Fabbricazione di piccolo calibro e stent-innesti Uso Electrospinning e Balloon espandibili Bare Metal Stent
26 ottobre 2016
Nel protocollo, presentiamo un metodo per produrre uno stent-innesto di piccolo calibro inserendo uno stent espandibile a palloncino tra due strati di poliuretano nanofibroso elettrofilato.
L'obiettivo generale di questo processo produttivo è sviluppare un endoprotesi con stent di piccolo calibro incapsulando uno stent espandibile con palloncino all'interno di due strati di nanofibre di poliuretano ottenute mediante elettrofilatura. Questa ricerca ci sta aiutando a sviluppare endoprotesi con stent di piccolo calibro che guariscono effettivamente molto rapidamente e potrebbero aprire nuove applicazioni mediche mai realizzate in precedenza. I vantaggi di questa tecnica risiedono nel fatto che le endoprotesi con stent sono realizzate in nanofibre polimeriche che imitano la matrice extracellulare.
Il processo di fabbricazione è altresì semplice e offre favorevoli proprietà meccaniche e di adesione cellulare. Per iniziare, sciogliere prima circa 8 millilitri di materiale di supporto biocompatibile, di grado alimentare e solubile in acqua, in un cilindro graduato a 155 gradi Celsius. Riscaldare inoltre il mandrino in acciaio inossidabile, lungo 100 millimetri e largo 3 millimetri, a 155 gradi Celsius.
Successivamente spegnere il forno e immergere la barretta nel materiale di supporto. Quindi appendere la barretta verticalmente all'interno del forno e lasciare solidificare il materiale, processo che dovrebbe avvenire intorno ai 140 gradi Celsius. L'eccesso di materiale dovrebbe gocciolare via dall'estremità.
Successivamente, preparare il collettore a mandrino del sistema di elettrofilatura. Questo richiede un agitatore da laboratorio con una bacchetta di plastica collegata che termina con una pinza per il mandrino. Rimuovere il materiale di supporto dalla punta del mandrino in modo che possa essere fissato alla pinza.
Successivamente, utilizzare anelli di gomma O su entrambi i lati del mandrino per proteggere il materiale elettrofilato dal filo di massa, e collegare elettricamente a massa il mandrino mediante il filo di massa a forma di U. Successivamente, fissare il mandrino esposto a una breve staffa all'estremità opposta per garantire il supporto. All'altra estremità, collegare il mandrino alla barra rotante del miscelatore da laboratorio.
Fissare entrambi i supporti al mandrino utilizzando viti e collegare elettricamente a massa il mandrino. Configurare ora il sistema di estrusione del poliuretano liquido. Innanzitutto, caricare una siringa di vetro da cinque millilitri adatta alla pompa per siringhe con una soluzione di poliuretano al 15% appena preparata e fissare un ago in acciaio inossidabile con estremità smussata, che fungerà da filiera.
Considerando il diametro interno della siringa, programmare la pompa per estrudere la soluzione a zero virgola zero uno millilitri al minuto. Per prevenire archi elettrici, isolare la siringa dalle parti conduttive delle pompe per siringhe utilizzando fogli di gomma. Posizionare quindi la siringa nella pompa in modo che la punta del filatore si trovi a 20 centimetri dal collettore mandrino.
Successivamente, collegare il generatore di alta tensione al capillare utilizzando una clip a coccodrillo. Prima di iniziare l'elettrofilatura, spegnere l'aspirazione della cappa. Per il funzionamento, avviare la pompa per siringa e far ruotare il mandrino a circa 50 giri al minuto.
Applicare quindi una differenza di tensione di 20 kilovolts tra la punta dello spinneret e il mandrino del collettore. Le nanofibre di poliuretano inizieranno a depositarsi sul mandrino rotante e uno strato sottile sarà visibile entro pochi minuti. Lasciare accumulare le nanofibre di poliuretano per due ore per formare un tubo uniforme.
Dopo aver ottenuto le nanofibre mediante filatura, riattivare l'aspirazione della cappa ed estrarre il mandrino dai supporti di plastica. Quindi far scivolare con attenzione lo stent espandibile con palloncino sul tubo elettrofilato senza danneggiare il tubo. Se necessario, espandere leggermente lo stent in modo che scivoli più facilmente.
