DE19856983A1 - Implantierbare, bioresorbierbare Gefäßwandstütze, insbesondere Koronarstent - Google Patents

Abstract

Eine implantierte bioresorbierbare Gefäßwandstütze, insbesondere Koronarstent, bestehend aus einer sich im Körper ohne schädliche Auswirkungen auf den Implantat-Träger zersetzenden Metall-Materialkombination. Letztere kann als Legierung oder galvanisches Lokalelement ausgebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine implantierbare, bioresorbierbare Gefäßwand­ stütze, insbesondere einen Koronarstent.

Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, daß sogenannte "Gefäß­ wandstützen" oder - wie sie im Fachjargon genannt werden - "Stents" zur Therapie von Stenosen, also krankhaft verengten Passagen eines Koronar­ gefäßes eingesetzt werden. Dazu wird ein solcher Koronarstent mittels ei­ nes Katheters transvenös in den Körper eingeführt und durch das Gefäßsy­ stem an die Problemstelle im Herzen vorgeschoben. In diesem Zustand des Einführens und Vorschiebens darf der Stent für eine ausreichende Beweg­ lichkeit einen Außendurchmesser von lediglich etwa 1 mm aufweisen. Ist die stenotische Koronargefäß-Passage erreicht, wird der Stent dauerhaft aufgeweitet, um die Stenose zu beheben. Dazu wird der Stent mittels des Katheters, auf dem er eingeführt wurde, unter plastischer Verformung bis auf einen Durchmesser von etwa 4 mm radial aufgeweitet. Zu diesem Zweck ist der Katheter als Ballonkatheter ausgeführt, bei dem der den Stent tragende Längsabschnitt durch Anlegen eines Überdrucks mittels Koch­ salzlösung ähnlich einem Luftballon dilatiert wird.

Herkömmliche implantierte Stents bestehen aus einem für den medizini­ schen Einsatz geeigneten Metallmaterial, das gegebenenfalls zur Vermei­ dung thrombotischer Probleme mit einer antikoagulative wirkenden Be­ schichtung versehen sein kann. Nachteil bei solchen dauerhaft implantier­ ten Stents ist die nachweislich auftretende permanente Reizung des den Stent umgebenden Gewebes, da er die durch den Herzschlag verursachten Biegebewegungen des von ihm gestützten Koronargefäßes aufgrund seiner Steifigkeit nicht nachvollzieht.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß zur Aufweitung einer Stenose die Unter­ stützung durch den Stent in der Regel nur über einen Zeitraum von einigen Monaten erforderlich ist. Danach bliebe die von der Stenose betreffende Gefäßpartie auch ohne Unterstützung offen.

Zur Behebung der vorgenannten Probleme wurde bereits vorgeschlagen, Stents aus bioresorbierbaren Materialien herzustellen, die im Körper im Verlauf weniger Monate zersetzt werden. Ein Herstellungsverfahren für solche bioresorbierbaren Koronarstents ist z. B. aus der DE 195 39 449 A1 bekannt. Dort wird aus einer viskosen Lösung von Poly-Beta-Hydroxy- Buttersäure als bioresorbierbaren Polymermaterial in einem Lösungsmittel durch sukzessives, schichtweises Aufbringen der Polymerlösung auf einen Positiv-Formkern in mehreren Schritten durch Abscheiden des Polymer­ materials unter Abdampfen des Lösungsmittels und unter zumindest teil­ weiser Anlösung der vorher abgeschiedenen Schicht ein in seiner Polymer­ struktur homogener Stenterrohling aufgebaut. Dieser wird vom Positiv- Formkern abgezogen und zur Endformgebung des Stents nachbearbeitet.

Bioresorbierbare Koronarstents aus Polymermaterialien weisen zwar die gewünschte biologische Resorbierbarkeit und Körperverträglichkeit auf.

