Entwicklung und Qualifizierung oberflächenaktivierter Gefäßstützen in der Medizintechnik

Entwicklung und Qualifizierung oberflächenaktivierter Gefäßstützen in der Medizintechnik
Das Hauptproblem bei der Behandlung von Herzkranzgefäßverengungen mit Stents ist die spätere Wiederverengung der Gefäße. Die se tritt bei etwa 20-30 % aller Fälle auf. In früheren Versuchen zeigten kurzreichweitig-radioaktive, Elektronen emittierende Stents innerhalb der Gefäßstütze ein hervorragendes Verhalten gegen die Ausbildung von Wiederverengungen (Restenosen), jedoch an ihren äußeren Enden eine erhöhte Entstehungswahrscheinlichkeit von Verengungen wegen der geringen Reichweite der Strahlung. ... mehrDiese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung einer neuartigen röntgenstrahlenden Beschichtung für Stents, mit deren Hilfe die Wiederverengungen im und an den Stentenden durch Reichweitenvergrößerung der Strahlung verhindert werden soll. Es konnte zum ersten Mal auf AISI 316L Stahlstents das röntgenstrahlende Isotop 103Pd haftfest und abwaschsicher mittels eines bis zu 400 nm dicken Multilagenschichtaufbaus aus Gold und Palladium galvanisch aufgebracht werden. Es wurde hierzu eine neuartige Abscheidevorrichtung entwickelt, die es ermöglichte, die Proben zu kontaktieren, ohne dass sich eine dauerhafte Kontaktfl äche ausbildete, die Fehler in der Beschichtung erzeugte. Sie machte die Penetration des elektrischen Feldes in den Stentinnenraum möglich und verhalf so zu einer homogenen Beschichtung auch der Probeninnenseiten. Die Schichten wurden durch Abscheidestromdichtevariation im Hinblick auf den Abwasch von Radioaktivität, die Homogenität der Beschichtung, die Abscheideeffizienz, das Korrosionsverhalten und die Biegewechselfestigkeit optimiert. Die Messung des radioaktiven Abwasches wurde durch eine Ultraschallbehandlung in isotonischer Kochsalzlösung simuliert. Die freigesetzten Aktivitäten lagen wesentlich unterhalb des Inhalations- und Ingestionsgrenzwertes der Strahlenschutzverordnung und übertrafen damit deutlich die an die Proben gestellten Anforderungen. Die Homogenität der Beschichtung konnte durch gezielte Veränderungen der Abscheidegeometrie optimiert werden. Dazu kam erstmalig ein Finite Elemente Programm zur Berechnung der elektrischen Feldverteilung im galvanischen Bad zum Einsatz, das durch die vorherige Simulation der Feldlinienverteilung eine gezielte Optimierung ermöglichte. Die Implantate zeigten ein mit Stahlstents vergleichbares Korrosionsverhalten. Die Beschichtung erwies sich als haftfest und äußerst duktil und blieb unter Biegewechselbeanspruchung bei Substratversagen noch integer. Tiefenprofilanalysen der Beschichtung zeigten eine Ausbildung von Palladiuminseln innerhalb einer Goldmatrix und erklären das hervorragende Abwaschverhalten. Die je Stent aufgebrachte Aktivität konnte innerhalb eines Jahres von 10 μCi auf 10 mCi gesteigert und so die geforderte Einsatzaktivität von 4 mCi erreicht werden. Dabei konnte eine bislang unerreichte Radionuklidreinheit (> 99,9995 %) gewährleistet werden. In extern durchgeführten Tests zeigten die Stents ihre Biokompatibilität und erfüllten zusätzliche Forderungen der amerikanischen Gesundheitsbehörde (FDA) an medizinische Implantate. Der entwickelte Prozess ist in der Lage zuverlässig und in großen Mengen Produkte zu erzeugen, die alle Anforderungen für die erfolgreiche und sichere Behandlung von Patienten erfüllen. Die Ergebnisse lassen sich auch auf andere Bereiche (z.B. Onkologie) anwenden.

Development and characterization of surface-activated stents for medical purposes
The main problem of the treatment of stenoses in cardiovascular arterias using stents is the subsequent restenosis of the arterias. That occurs in 20-30 % of the cases. In previous tests, short-range radioactive, electron-emitting stents demonstrated outstanding efficacy against restenosis within the implant, however, on the stent edges there was an increased probability of the re-occurance of stenoses due to the shortrange radiation used. This thesis describes the development and the characterization of a novel x-ray-emitting coating for stents with the aim to inhibit the formation of restenosis within the stent and at the stent edges by increasing the range of the radiation. ... mehrFor that, the x-ray-emitting isotope 103Pd was attached securely and washoff-proof using a multilayer coating with a thickness of up to 400 nm which was put on top of an AISI 316L stainless steel stent using galvanic deposition of gold and palladium for the first time. To do that, a novel deposition device was developed that made it possible to establish a non-permanent electrical contact with the samples in order to prevent defects within the coatings. This device enabled an electrical field to penetrate the inside of the stent to ensure the homogeneous coating of the inner surface of the implant. The coating was optimized with regard to the wash-off of radioactivity, the homogeneity of the coating, the coating efficiency, the corrosion stability and the fatigue strength under reversed bending stresses through the variation of the deposition current density. The measurement of the radioactive wash-off was simulated using ultrasonic treatment with an isotonic saline solution. The released activities measured were well below the official inhalation and ingestion limits of the German Radiation Safety Act and surpassed the specifications regarding the quality assurance of radioactive stents. The optimization of the homogeneity of the coating was accomplished by changing the deposition geometry. For that a finite element method software was used for the first time to calculate and to optimize the electrical field distribution inside the galvanic bath. The implants showed a level of corrosion stability comparable to non-coated stainless steel stents. The coating adhered well to the substrate surface and was highly ductile. Even after the substrate had failed due to reversed bending stresses the coating was still intact. Depths profile analyses of the coating showed a formation of palladium islands within a gold matrix and explain the satisfyingly low wash-off. Within a year, the deposite activity per implant rose from 10 μCi up to 10 mCi, so that the implantation activity of 4 mCi could be achieved. A t the same time, an all-time radiopurity of the radioactive coating (> 99,9995 %) could be guaranteed. External tests showed the biocompatibility of the stents and additional specifications for medical implants by the American Food and Drug Administration were fulfilled. The process developed is suitable for the production of large-size and reliable products, that fullfil all specifications for a successful and safe treatment of patients. The results are also applicable to other fields (e.g. oncology).
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