Successivamente, schiacciare lo stent nella posizione desiderata in modo che aderisca saldamente al tubo e non possa scivolare. Questo aiuterà a prevenire la delaminazione degli strati interno ed esterno. Riposizionare il mandrino sull'apparecchiatura e proseguire l'elettrofilatura come in precedenza per tre ore, al fine di realizzare uno strato esterno sullo stent-graft.
Successivamente, mentre è ancora sul mandrino, tagliare circonferenzialmente l'eccesso di poliuretano a circa un millimetro da ciascuna estremità dello stent utilizzando un bisturi. Successivamente immergere il mandrino e lo stent-protesi in acqua deionizzata per sciogliere il materiale di supporto. Cambiare l'acqua secondo necessità finché il materiale di supporto non sarà completamente sciolto.
Quindi rimuovere delicatamente lo stent-protesi dal mandrino e lasciarlo asciugare all'aria. Per verificare lo stent-protesi, farlo scivolare su un palloncino trifold di tre millimetri e ridurlo a pressione sul palloncino utilizzando uno strumento manuale per la riduzione. Al microscopio, ispezionare lo stent-protesi ridotto per verificare l'uniformità della riduzione e individuare eventuali altri segni di difetto, come delaminazione o perforazione del materiale di rivestimento, che potrebbero verificarsi in caso di stent deformato.
Se l'aspetto è soddisfacente, espandere lo stent-graft di tre millimetri gonfiando il palloncino triplo con un dispositivo di dilatazione e acqua. Una volta espanso, utilizzare il microscopio per ispezionare nuovamente lo stent-graft. Verificare un'espansione uniforme e la presenza di eventuali segni di cedimento.
Utilizzando l'elettrofilatore, è possibile produrre nanofibre di poliuretano di alta qualità. L'elettrofilatura di nanofibre di poliuretano con questo apparato genera uno strato uniforme di poliuretano pari a 50 micron di nanofibre all'ora. La piegatura e l'espansione dello stent-protesi di piccolo calibro risultante mostrano che questi dispositivi possono essere posizionati utilizzando un pallone standard triplo senza espansione irregolare o segni di rottura del materiale.
Al termine di questa procedura, possono essere eseguiti altri metodi, come l'implantazione in modelli animali, per studiare la funzionalità, la durata e le caratteristiche prestazionali del dispositivo. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante ricordare di lavorare in una cappa chimica con l'estrazione spenta durante l'elettrofilatura e riattivata prima di rimuovere il campione.
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Panoramica
Questo articolo presenta un metodo per la produzione di uno stent-graft di piccolo calibro incapsulando uno stent espandibile con palloncino all'interno di due strati di nanofibre di poliuretano ottenute mediante elettrofilatura. La tecnica mira a creare stent-graft che guariscano rapidamente e che abbiano potenzialità per nuove applicazioni mediche.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Ingegneria biomedica
- Scienza dei materiali
- Sviluppo di dispositivi medici
Sfondo
- Gli stent-protesi sono utilizzati in diverse applicazioni mediche.
- I metodi attuali potrebbero non fornire proprietà di guarigione ottimali.
- Le nanofibre polimeriche possono imitare la matrice extracellulare.
- Migliorare la progettazione degli stent-protesi può potenziare gli esiti per i pazienti.
Scopo dello studio
- Sviluppare un endoprotesi vascolare di piccolo calibro con proprietà di guarigione migliorate.
- Esplorare nuove applicazioni mediche per le endoprotesi vascolari.
- Semplificare il processo di fabbricazione mantenendo inalterata la qualità.
Metodi Utilizzati
- Fondere il materiale di supporto biocompatibile, di grado alimentare e solubile in acqua.
- Riscaldare un mandrino in acciaio inossidabile a 155 gradi Celsius.
- Procedere all'elettrofilatura di nanofibre di poliuretano attorno allo stent.
- Valutare le proprietà meccaniche e di adesione cellulare dello stent-protesi.
Risultati principali
- Gli stent-protesi hanno dimostrato proprietà meccaniche favorevoli.
- L'adesione cellulare è stata migliorata grazie alla struttura nanofibrosa.
- L'incapsulamento dello stent è stato eseguito con successo mediante il metodo descritto.