Probleme bereiten jedoch die oft unzureichenden mechanischen Eigen­ schaften, wie beispielsweise eine mangelnde plastische Verformbarkeit dieses Stents. Dies führt bei der Dilatation auf immerhin den 4fachen Durchmesser zu einer Rißbildung mit der Folge einer herab gesetzten me­ chanischen Stabilität und zu einer hohen Rückverformung. Letzteres be­ deutet, daß für einen Enddurchmesser von 4 mm die maximale Aufweitung deutlich darüber liegen muß. Dies wiederum führt zu einer weiter erhöhten Rißbildung mit entsprechender Destabilisierung des Stents.

Zur Lösung der vorstehenden Problematik sieht die Erfindung laut Patent­ anspruch 1 vor, die Gefäßwandstütze aus einer sich im Körper ohne schäd­ liche Auswirkungen auf den Implantat-Träger zersetzenden Metall- Materialkombination herzustellen. Die Metall-Materialkombination ist da­ bei so auszulegen, daß sich das Material der Gefäßwandstütze mit einer bestimmten Zersetzungsrate und ohne die Produktion von körperschädli­ chen Zersetzungsprodukten auflöst. Eine derartige Gefäßwandstütze vereint also die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften von Metall-Stents mit der Bioresorbierbarkeit von Stents auf Polymer-Basis.

In einer ersten grundsätzlichen Ausführungsform der Erfindung ist die Metall-Materialkombination als Metall-Legierung ausgelegt, wobei durch die Auswahl der Legierungspartner - wie im folgenden noch näher erläutert wird - die Voraussetzung der körperverträglichen Zersetzung erreicht wird. Die Metall-Legierung hat also mithin aus einer Materialkombination zu bestehen, die sich im Körper verhältnismäßig schnell - also in einer Zeit­ spanne von einigen Monaten - in unschädliche Bestandteile zersetzt, was mit dem anschaulichen Begriff der "körperverträglichen Korrosion" zu um­ schreiben ist.

Um eine entsprechend gleichmäßige Korrosion zu erreichen, besteht eine solche Legierung aus einer Komponente A, die sich mit einer schützenden Oxidschicht überzieht. Diese Komponente A ist aus einem oder mehreren Metallen der Gruppe Magnesium, Titan, Zirkon, Niob, Tantal, Zink oder Silizium ausgewählt. Um eine gleichmäßige Auflösung der genannten Oxidschicht zu erreichen, wird der Legierung ferner eine Komponente B zugesetzt, die eine ausreichende Löslichkeit in Blut oder interstitieller Flüs­ sigkeit besitzt, wie Lithium, Natrium, Kalium, Calcium, Eisen oder Man­ gan.

Die vorstehenden Elemente eigenen sich deswegen, weil sie entweder oh­ nehin im menschlichen Körper vertreten sind - wie Magnesium, Zink, Na­ trium, Kalium, Calcium, Eisen und Mangan - oder als nichttoxisch bekannt sind - wie Titan, Zirkon, Niob, Tantal, Silizium und Lithium. Die Kombi­ nation einer passivierenden und einer löslichen Komponente ermöglicht dabei eine zeitgerechte, gleichmäßige Zersetzung in körperverträgliche Ab­ bauprodukte. Die Korrosionsgeschwindigkeit kann über das Verhältnis der beiden Komponenten eingestellt werden.

Die Legierung ist in besonders bevorzugter Weise so zusammenzusetzen, daß die Korrosionsprodukte lösliche Salze, wie Natrium-, Kalium-, Calci­ um-, Eisen- oder Zinksalze sind oder nichtlösliche Korrosionsprodukte, wie Titan-, Tantal- oder Nioboxid als kolloide Partikel entstehen. Die Korrosi­ onsgeschwindigkeit wird dabei über die Zusammensetzung so eingestellt, daß Gase, wie Wasserstoff, der bei der Korrosion von Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium oder Zink entsteht, sich physikalisch lösen und keine makroskopischen Gasblasen bilden.

Als mögliche Legierung kann ferner beispielsweise eine aus der Luftfahrt bekannte, sogenannte Superleicht-Legierung aus Lithium und Magnesium eingesetzt werden, die bei dem vorstehend genannten Einsatzgebiet aller­ dings hinsichtlich großer Dauerhaltbarkeit und geringer Reaktionsfreudig­ keit optimiert ist. Das Magnesium-Lithium-Verhältnis liegt in der Größen­ ordnung von 60 : 40, wobei die Dauerhaltbarkeit über die Zugabe weiterer Komponenten, wie Zink, oder die Begasung durch Wasserstoff erhöht wird. Auch werden spezielle Schmelz- und Schmiedeverfahren zur Erhöhung der Dauerhaltbarkeit angewendet.

