Создание лекарственных покрытий медицинских артериальных стентов электрохимическим методом

DOI:

Стенты с лекарственным покрытием являются самой значимой инновацией в инвазивной кардиологии начала XXI века. Пожалуй, ни одно из изобретений в кардиологии не продемонстрировало такого быстрого внедрения в

клиническую практику [6]. В связи с этим активно разрабатываются методы, позволяющие быстро, эффективно и долговременно восстановить кровообращение в поврежденном сосуде. Стентирование коронаров, которые питают сердце – это щадящее внутрисосудистое оперативное вмешательство с расширением стенозированных или закупоренных участков артерий стентом [7]. Стент – специальный внутренний каркас, который не дает сосуду повторно сузиться. Внешне стент напоминает сосуд длиной около сантиметра и шириной до 6 мм со стенками-сеточками. Сетчатая структура дает возможность доставлять его к месту установки в сжатом состоянии, а на месте – расширять до необходимого сосуду размера. Поскольку имплант представляет собой чужеродное тело, то введение стента провоцирует активацию механизмов свертывания крови, что является причиной возникновения рестеноза – повторной закупорки сосуда. Чтобы снизить риск рестеноза на стент наносят лекарственное покрытие, препятствующее образованию тромбов в кровеносных сосудах [1; 4].

При введении импланта на длительное время пациенту вводят так называемые ан- тикоагулянты, которые препятствуют свертыванию крови. Несмотря на то, что стенты снижают риск повторной закупорки сосуда, до настоящего времени не удается полностью предотвратить развитие рестеноза. В связи с этим, работы по разработке нанесения лекарственных покрытий на металлические поверхности медицинского стента, являются актуальными.

Создание лекарственного покрытия на металлических поверхностях было осуществлено на установке «Нано-эх-9» электрохимическим методом (рис. 1).

В качестве анода была выбрана тонкая медная пластина, а в качестве катода – образец из стали, идентичной стали, из которого сделан металлический стент (рис. 2). Химические составы стали медицинских стентов иностранного (316 L) и отечественного производства (03 Х17 Н14 М3) представлены в таблице.

Рис. 1. Схема электрохимического осаждения:

1 – электролитическая ячейка; 2 – раствор электролита; 3 – электроды; 4 – источник тока

Рис. 2. Металлический медицинский стент

Химический состав стали медицинских стентов иностранного и отечественного производства, %

Марка стали медицинского стента

316 L

03 Х17 Н14 М3

Fe

Cr

Ni

Другие элементы

Fe

Cr

Ni

Mo

Mn

Si

C

S

P

60-65

17-18

12-14

До 5%

60-65

17-18

12-14

2,5-3,1

1-2

до 0,4

до 0,03

до 0,02

до 0,035

Данные марки стали отличаются высокой химической устойчивостью, полностью биосовместимы, обладают достаточными антикоррозионными свойствами и большой прочностью. Наличие оксидной пленки из хрома защищает его от коррозии при соприкосновении с жидкостью. Этот защитный слой очень устойчив и даже после механического или химического повреждения быстро приобретает свой прежний вид, и антикоррозийные качества металла остаются без изменений. Данный «хирургический» сплав благодаря своим уникальным свойствам и высокой биосовместимости активно используется в медицине [4].

В качестве лекарственного покрытия выбрана ацетилсалициловая кислота как незаменимый антиагрегант, который повышает реологию крови (ее текучесть), тем самым препятствует к ее свертываемости. Ацетилсалициловая кислота препятствует развитию раннего тромбоза стента или рестенозирования коронарных артерий. В низких дозах оказывает антитромбоцитарное действие [1].

Предпочтительным полимером в качестве переносчика ацетилсалициловой кислоты или полимером, пригодным для включения ацетилсалициловой кислоты, является поливинил-пирролидон. Данный полимер связывает многие вещества, в том числе лекарственные препараты, токсины, красители, а также способствует выводу их из организма [2; 3].

В работе была проведена серия опытов по осаждению на металлической поверхности поливинилпирролидона в растворе хлорида натрия. Время осаждения варьировалось от 5 до 20 минут, сила тока – от 5 до 20 мА. На рисунках 3–6 представлены результаты осаждения поливинилпирролидона на металлической поверхности.

Результаты исследования [5] позволили определить оптимальные условия электрохимического осаждения полимера поли-винилпироллидона на металлической поверхности: сила тока – 5 мА, время – 20 минут, U = 10 B, содержание ПВП в растворе NaCl – 20 %.

В дальнейшем проведены эксперименты по нанесению лекарственного покрытия поли-винилпирролидона с ацетилсалициловой кислотой в растворе хлорида натрия. Концентрация ацетилсалициловой кислоты варьировалась в диапазоне от 0,08 до 0,4 %. Оценку полученных покрытий осуществляли на оптическом микроскопе NEOPHOT 21 при увеличении х 100 по наличию выраженной границы между нанесенной и ненанесенной поверхностью исследуемой стали. Данная граница свидетельствует о том, что атомы пленки сильнее взаимодействуют с атомами подложки, чем друг с другом, провоцируя механизм послойного роста Франка – Ван-дер-Мерве. При таком механизме рост покрытия происходит равномерно.

Рис. 3. Поверхность чистой стали в травленном состоянии

5 минут                           10 минут

15 минут                       20 минут

Рис. 4. Поверхность стали после осаждения поливинилпирролидона в растворе хлорида натрия с различным временем осаждения

1 0 мА                         15 мА                        20 мА

Рис. 5. Поверхность стали после осаждения поливинилпирролидона в растворе хлорида натрия при различных значениях силы тока

Рис. 6. Поверхность медицинского стента после осаждения при оптимальных условиях

При выбранных оптимальных условиях проведено электрохимическое осаждение лекарственного покрытия поливинилпирролидо-на с ацетилсалициловой кислотой на медицинском стенте. Поверхность медицинского стента исследована с помощью метода оптической микроскопии при увеличении х 100. На рисунке видно, что соотношение светлой фазы (нанесенного покрытия) к темной фазе (стенту) – 90 %. Это свидетельствует о равномерном нанесении лекарственного покрытия на стент. При этом толщина покрытия в разных областях металлического стента составила от 0,1 мм до 0,12 мм.

Таким образом, в работе подобраны оптимальные условия осаждения лекарственного покрытия электрохимическим методом на металлических поверхностях: постоянное напряжение U = 10 B; ток I = 5 мА; время проведения осаждения – 20 минут; концентрация хлорида натрия – 20 %; концентрация поливи-нилпирролидона – 20 %; концентрация ацетилсалициловой кислоты – 0,4 %. Проведена оценка лекарственного покрытия на металлическом стенте с помощью метода оптической микроскопии. Толщина покрытия в разных областях металлического стента составила от 0,1 мм до 0,12 мм.