- La tecnica mostra potenzialità per future applicazioni mediche.
Conclusioni
- Questo metodo fornisce un approccio semplice alla produzione di stent-protesi.
- Esiste un potenziale per una rapida guarigione e nuove applicazioni.
- Sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare le implicazioni cliniche.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo protocollo consente la fabbricazione di stent-protesi di piccolo calibro con nanofibre di poliuretano biomimetico che favoriscono l'endotelializzazione e una rapida guarigione. L'approccio affronta una sfida fondamentale nello sviluppo di dispositivi cardiovascolari: creare protesi tromboresistenti e biocompatibili per la somministrazione percutanea tramite cateteri coronarici standard. Combinando nanofibre elettrofilate con stent espandibili con palloncino, il metodo offre un percorso scalabile per la valutazione preclinica delle tecnologie di riparazione vascolare.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Fornisce un substrato biomimetico per analizzare l'adesione delle cellule endoteliali e la resistenza alla trombosi in modelli di riparazione vascolare.
- Valore operativo: Consente la prototipazione rapida di architetture di stent-protesi per lo screening basato su ipotesi delle interazioni polimero-cellula.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera rivestimenti nanofibrosi standardizzati per la valutazione quantitativa dell'endotelizzazione e della tromboresistenza in condizioni di flusso.
- Valore operativo: Permette la fabbricazione riproducibile di stent-protesi con spessore della membrana controllato, garantendo prestazioni costanti del saggio tra diversi laboratori.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Fornisce dispositivi impiantabili di piccolo calibro compatibili con sistemi di intervento coronarico per la sperimentazione in modelli di lesione acuta.
- Valore operativo: Consente la validazione meccanica (crimpatura/espansione) per valutare la durabilità e la pervietà prima di studi di impianto animale.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo una progettazione iterativa di innesti vascolari per l'identificazione dei candidati promettenti e la validazione meccanicistica prima degli studi abilitanti all'IND.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sui percorsi di endotelializzazione utilizzando membrane nanofibrose regolabili come substrati di coltura pertinenti per le malattie.
- Screening: Produce stent-protesi standardizzati per lo screening di formulazioni polimeriche in grado di favorire una rapida copertura endoteliale e di resistere alla formazione di trombi.
- Analisi: Fornisce risultati quantificabili, inclusi lo spessore della membrana (50 micrometri/ora), l'integrità della piega e l'uniformità dell'espansione, per prendere decisioni di avanzamento o interruzione.
- Ricerca traslazionale: Genera dispositivi impiantabili mediante cateteri a palloncino standard a triplice piega, consentendo test diretti in modelli preclinici di danno vascolare.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una tecnologia di piattaforma adattabile a diversi tipi di stent e sistemi polimerici per ampie applicazioni nella riparazione vascolare.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nelle prestazioni della protesi vascolare fornendo un'interfaccia tromboresistente che imita la matrice extracellulare.
- Valore operativo: Offre un processo di fabbricazione semplice e scalabile, con requisiti minimi di attrezzature (elettrofilatore, pompa per siringa, rotatore per mandrino).
- Valore strategico: Riduce il rischio biologico in fase avanzata consentendo una valutazione precoce del potenziale di guarigione e della stabilità meccanica nei dispositivi di piccolo diametro.
- Impatto sul portafoglio: Facilita la priorizzazione dei candidati alla protesi vascolare in base alla cinetica dell'endotelializzazione e alla compatibilità con il posizionamento.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nel trattamento dei polimeri, nei parametri dell'elettrofilatura e nelle tecniche di manipolazione degli stent.
- Necessita di un impianto di elettrofilatura controllato, dotato di generatore di alta tensione, pompa per siringa e collettore con mandrino rotante.
- Richiede la standardizzazione della concentrazione della soluzione (15% poliuretano), della portata (0,01 mL/min) e della tensione (20 kV) per un deposito riproducibile di nanofibre.
- Comporta considerazioni di adattamento nel passaggio a diverse geometrie di stent o sistemi polimerici, mantenendo l'uniformità della membrana.
- Include limitazioni pratiche, come la completezza della dissoluzione del materiale di supporto e l'allineamento del mandrino durante l'elettrofilatura a doppio strato.