Für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung können Lithium. Magnesium-Legierungen eingesetzt werden, die bei herkömmlicher Be­ handlung und in der Körpersphäre eine geringere Dauerhaltbarkeit besit­ zen. Als Zersetzungsprodukte sind Lithium- und Magnesium-Hydroxid zu erwarten, die beide als nicht-toxisch und körperverträglich zu betrachten sind.

Eine Problematik bei der geschilderten Lithium-Magnesium-Legierung liegt darin, daß die Zersetzungsprodukte Lithium-Hydroxid und Magnesi­ um-Hydroxid schwer löslich sind und sich unter Kohlendioxidaufnahme zu den ebenfalls schwer löslichen Karbonaten umsetzen. Insbesondere Lithi­ um-Hydroxid ist dabei sehr voluminös. Die Korrosionsprodukte schlagen sich folglich als Krusten auf dem Stent nieder, die ein vielfaches des Stent­ volumens einnehmen können.

Insoweit sind andere Legierungskombinationen besser geeignet, beispiels­ weise ein Natrium-Magnesium-Legierung. Da Natrium-Hydroxid als Kor­ rosionsprodukt eine hohe Löslichkeit besitzt, zersetzt sich diese Legierung ohne voluminöse Krusten. Natrium geht in Lösung und Magnesium- Hydroxid bildet einen feinen Niederschlag, der gefahrlos in die sich bil­ dende Gefäßhaut, die sogenannte Intima, eingelagert werden kann.

Neben der Realisierung der Metall-Materialkombination in Form einer Metallegierung kann in einer weiteren grundsätzlichen Ausführungsform die Metall-Materialkombination als elektrochemisches Lokal-Element aus­ gelegt sein. Dieses besteht einerseits aus einem den Körper der Ge­ fäßwandstütze bildenden, im wesentlichen reinen ersten Metall und ande­ rerseits aus einer damit in Kontakt stehenden Lokalelektrode aus einem zweiten Metall. Letztere bildet mit dem Stützenkörper ein Lokal-Element, bei dem das Potential des Stützenkörpers entsprechend der elektrochemi­ schen Spannungsreihe verschoben ist. Die entstehende Kontaktspannung verursacht den Korrosionsprozeß des Stentkörpers. Die Korrosionsrate und damit die Zersetzungszeit des Stents kann über die Größe der Kontaktflä­ che zwischen dem korrodierbaren Stentkörper und der damit verbundenen Lokalelektrode bzw. über die Auswahl des Partnerelementes selbst gesteu­ ert werden.

Gemäß zweier alternativer Ausführungsformen kann das Partnerelement als Beschichtung auf dem Stützenkörper oder als eigenständiges, an dem Stüt­ zenkörper angebrachtes, beispielsweise daran angeschweißtes Metallteil ausgebildet sein. Im letzteren Fall können die Lokalelektroden in einer ty­ pischen Doppelfunktion auch als Röntgenmarker dienen.

Im folgenden wird die Erfindung in zwei bevorzugten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert:

Beispiel 1

Es wird ein bioresorbierbarer Metallstent aus einer Legierung hergestellt, bei der die Komponente A aus Zink und die Komponente B aus Calcium besteht. Das Gewichtsverhältnis von Zink zu Calcium beträgt dabei minde­ stens 21 : 1. Bei dieser Zn-Ca-Legierung handelt es sich um eine Legierung, bei der die Korrosionsprodukte beider Komponenten als lösliche Salze an­ fallen, was besonders vorteilhaft für die vorliegende Anwendung ist. Calci­ um-Hydroxid besitzt dabei eine so hohe Löslichkeit, daß bei langsamer Korrosion über mehrere Wochen oder Monate das Löslichkeitsprodukt nicht überschritten wird. Das Calcium-Hydroxid wird also in gelöster Form vom Blut abtransportiert und verstoffwechselt. Die Korrosionsgeschwin­ digkeit wird im übrigen über das Verhältnis der beiden Komponenten ein­ gestellt, was über einfache Versuche ermittelbar ist.

