Stents aus Metall für Menschen mit koronaren Herzkrankheiten werden bald zum chirurgischen Artefakt
Die üblicherweise aus Metallgewebe gefertigten Stents verhindern, dass die Herzkranzgefäße erneut verstopfen. Doch sie verbleiben für immer in der Arterie und verursachen gefürchtete Langzeitauswirkungen wie späte Stent-Thrombosen. Bioresorbierbare vaskuläre Gerüstsysteme haben exzellente klinische Ergebnisse geliefert und sollen daher Stents aus Metall bald ablösen. Das EU-finanzierte Projekt Bi-Stretch-4-Biomed hat sich dem Bedarf nach dünneren und stärkeren bioresorbierbaren vaskulären Gerüstsystemen angenommen: „Das bioresorbierbare vaskuläre Gerüstsystem hält das Gefäß die ersten 6 Monate nach der Operation offen. Darüber hinaus hinterlässt es ein gesundes Blutgefäß, nachdem das Gerüst nach 2–3 Jahren nach der Operation komplett vom Körper aufgenommen wurde“, sagt Fulvia Villani, Koordinatorin des gemeinsamen Projekts.
Ein vorgeschlagenes neues Material: Vor- und Nachteile
Obwohl die auch als PLLA bekannte Poly-L-Milchsäure für bioresorbierbare vaskuläre Gerüstsysteme klinisch zugelassen ist, sorgt es für Probleme in der Chirurgie. Im Gegensatz zu Stents aus Metall ist das Gerüst weniger stark und stabil und außerdem 3-mal so dick, sodass es schwieriger für die Chirurgin bzw. den Chirurgen ist, sich durch die Arterie zur Läsion zu bewegen. „Dünnere Gerüste, die während der Operation über Röntgenbilder gesehen werden können, würden die Aufnahme der Technologie fördern und Tausenden von kranken Menschen auf der Welt helfen“, erklärt Villani. Das Team von Bi-Stretch-4-Biomed hat die Verstärkung von PLLA mit Nanoröhrchen aus Wolframdisulfid (WS2) untersucht, um die benötigte Stärke und Röntgensichtbarkeit zu erhalten.
Ermutigende Ergebnisse für das neue Nanokomposit
Bei der Entwicklung der Nanokomposite aus PLLA-WS2 für biomedizinische Implantate der nächsten Generation haben die Forschenden das Material bei starker Verformung, wie Weitung der Röhrchen oder biaxialer Streckung, getestet. Außerdem haben sie die Parameter der Materialien zur Modellierung der mechanischen Eigenschaften des Nanokomposits aus PLLA-WS2 ausgearbeitet. Die Forschenden haben im Vergleich die Biokompatibilität von Nanoröhrchen aus reinem WS2 und Nanokomposite aus PLLA-WS2 als innovatives Material für sicher implantierbare bioresorbierbare vaskuläre Gerüstsysteme der neuen Generation in vitro getestet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Zugabe von WS2 die Polymermatrix von PLLA verstärkt. Bedeutend ist, dass eine relativ kleine Menge WS2 (0,1 % des Gewichts von PLLA) die gerichtete Kristallisation enorm verbessert, wodurch die Produktion von stärkeren bioresorbierbaren vaskulären Gerüstsystemen mit einem dünneren Profil ermöglicht wird. Um die morphologischen Veränderungen der Röhrchen aus PLLA-WS2 (die dann per Laser in Gerüste geschnitten werden) auf molekularer Ebene zu beobachten, hat Bi-Stretch-4-Biomed speziell ein Instrument entwickelt, um eine biaxiale Streckung der Röhrchen aus PLLA-WS2 durchzuführen, die den Fertigungsschritt der Weitung der Röhrchen bei bioresorbierbaren vaskulären Gerüstsystemen nachahmt. Experimente wurden an einer Synchrotonlichtquelle am Argonne National Laboratory in den Vereinigten Staaten (USA) durchgeführt. Zytotoxizitätstests haben angedeutet, dass Nanoröhrchen aus WS2 und Nanokomposite aus PLLA-WS2 von ausgewählten menschlichen Zellen in vitro gut vertragen werden, ein vielversprechendes Ergebnis in Hinblick auf die Sicherheit der Gerüste aus PLLA-WS2.
Überraschungselement: Das Engagement der Menschen
Finanzielle Unterstützung für das Projekt wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen zum Personalaustausch für Forschung und Innovation (RISE) zur Verfügung gestellt. Als Teil von RISE mussten alle Partner die anderen Forschungsstellen besuchen: „Jeder Partner hat als Ausgleich volle Unterstützung angeboten: Von der Unterbringung der Besuchenden bis hin zur Bereitstellung notwendiger Werkzeuge zur Entwicklung gemeinsamer Forschungsaktivitäten; eine Geste, die den Austausch ermöglichte“, betont Villani. „Die technische Implementierung des Projekts war nicht die große Überraschung. Diese hatte mit dem echten Leben der beteiligten Menschen zu tun: Sie mussten für lange Zeiträume zwischen den USA und Europa pendeln“, merkt Tiziana di Luccio an, Koordinatorin in den ersten 2 Jahren des Projekts. Beide Koordinatorinnen sind sich einig, dass das entstandene Netzwerk zu den Kollaborationen mit den hauptsächlich an Biomed beteiligten wissenschaftlichen und industriellen Firmen geführt hat. Der nächste Schritt werden die Ausrichtung des Wissens auf weitere Untersuchungen der in vivo Tests des neuen Materials und andere Produktionsschritte für bioresorbierbare vaskuläre Gerüstsysteme sein. Die Partner beobachten neue Ausschreibungen zur Finanzierung zukünftiger Forschung.
Schlüsselbegriffe
Bi-Stretch-4-Biomed, PLLA, PLLA-WS2, Stent, bioresorbierbare vaskuläre Gerüstsysteme, Implantate
