Creating Biomedical Technologies to Improve Health

El Sorprendente Stent que Desaparece

Tuesday, September 21, 2004

El stent biodegradable en esta arteria coronaria de un cerdo está completamente expandido y en contacto con la pared arterial. Los estudios demuestran que el stent causó poca o ninguna inflamación ni formación de coágulos. Cortesía de la imagen del Dr. Joachim Kohn, Rutgers University.

El stent biodegradable en esta arteria coronaria de un cerdo está completamente expandido y en contacto con la pared arterial. Los estudios demuestran que el stent causó poca o ninguna inflamación ni formación de coágulos. Cortesía de la imagen del Dr. Joachim Kohn, Rutgers University.

Cada año, más de 1 millón de pacientes que tienen enfermedad coronaria reciben tratamiento con stents, de acuerdo con las estadísticas del Centro Nacional para la Salud. Estos pequeños tubos de malla metálica, usualmente de acero inoxidable u otro metal, se insertan en las arterias pequeñas que están alrededor del corazón para mantenerlas abiertas. En algunos casos, sin embargo, estas arterias vuelven a bloquearse o encogerse. Este proceso, conocido como restenosis, puede ocurrir porque el metal rígido lesiona las paredes de la arteria y causa que las células de ese punto proliferen.

Para tratar la enfermedad de arterias coronarias y resolver el problema de la restenosis, los científicos han desarrollado un stent hecho de un polímero que es menos rígido que el metal y que lentamente se descompone a productos no nocivos. Las primeras pruebas realizadas en arterias coronarias de credos indicaron que el stent mantuvo las arterias abiertas tan eficazmente como los stents de metal, pero causó poca o ninguna inflamación ni formación de coágulos.

Diseñar un nuevo tipo de stent es un reto porque los stents tienen que ser fuertes y al mismo tiempo flexibles. Tienen que ser suficientemente fuertes para que no se rompan al ser amarrados alrededor de un catéter en forma de globo, y suficientemente pequeños y flexibles como para ser guiados por largos y curvos vasos sanguíneos hasta llegar a su punto final en las arterias coronarias, que suplen sangre al corazón. Cuando las radiografías muestran que un stent de metal ha entrado a la sección angosta de una arteria, el cirujano expande el globo, que a su vez estira y moldea el metal del stent hasta que esté firmemente presionado contra la pared interior de la arteria. El stent entonces permanece en su lugar por el resto de la vida del paciente.

Cuando los investigadores de la compañía REVA Medical, Inc., en San Diego decidieron por primera vez crear un stent degradable, ya tenían en mente el diseño. Ellos habían desarrollado recientemente un stent de metal con un novedoso diseño de ?deslizamiento y fijación? en el que el stent se desdobla en la arteria como una escalera de extensión en vez de expandirse y moldearse como la mayoría de los demás stents. Para encontrar el material adecuado para el stent degradable, REVA Medical consultó al Dr. Joachim Kohn, Profesor de Química de la Junta de Gobernadores de la Universidad Rutgers en Nueva Jersey. Dr. Kohn se especializa en el desarrollo de biomateriales a partir de substancias naturales que se encuentran en el cuerpo.

La compañía me dio una lista de los requisitos que el biomaterial tenía que cumplir, dice Dr. Kohn. El material que más se acercaba a cumplir los requisitos era el poli(DTE carbonato), un polímero que el Dr. Kohn había sintetizado en 1990. Un polímero es una molécula larga formada por una repetición de unidades químicas conocidas como monómeros. En este caso, la unidad monómero se derivaba de la L-tirosina, un nutriente común.

El poli(DTE carbonato) era fuerte y no nocivo, pero tenía unas cuantas deficiencias: Le tomaba mucho tiempo descomponerse, no era visible en radiografías y no se sabía si provocaría formación de coágulos en las arterias. Con financiamiento parcial del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB), el Dr. Kohn y sus colegas emprendieron la misión de mejorar el poli(DTE carbonato) para usarlo en un stent degradable.

El Dr. Kohn pensó que el polímero quizás se podía mejorar incorporando yodo (para ser visible en radiografías), poli(glicol de etileno) (para reducir la adhesión a los componentes sanguíneos), y un co-monómero acídico (para mejorar la biodegradación). El reto clave era identificar las cantidades óptimas de cada uno de estos ingredientes sin tener que sintetizar y caracterizar grandes cantidades de materiales de prueba.

El problema era que no había manera de predecir cómo los cambios en un ingrediente, como por ejemplo el yodo, podrían afectar el rendimiento general del polímero en relación a los cambios en cualquiera de los demás ingredientes, dice el Dr. Kohn. ?Tomar el enfoque tradicional de diseño de materiales hubiese requerido sintetizar en secuencia cientos de materiales diferentes, cada uno con variaciones mínimas de los ingredientes añadidos, y luego probar cada material hasta que se encontrara un polímero aceptable. En términos generales, este método hubiese podido tomar años.

Para resolver este reto, el Dr. Kohn desarrolló un nuevo enfoque de diseño, que consistió en sintetizar una muestra de posibles polímeros, hacerles pruebas rápidamente para comprobar las propiedades relevantes, y luego aplicar modelos de computadora para identificar las relaciones entre la composición del polímero y las propiedades del material. El éxito de este método dependió, en gran parte, de la colaboración estrecha entre el laboratorio del Dr. Kohn en la Universidad Rutgers y los científicos e ingenieros de REVA Medical. Para identificar polímeros que no causaran formación de coágulos dentro de las arterias, el Dr. Kohn desarrolló una nueva prueba de evaluación que midió cuánto el material atrae el fibrinógeno, una proteína de la sangre que juega un papel clave en la coagulación. Para minimizar la formación de coágulos, el material tenía que interactuar con el fibrinógeno lo menos posible.

Con este nuevo enfoque de diseño, los científicos sintetizaron lo que ellos consideraron era el material ideal y luego lo usaron para producir un stent completamente listo para usar, y todo esto en tiempo récord de seis meses. En los estudios de los stents implantados hasta por 28 días en las arterias coronarias de credos vivos, REVA Medical demostró que los stents parecían ser biocompatibles, produciendo poca o ninguna inflamación ni formación de coágulos. Cuando el Dr. Kohn desarrolló una versión del material que era opaca a los rayos X, REVA Medical demostró que las radiografías de los stents implantados eran tan visibles como las de los stents de metal a menudo usados en los pacientes.

"Uno de los beneficios principales de nuestro stent de polímero es que se descompone con el paso del tiempo, y esto permite más oportunidades de retratamiento para el paciente en caso de que ocurra restenosis," dice la Dra. Joan Zeltinger, Vicepresidenta de Asuntos Científicos en REVA Medical.

La investigación del Dr. Kohn sobre el desarrollo del nuevo enfoque de diseño de biomateriales está financiada por el NIBIB, REVA Medical, Inc., y el Centro para Biomateriales de Nueva Jersey.

Referencias

Zeltinger J, Schmid E, Brandom D, Bolikal D, Pesnell A, Kohn J. Advances in the development of coronary stents. Biomaterials Forum 26:8-9, 2004.

Smith JR, Seyda A, Weber N, Knight D, Abramson S, Kohn J. Integration of combinatorial synthesis, rapid screening, and computational modeling in biomaterials development. Macromolecular Rapid Communications 25:127-140, 2004.