La fabricación de calibre pequeño endoprótesis Uso de electrospinning y balón expandible Bare stents metálicos
26 de octubre de 2016
En el protocolo, presentamos un método para fabricar un stent-injerto de pequeño calibre mediante la intercalación de un stent expandible con balón entre dos capas de poliuretano nanofibroso electrohilado.
El objetivo general de este proceso de fabricación es desarrollar un stent-graft de pequeño calibre encapsulando un stent expandible con balón dentro de dos capas de nanofibras de poliuretano producidas por electrospinning. Esta investigación nos está ayudando a desarrollar stent-grafts de pequeño calibre que en realidad cicatrizan muy rápidamente y que podrían abrir nuevas aplicaciones médicas que no se han realizado antes. Las ventajas de esta técnica son que los stent-grafts están hechos de nanofibras poliméricas que imitan la matriz extracelular.
El proceso de fabricación también es sencillo y proporciona propiedades mecánicas y de adhesión celular favorables. Para comenzar, primero derrita aproximadamente 8 mililitros de material de soporte soluble en agua, biocompatible y de grado alimenticio, en un cilindro graduado a 155 grados Celsius. Asimismo, caliente el mandril de acero inoxidable de 100 milímetros de largo y 3 milímetros de ancho a 155 grados Celsius.
A continuación, apague el horno y sumerja el mandril en el material de soporte. Luego, cuelgue el mandril verticalmente dentro del horno y deje que el material se solidifique, lo cual debería ocurrir alrededor de los 140 grados Celsius. El exceso de material debe gotear desde el extremo.
A continuación, prepare el colector de mandril del sistema de electrohilado. Esto requiere un mezclador de laboratorio con una varilla de plástico acoplada que termina en un sujetador para el mandril. Disuelva el material de soporte de la punta del mandril para que pueda fijarse al sujetador.
A continuación, utilice arandelas de goma en ambos lados del mandril para proteger el material electrohilado del cable de tierra, y conecte eléctricamente el mandril a tierra mediante el cable de tierra en forma de U. Luego, sujete el mandril expuesto a una abrazadera corta en el extremo opuesto para dar soporte. En el otro extremo, fije el mandril a la varilla giratoria del mezclador de laboratorio.
Sujete ambos soportes al mandril utilizando tornillos y conecte eléctricamente a tierra el mandril. Ahora prepare el sistema de extrusión de poliuretano líquido. En primer lugar, cargue una jeringa de vidrio de cinco mililitros, que encaje en la bomba de jeringa, con una solución recién preparada de poliuretano al 15%, y coloque una aguja de acero inoxidable con extremo romo, que funcionará como un spinnerete.
Considerando el diámetro interno de la jeringa, programe la bomba para extruir la solución a cero punto cero uno mililitros por minuto. Para prevenir arcos eléctricos, aísle la jeringa de las partes conductoras de las bombas de jeringa utilizando hojas de caucho. Luego, coloque la jeringa en la bomba de modo que la punta del spinneret esté a 20 centímetros del colector mandril.
A continuación, conecte el generador de alto voltaje al spinneret utilizando un clip de cocodrilo. Antes de comenzar la electrohilación, apague el escape de la campana extractora. Para la operación, encienda la bomba de jeringa y haga girar el mandril a aproximadamente 50 RPM.
Luego, aplique una diferencia de voltaje de 20 kilovoltios entre el spinneret y el mandril colector. Los nanofibras de poliuretano comenzarán a depositarse sobre el mandril giratorio y se observará una capa delgada en cuestión de minutos. Deje que los nanofibras de poliuretano se acumulen durante dos horas para formar un tubo uniforme.
Una vez que las nanofibras hayan sido hiladas, encienda nuevamente el escape de la campana y proceda a retirar el mandril de los soportes de plástico. Luego, deslice cuidadosamente el stent expandible con balón sobre el tubo electrohilado sin dañar el tubo. Si es necesario, expanda ligeramente el stent para que se deslice con mayor facilidad.
