Materiais Poliméricos e Dispositivos de Angioplastia Coronária

Por Eric R. George, Ph.D., da ERG Polymers LLC

As doenças cardiovasculares são responsáveis ​​por mais de 15 milhões de mortes por ano em todo o mundo.1 A oclusão de vasos como as artérias coronárias ou periféricas dificulta o fluxo de sangue para o coração, resultando em ataques cardíacos (infarto do miocárdio) e muitas vezes em morte. A angioplastia coronária transluminal percutânea (PTCA), um procedimento endovascular minimamente invasivo usado para alargar artérias estreitadas ou obstruídas, é possibilitada de várias maneiras por materiais poliméricos.

No primeiro artigo desta série, "Uma introdução aos materiais poliméricos para dispositivos médicos", discuti a química dos polímeros, os principais requisitos para uso em dispositivos médicos e o cenário de aplicação para a utilização bem-sucedida de polímeros em dispositivos médicos.

Este artigo se concentrará na PTCA, também conhecida como angioplastia com balão (consulte as referências 2 a 4 para obter um histórico completo desse procedimento). A PTCA tornou-se possível por imagens de raios-x do sistema cardiovascular no final do século XIX.2 A primeira evidência experimental que eventualmente levou aos procedimentos modernos de hoje foi observada por Dotter em 1964 que cateteres de diagnóstico passando por uma lesão ilíaca comprimiam a placa arterial, levando a uma maior lúmen arterial. Em 1974, Gruentzig desenvolveu o primeiro cateter balão duplo para a dilatação da estenose vascular.3

A física dos polímeros e os princípios da engenharia mecânica podem contribuir significativamente para a compreensão da expansão do cateter balão. A otimização de fios-guia, cateteres-guia e balão e stents continua a contribuir para melhorar as taxas de sucesso. Suas formas, tamanhos, rigidez, flexibilidade e lubricidade interna e externa são fatores críticos de sucesso. Neste artigo, discuto a liberação controlada de medicamentos de vários componentes e aplicações prospectivas, como cateteres e stents eletrônicos e stents bioabsorvíveis e impressos em 3D.

Discutimos em ordem o papel dos polímeros em fios-guia (GW), cateteres-guia (GCs), cateteres de balão, stents e administração de medicamentos. A imagem aqui é um fio-guia e um cateter de balão.

Imagem cortesia de Zeus.5

GWs são o primeiro componente inserido nos lúmens arteriais e são tipicamente fios metálicos revestidos com polímeros lubrificantes de baixo atrito, como fluoropolímeros e silicones.

Os GCs em PTCA são normalmente projetados para serem inseridos na artéria femoral e possuem todos os requisitos para atravessar o lúmen arterial coronariano. Cateteres de balão e stents são entregues através do GC. Os requisitos incluem funcionalidade como um compósito multicamadas, biocompatibilidade e baixo atrito/lubricidade no interior e na superfície, concomitante com robustez mecânica para entrega de outros componentes em seu interior. Aqui está representada a construção de três camadas de um cateter-guia típico: O PTFE interno (cinza), malha de arame e revestimento externo (azul).

Imagem cortesia de Zeus.5

A lubricidade interna do GC envolverá primeiro a entrega funcional sobre o GW. Lubricidade é uma função de uma interação de duas superfícies. Embora muitos lúmens internos do GC sejam feitos de politetrafluoretileno (PTFE), a opção de menor atrito, pode-se adaptar o revestimento polimérico GW (fluoropolímeros, poliolefinas, poliamidas, silicones, etc.) . A camada interna continuará a ter sucesso com revestimentos de PTFE, mas poliolefinas e outros polímeros (incluindo copolímeros com PTFE) podem exibir baixo atrito com propriedades mecânicas superiores ao PTFE. Uma discussão semelhante pode ser aplicada à entrega de cateteres de balão e cateteres de balão com stent.

O GC será mais rígido proximalmente versus distalmente para atravessar o lúmen arterial de forma mais eficaz. Isso pode ser alcançado através do GC com um gradiente de flexibilidade. Para a camada externa, elastômeros termoplásticos (TPE), como amida em bloco de poliéter (PEBA) e TPE à base de olefina, podem ser projetados para diferentes módulos, resistência e características de superfície para ajudar a atingir esse gradiente funcional. Para a extremidade proximal, pode-se escolher homopolímeros mais rígidos, como termoplásticos de engenharia discutidos em meu primeiro artigo. A malha do meio pode ser de vários designs e materiais. As malhas metálicas são funcionais, com um grande histórico de sucesso com aço inoxidável e níquel titânio. As fibras de Kevlar estão provando ser uma opção sólida para malhas.