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2023年6月1-3日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

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医疗器械设备展“看”心脏支架材料和设计:金属裸支架、药物涂层支架和可吸收支架

2022-09-28

支架是一种应用于植入型外科手术的管状器具,以治疗体内病变的管道例如血管、食道或输尿管等,恢复管道的正常运输功能。支架一般是永久或半永久植入于患者体内,但亦可以意指手术中用以临时维持管道形状的辅助工具。

血管支架属于血管介入器械的一种,是血管在球囊扩张成形的基础上,在狭窄闭塞段血管置入内支架以达到支撑狭窄闭塞段血管,减少血管弹性回缩及再塑形,从而保持管腔血流通畅。目前血管支架已被广泛应用冠状动脉、颅内动脉、颈动脉、肾动脉和股动脉等血管疾病的治疗中。主要被分为冠脉支架、颅内支架和外周血管支架。

心脏支架(Stent)又称冠状动脉支架,是心脏介入手术中常用的医疗器械,具有疏通动脉血管的作用。它通常为一种圆柱形金属结构,根据不同使用场景,有尺寸、直径、结构和材料之别。医疗器械设备展Medtec China现场有许多专业级的部件与材料展商,包括田中贵金属、厦门立洲五金弹簧、罗信精密零件、深圳市玉井精密五金、上海岭之崎、上海昕良等,他们将在现场带来包括铂铱显影环,精密弹簧,精密加工小零件,打印机复印机ATM机长短轴、可撕裂鞘管等产品。

支架材料:

心脏支架的材料一般是不锈钢、镍钛合金和钴铬合金。其实不锈钢是最早的支架平台都是不锈钢的,因为那时候技术达不到,现在都是用镍钛合金和钴铬合金。 什么叫镍钛合金,其实镍钛合金最简单,就是白金项链、白金戒指就是镍钛合金和钴铬合金。

心脏支架的材料和设计经历了金属裸支架、药物涂层支架和可吸收支架三代,金属裸支架因为手术后再狭窄率较高目前使用量较小,可吸收支架虽已应用于临床但安全及效果数据尚不充分,未大规模应用。目前临床上植入的冠脉支架绝大部分都是药物涂层支架。药物涂层支架主要由金属结构和药物涂层材料构成。金属结构主要材质包括316医用不锈钢、镍钛合金、镍铬合金等,经激光雕刻而成网状、管状等结构。药物涂层材料主要包括雷帕霉素、紫杉醇、依维莫司、左他莫斯等,用以抑制细胞增殖,防止血栓的形成。

金属裸支架:

316L医用不锈钢支架316L医用不锈钢有较高的支撑强度和硬度,抗腐蚀性能良好。20世纪 60年代美国材料与试验协会委员会认定 316L医用不锈钢可作为体内植入物的标准化材料,其大多用于制作球囊扩张式支架,用于治疗冠状动脉、大动脉、外周血管、颅内血管等狭窄性病 变。但是由于316L医用不锈钢柔顺性较大,制成的金属支架十分纤细,在植入体内的过程中,可能发生支架的断裂而引发并发症。

镍钛合金支架:

镍钛合金具有良好的形状记忆效应和超弹性,其单程形状记忆效应与超弹性应变量都能 达到8% ,而一般的金属应变量只能在5%以下。其形状记忆效应主要依靠温度的变化来实现马氏体与奥氏体的塑性变形,因此它能够满足人体植入物的要求;除此之外,镍钛合金还具有非铁磁性,磁化系数较低,在磁共振成像中只形成微小的伪影等特点。由于其具有良好的生物相容性和抗腐蚀性,常被制作成自膨式金属支架,用于治疗颅内动脉、颈动脉、胸腹主动脉、下肢动脉等狭窄性病变。但是镍钛合金支架在狭窄血管内释放后可对端部血管产生较高内应力,造成病变处血管损伤,引起支架内血栓和内膜增生,引起再狭窄甚至闭塞。

医疗器械设备展Medtec China已经从2012年开始连续举办了7届植入介入医疗器械峰会,会议围绕骨科植入物、心血管介入产品,探讨其法规政策、市场趋势、研发与设计与材料创新等内容,为医疗器械制造商、材料供应商及服务商等提供国内外的经验借鉴。今年作为Medtec China同期“植入介入医疗器械峰会”的第八个年头,会议内容再次升级,高校、医院、企业的嘉宾讲从材料、临床需求、产品研发等多维度剖析植入介入现状及发展。点击快速预登记。

钽合金支架

0.1mm的钽丝编制成的Strecker球囊扩张式支架具有极好的生物相容性和抗腐蚀性,金属表面有带负电荷的氧化层,血液也显负电,能够抑制血栓的形成,加快血管的内皮化; 其氧化物基本不会被吸收,无毒性反应,在X光下显影效果很好,可以作为显影标志。但是钽合金支架支撑强度不够,很容易受外力作用后塌陷变形。因此目前在临床上钽合金没有得到大规模的使用,多作为其他支架的参与成分。