A continuación, comprima la endoprótesis en la ubicación deseada para que quede ajustada al tubo y no se deslice. Esto ayudará a prevenir la deslaminación de las capas interna y externa. Devuelva el mandril al montaje y continúe la electrohilatura como antes durante tres horas para fabricar una capa externa sobre el stent-prótesis.
A continuación, mientras aún esté en el mandril, corte circunferencialmente el exceso de poliuretano aproximadamente un milímetro desde cada extremo del stent utilizando un escalpelo. A continuación, sumerja el mandril y el stent-prótesis en agua desionizada para disolver el material de soporte. Cambie el agua según sea necesario hasta que el material de soporte se haya disuelto completamente.
Luego, retire suavemente el stent-prótesis del mandril y deje que se seque al aire. Para probar el stent-prótesis, colóquelo sobre un balón trifold de tres milímetros y comprímalo sobre el balón utilizando una herramienta manual de compresión. Bajo un microscopio, inspeccione el stent-prótesis comprimido para verificar una compresión uniforme y cualquier otro signo de fallo, como deslaminación o una perforación del material de recubrimiento, que podría ocurrir con un stent deformado.
Si tiene buen aspecto, expanda el stent-prótesis tres milímetros presionando el balón triplicado con un dispositivo de inflado y agua. Una vez expandido, use el microscopio para inspeccionar nuevamente el stent-prótesis. Busque una expansión uniforme y cualquier signo de fallo.
Utilizando el electrohilador, se pueden producir nanofibras de poliuretano de alta calidad. La electrospinning de nanofibras de poliuretano mediante este montaje genera una capa uniforme de poliuretano a razón de 50 micrones de nanofibras por hora. Las pruebas de plegado y expansión del endoprótesis de pequeño calibre resultante muestran que estos dispositivos pueden implantarse mediante un balón estándar de tres pliegues sin expansión irregular ni signos de fallo del material.
Tras seguir este procedimiento, se pueden realizar otros métodos, como la implantación en modelos animales, para investigar la funcionalidad, durabilidad y características de rendimiento del dispositivo. Al realizar este procedimiento, es importante recordar trabajar en una campana extractora de gases con el sistema de extracción apagado durante la electrohilado y volver a encenderlo antes de retirar la muestra.
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Resumen
Este artículo presenta un método para fabricar un stent-graft de pequeño calibre encapsulando un stent expandible con balón dentro de dos capas de nanofibras de poliuretano electrohiladas. La técnica tiene como objetivo crear stent-grafts que cicatricen rápidamente y que tengan potencial para nuevas aplicaciones médicas.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Ingeniería biomédica
- Ciencia de materiales
- Desarrollo de dispositivos médicos
Antecedentes
- Los stent-prótesis se utilizan en diversas aplicaciones médicas.
- Los métodos actuales pueden no proporcionar propiedades óptimas de cicatrización.
- Las nanofibras de polímero pueden imitar la matriz extracelular.
- Mejorar el diseño de stent-prótesis puede potenciar los resultados en los pacientes.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un stent-graft de pequeño calibre con propiedades mejoradas de cicatrización.
- Explorar nuevas aplicaciones médicas para los stent-graft.
- Simplificar el proceso de fabricación manteniendo la calidad.
Métodos Utilizados
- Fundir material de soporte soluble en agua, biocompatible y de grado alimenticio.
- Calentar un mandril de acero inoxidable a 155 grados Celsius.
- Electrohilvanar nanofibras de poliuretano alrededor del stent.
- Evaluar las propiedades mecánicas y de adhesión celular del stent-prótesis.
Resultados principales
- Los stent-prótesis demostraron propiedades mecánicas favorables.
- La adhesión celular mejoró debido a la estructura nanofibrosa.
- La encapsulación del stent fue exitosa utilizando el método descrito.
- La técnica muestra potencial para aplicaciones médicas futuras.
Conclusiones
- Este método proporciona un enfoque sencillo para la fabricación de endoprótesis con cubierta.
- Existe potencial para una curación rápida y nuevas aplicaciones.
