המצאה של קטני קליבר סטנט-שתל שימוש Electrospinning ו בלון להרחבת Bare Metal סטנטים

המטרה הכללית של תהליך ייצור זה היא לפתח תומכן-מעטפת (stent-graft) בקוטר קטן על ידי הכמוסה של תומכן הניתן להרחבה באמצעות בלון בתוך שתי שכבות של סיבי פוליאוריתן ננומטריים שיוצרו בשיטת אלקטרו-ספינינג (electrospun). מחקר זה מסייע לנו לפתח תומכני-מעטפת בקוטר קטן המתרפאים במהירות רבה, ועשויים לפתוח יישומים רפואיים חדשים שטרם בוצעו בעבר. יתרונותיה של טכניקה זו הם שהתומכני-מעטפת עשויים מסיבי פולימר ננומטריים המדמים את המטריצה החוץ-תאית.

תהליך הייצור הוא פשוט, והוא מספק תכונות מכניות ותכונות הידבקות תאים נוחות. כדי להתחיל, המס תחילה כ-8 milliliters של חומר תמיכה מסיס במים בדרגת מזון ותואם ביולוגית בתוך משורה בטמפרטורה של 155 °C. כמו כן, חמם את המנדרל מפלדת אל-חלד, באורך 100 millimeter וברוחב 3 millimeter, לטמפרטורה של 155 °C.

כעת כבו את התנור וטבלו את המנדריל בחומר התמיכה. לאחר מכן, תלו את המנדריל באופן אנכי בתוך התנור והמתינו להת굳דות החומר, אשר צפויה להתרחש סביב 140 °C. חומר עודף אמור לטפטף מקצה המנדריל.

כעת הגדירו את אספן המנדרל (mandrel collector) של מערכת האלקטרוספינינג. שלב זה דורש מערבל מעבדה עם מוט פלסטיק מחובר המסתיים בתופסן עבור המנדרל. המססו את חומר התמיכה מקצה המנדרל כדי שניתן יהיה לחבר אותו לתופסן.

בשלב הבא, השתמשו בטבעות איטום (O rings) מגומי משני צדי המנדרל כדי להגן על החומר שעבר אלקטרו-ספינינג מחוט ההארקה, והאריקו את המנדרל באמצעות חוטי הארקה בצורת U. לאחר מכן, חברו את קצה המנדרל החשוף לתפס קצר בקצה הרחוק לצורך תמיכה. בקצה השני, חברו את המנדרל למוט הסיבוב של המערבל המעבדתי.

הדק את שני התומכים למנדרל (mandrel) באמצעות ברגים, והארק את המנדרל חשמלית. כעת הגדר את מערכת ההזרקה של הפוליאוריתן הנוזלי. ראשית, מלא מזרק זכוכית של 5 mL המתאים למשאבת המזרקים, בתמיסת פוליאוריתן 15% שהוכנה לאחרונה, וחבר מחט נירוסטה בעלת קצה קהה, שתשמש כספינרט (spinneret).

בהתחשב בקוטר הפנימי של המזרק, תכנתו את המשאבה להזרת התמיסה בקצב של 0.01 מיליליטר לדקה. כדי למנוע קשתי חשמל, בודדו את המזרק מחלקיו המוליכים של משאבות המזרקים באמצעות גלילי גומי. לאחר מכן, מקמו את המזרק במשאבה כך שקצה הspinneret יהיה במרחק של 20 סנטימטרים מאספן ה-mandrel.

בשלב הבא, חברו את מחולל המתח הגבוה אל הספינרט (spinneret) באמצעות תפס תנימה. לפני תחילת האלקטרוספינינג, כבו את מניף הפליטה של מCהינקה. להפעלה, הפעילו את משאבת המזרק וסובבו את המנדרל (mandrel) במהירות של כ-50 RPM.

לאחר מכן, הגשם הפרש מתח של 20 kilovolts בין הspinneret לבין גליל האיסוף. סיבי ננו של פוליאוריתן יתחילו להשקיע על הגליל המסתובב, ושכבה דקה תהיה גלויה בתוך מספר דקות. אפשר לסיבי הננו של הפוליאוריתן להצטבר במשך שעתיים כדי ליצור צינור אחיד.

לאחר שהסיבים הננומטריים נטוו, הפעילו מחדש את מניפת הפליטה של המכסוף, והסִירו את הציר מהתמיכות הפלסטיות. לאחר מכן, החליקו בזהירות את התומך (stent) הניתן להרחבה באמצעות בלון על גבי הצינור שעבר אלקטרוספינינג, מבלי לגרום נזק לצינור. במידת הצורך, הרחיבו מעט את התומך כדי שיהיה קל יותר להחליקו.

בשלב הבא, הדקו (crimp) את התומך (stent) במיקום הרצוי כך שיהיה הדוק לצינור ולא יחליק. פעולה זו תסייע במניעת דלמינציה (הפרדה) של השכבות הפנימיות והחיצוניות. החזירו את המנדריל למערך, והמשיכו בביצוע האלקטרוספינינג כפי שנעשה קודם לכן במשך שלוש שעות כדי לייצר שכבה חיצונית על גבי התומך-השתל (stent-graft).

בשלב הבא, בעודו על המנדרל, חתכו היקפית את עודפי הפוליאוריתן כ-1 מילימטר מכל קצה של הסטנט באמצעות סקלפל. לאחר מכן, השרו את המנדרל ואת השתל-סטנט (stent-graft) במים דאיוניים כדי להמיס את חומר התמיכה. החליפו את המים לפי הצורך עד להמסה מלאה של חומר התמיכה.

לאחר מכן, הסר בעדינות את השתל (stent-graft) מהמוט (mandrel) והשאר אותו לייבוש באוויר. כדי לבחון את השתל, החלק אותו על בלון תלת-קיפול בעובי שלושה מילימטרים, וסגור אותו על הבלון באמצעות כלי דחיסה (crimping tool) ידני. תחת מיקרוסקופ, בדוק את השתל הדחוס כדי לוודא שהדחיסה אחידה וחיפש סימנים אחרים לכשל, כגון התפרקות שכבות (delamination) או נקב בחומר הכיסוי, שעלולים להתרחש במקרה של שתל מעוות.

אם התוצאה נראית תקינה, הרחבו את הסטנט-גרפט לשלושה מילימטרים על ידי הפעלת לחץ באמצעות בלון תלת-קיפול, מכשיר ניפוח ומים. לאחר ההרחבה, השתמשו במיקרוסקופ כדי לבחון את הסטנט-גרפט פעם נוספת. חפשו הרחבה אחידה וכל סימן לכשל.

באמצעות מכשיר האלקטרוספינר ניתן לייצר ננוסיבי polyurethane באיכות גבוהה. אלקטרוספינינג של ננוסיבי polyurethane באמצעות מערך זה יוצר שכבה אחידה של polyurethane בקצב של 50 מיקרון של ננוסיבים לשעה. כיווץ והרחבה של השתל-גרפט (stent-graft) בעל הקлибър הקטן שהתקבל מראים כי התקנים אלו ניתנים לפריסה באמצעות בלון תלת-קיפול סטנדרטי ללא הרחבה לא אחידה או סימנים לכשל בחומר.

בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו השתלה במודל חיות כדי לבחון את התפקודיות, העמידות ומאפייני הביצועים של ההתקן. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לזכור לעבוד במכסוף כימי כאשר מערכת הפליטה כבויה במהלך האלקטרוספינינג (electrospinning) ומופעלת מחדש לפני הוצאת הדגימה.