studies have proven to assist in rapid healing of the stented artery24,26. Various polymers have been electrospun by other groups and polyurethane has been proven biostable …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to thank the Division of Engineering, Mayo Clinic for their technical support. This study was financially supported by European Regional Development Fund – FNUSA-ICRC (No. CZ.1.05/1.100/02.0123), National Institutes of Health (T32 HL007111), American Heart Association Scientist Development Grant (AHA #06-35185N), and The Grainger Innovation Fund – Grainger Foundation.
Materials
| Glass syringe | Air Tite | 7.140-33 | Syringe for spinneret |
| Graduated cylinder 5 mL | Fisher Scientific | 08-552-4G | 5 mL pyrex graduated cylinder about 9mm diameter and 11 cm long |
| High voltage generator | Bertan Accociates, Inc. | 205A-30P | Used to apply voltage difference across spinneret and collector |
| Laboratory mixer with rpm control | Scilogex | SCI-84010201 | Available from various laboratory equipment suppliers |
| Polyurethane | DSM | BioSpan SPU | Biospan Segmented Polyurethane |
| Rubber sheet | McMaster Carr | 1370N11 | Used to insulate syringe during electrospinning |
| Stainless steel mandrel | N/A | N/A | Manufactured |
| Stainless steel needle | Hamilton | 91018 | Used as spinneret in electrospinning |
| Support material | EnvisionTec | B04-HT-DEMOMAT | Biocompatible water soluble material |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 55-3333 |
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