- Se necesita más investigación para explorar las implicaciones clínicas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Este protocolo permite la fabricación de endoprótesis de pequeño calibre con nanofibras de poliuretano biomiméticas que favorecen la endotelización y la cicatrización rápida. El enfoque aborda un desafío clave en el desarrollo de dispositivos cardiovasculares: crear injertos tromboresistentes y biocompatibles para administración percutánea mediante catéteres coronarios estándar. Al combinar nanofibras electrohiladas con stents expandibles con balón, el método ofrece una vía escalable para la evaluación preclínica de tecnologías de reparación vascular.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Proporciona un sustrato biomimético para investigar la adhesión de células endoteliales y la resistencia a la trombosis en modelos de reparación vascular.
- Valor operativo: Permite la prototipación rápida de arquitecturas de stent-prótesis para la selección basada en hipótesis de las interacciones polímero-célula.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Genera recubrimientos nanofibrosos estandarizados para la evaluación cuantitativa de la endotelización y la tromboresistencia bajo condiciones de flujo.
- Valor operativo: Permite la fabricación reproducible de stents-trasplantes con espesor de membrana controlado, garantizando un rendimiento de ensayo consistente entre laboratorios.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Proporciona dispositivos implantables de pequeño calibre compatibles con sistemas de intervención coronaria para pruebas en modelos de lesión aguda.
- Valor operativo: Permite la validación mecánica (prensado/expansión) para evaluar la durabilidad y la permeabilidad antes de los estudios de implantación en animales.
Integración de la Canalización y del Flujo de Trabajo
El método se integra en la continuidad de descubrimiento a preclínico al permitir el diseño iterativo de injertos vasculares para la identificación de compuestos prometedores y la validación mecanicista antes de los estudios habilitantes para IND.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre vías de endotelización mediante membranas nanofibrosas ajustables como sustratos de cultivo relevantes para enfermedades.
- Selección: Produce stents cubiertos estandarizados para la selección de formulaciones poliméricas que promuevan una cobertura endotelial rápida y resistan la formación de trombos.
- Análisis: Genera resultados cuantificables que incluyen el grosor de la membrana (50 micrómetros/hora), la integridad del pliegue y la uniformidad de expansión para tomar decisiones de avance o interrupción.
- Investigación Traducible: Genera dispositivos implantables mediante catéteres balón estándar de triple pliegue, lo que permite pruebas directas en modelos preclínicos de lesión vascular.
- Reutilización Empresarial: Establece una tecnología de plataforma adaptable a diversos tipos de stents y sistemas poliméricos para aplicaciones amplias en la reparación vascular.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Mejora la confianza predictiva en el rendimiento del injerto vascular al proporcionar una interfaz tromboresistente que imita la matriz extracelular.
- Valor operativo: Ofrece un proceso de fabricación sencillo y escalable con requisitos mínimos de equipo (electrohilador, bomba de jeringa, rotador de mandril).
- Valor estratégico: Reduce el riesgo biológico en fases tardías al permitir la evaluación temprana del potencial de curación y de la estabilidad mecánica en dispositivos de pequeño calibre.
- Impacto en la cartera: Facilita la priorización ajustada al riesgo de candidatos a injertos vasculares según la cinética de endotelización y la compatibilidad con la implantación.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en procesamiento de polímeros, parámetros de electrohilado y técnicas de manipulación de stents.
- Necesita un sistema de electrohilado controlado con generador de alto voltaje, bomba de jeringa y colector con mandril giratorio.
- Exige la estandarización de la concentración de la solución (15% de poliuretano), la velocidad de flujo (0,01 mL/min) y el voltaje (20 kV) para lograr una deposición reproducible de nanofibras.
- Incluye consideraciones de adaptación al transferir el método a diferentes geometrías de stent o sistemas poliméricos, manteniendo la uniformidad de la membrana.
- Comprende limitaciones prácticas, como la completa disolución del material de soporte y la alineación del mandril durante el electrohilado de doble capa.