钴合金支架1937年钴合金首次用于临床治疗血管疾病,现在仍被广泛使用。如治疗动脉血管瘤的覆膜自扩张支架和外周血管狭窄的新型Wallstent自膨式支架。钴合金的主要成分有钴、铬、镍、钼、锰等,它属于高熔铸造钴铬合金中含碳量低的一种合金类型。

综合各种成分的优点,钴合金具有良好的生物相容性和抗腐蚀性能; 由于没有磁性,因此其核磁共振兼容性良好; 密度较大,在X光下保持良好的显影效果。由于钴合金的强度比316L医用不锈钢的好,所以当钴合金支架杆宽比316L医用不锈钢的减少20% 时,却仍能保持相同的径向支撑强度,此时支架的柔顺性更好,也容易到达血管的远端。同时钴合金支架的金属覆盖率下降,可以加快血管内皮化的过程,减少血栓的发生。

金属裸支架总结

尽管金属裸支架在临床上取得令人瞩目的疗效,但经过多年临床应用也暴露出许多不足。金属裸支架作为人体的异物,置入之后会产生不同的刺激影响。由于金属材料本身的性质,在血液中无法避免出现金属腐蚀、金属离子永存体内、血管内凝血系统激活、平滑肌细胞再生并且细胞基质沉积等问题; 也可能引发血管的炎症反应,机械积压导致血管内膜损伤。经统计发现,金属支架置入后血管再狭窄的发生率为20% ~30% 。因此,为降低血管支架内再狭窄的发生率,许多研究者提出对医用金属支架材料表面进行生物化改性处理,提高其血液相容性和生物稳定性。

药物涂层支架:


医疗器械设备展Medtec China了解到药物涂层支架是由金属裸支架、基质和药物三部分构成,多在金属裸支架表面涂以某种聚合物或其他材料,在此基础上结合一种能够抑制血管内膜增生的药物、抗体或基因,支架植入后其在病变血管中释放,从而防止血管再狭窄的发生。基质常采用新型永久聚合物如新型磷酸胆碱聚合物(PC) 、聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA) 以及可降解的多聚物或多聚体,如聚乳酸(PLA) 、聚羟基乙酸(PGA) 、聚乙酸丙酯(PCL) 、聚乙酰谷氨酸(PAGA) 等。对于药物而言根据其作用机制可采用免疫抑制剂类如雷帕霉素、抗增生类如紫杉醇、抗血栓类如肝素、抗炎性药物如地塞米松等。根据聚合物种类可分为非生物降解的聚合物药物涂层支架、生物可降解的聚合物药物涂层支架和无聚合物药物涂层支架三类。

【血管支架材料的展望】

虽然血管支架植入是治疗心脑血管疾病最有效的方法之一,但是术后支架植入远期会有再狭窄并发症。因此,如何防止再狭窄一直是血管外科医师及组织工程师关注的问题。结合临床来看,理想的血管支架材料应该具备以下特点: 第一,具有良好的组织和血液相容性,其是支架内再狭窄发生的关键因素。第二,具有较好的生物可降解性,能够被生物降解或者吸收,无毒性,最终能被组织取代。第三,具有良好的生物机械性能,可承受血管内外部压力,保持管腔的通畅; 有足够的柔韧性,植入体内能够有良好的顺应性。第四,有接近正常血管的生物性能和生理学特点,保证能让细胞很好地贴附生长,不会引起任何不良的免疫排斥反应或者代谢后产生不良产物。第五,材料来源广泛,价格低廉,能够大规模生产以满足不同的临床需求。患者要根据病变特点选择适当支架,最大程度降低其并发症发生率。

可吸收支架;

生物可吸收支架(Bioresorbable Scaffold,BRS)曾一度炙手可热,而今因其在临床应用中存在过高的支架内血栓风险,安全性不足,似乎已而失去发掘的价值。

BRS的概念被提出和金属永久支架的使用几乎是在同时。早在1988年Stack等[5]就率先研制开发了这种支架,但是由于当时可吸收材料的选择性较少,BRS不能与病变很好匹配,支架内再狭窄率显著高于金属永久支架[6]。加之同时代的金属裸支架(BMS)及其后的药物洗脱支架(DES)取得的巨大成功,人们一度对BRS的热情明显减低,但是毕竟BRS的理论优势很诱人,所以部分学者仍然坚持进行相关的研究

目前存在的不足:

根据目前材料制作的支架为了追求支撑力,支架丝必然比传统支架要粗大,这样就引起了输送性差、可能造成血管损伤、植入后血小板沉积和引发非层流等问题。其次,对于一些复杂病变,要求预扩的时间明显延长,可能造成灌注不足及夹层的风险,而植入支架进行后扩张则会增加支架断裂的风险。另外,BRS的药物涂层技术仍然不能令人满意,目前可吸收材料的成型方法需要用有机溶剂或者高温熔融,这明显不利于保持药物活性,因此合理的药物携带方式还有待研究。最后,支撑力的保留时间与吸收性的精确可控是其面临的最大难题。

来源:
思宇Medtech
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