Um die mechanischen Eigenschaften, wie Duktilität, Härte und Zugfestig­ keit, des Metallstents zu verbessern, können entsprechende Legierungsbe­ standteile in geringer Konzentration zugesetzt werden. Beispielsweise könnte ist der Legierung das Nichtmetall Phosphor im Prozentbereich zu­ gegeben werden.

Beispiel 2

Bei einem bioresorbierbaren Metallstent besteht der Stützenkörper aus rei­ nem Zink, das sich - wie galvanische Versuche zeigen - bei externen Strö­ men von einigen mA ohne Gasentwicklung und ohne Oxidbildung auflöst, wie dies für korrodierbare Metallstents anzustreben ist.

Zur Erzeugung eines solchen "externen" Stromes ist nun ein Lokal- Element z. B. in Form einer Goldelektrode galvanisch oder durch Laser­ schweißen auf dem Stent angebracht und führt als Lokalelektrode zusam­ men mit dem Stützenkörper zu einer Kontaktspannung, da die Goldelektro­ de näherungsweise das Potential der Zinkelektrode annimmt und das Po­ tential der Zinkelektrode geringfügig positiver wird. Es folgt ein entspre­ chender Strom, der zur aktiven Zinkauflösung führt. An der Goldelektrode fließen entsprechende kathodische Ströme. Der Austauschstrom insgesamt wird wegen der geringen kathodischen Ströme der Goldelektrode von der Fläche der Goldelektrode bestimmt. Über diesen Mechanismus kann die Korrosionsrate also über die Fläche des Lokal-Elementes eingestellt wer­ den.

Wie Versuche gezeigt haben, stellt sich bei einem Gold-Lokal-Element auf Zink ein Austauschstrom nach wenigen Minuten ein, der über mehrere Ta­ ge konstant bleibt. Insoweit ist eine konstante Korrosionsrate erzielbar, wobei beispielsweise ein 10 mg schwerer Stent bei 10 µA Korrosionsstrom sich in zirka 30 bis 40 Tagen auflösen wird.

Claims (16)

1. Implantierbare, bioresorbierbare Gefäßwandstütze, insbesondere Ko­ ronarstent, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßwandstütze aus einer sich im Körper ohne schädliche Auswirkungen auf den Implan­ tat-Träger zersetzenden Metall-Materialkombination besteht.

2. Gefäßwandstütze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Materialkombination als Metall-Legierung ausgelegt ist, die mindestens aus einer ersten Komponente, die eine schützende Pas­ sivierungsschicht bildet, und aus einer zweiten Komponente besteht, die eine ausreichende Korrosion der Legierung gewährleistet.

3. Gefäßwandstütze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente aus einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe Magnesium, Titan, Zirkon, Niob, Tantal, Zink oder Silizium und die zweite Komponente aus einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe Lithium, Natrium, Kalium, Calcium, Mangan oder Eisen ausgewählt sind.

4. Gefäßwandstütze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Metall-Legierung so ausgewählt sind, daß die Korrosionsprodukte als lösliche Salze oder sehr feine Partikel oder kolloide Partikel entstehen.

5. Gefäßwandstütze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bestandteile der Metall-Legierung so ausge­ wählt sind, daß sie mit einer solchen Geschwindigkeit korrodieren, daß die bei der Korrosion entstehenden Gase sich physikalisch in der die Gefäßwandstütze beaufschlagenden Körperflüssigkeit lösen.

6. Gefäßwandstütze nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Legierung als korrosionshemmende Kompo­ nente A Zink enthält.

7. Gefäßwandstütze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Zink-Calcium-Legierung ist.

8. Gefäßwandstütze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Zink zu Calcium in der Legierung minde­ stens 21 : 1 beträgt.

9. Gefäßwandstütze nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Legierung zur Korrosionshemmung mit Was­ serstoff begast ist.

10. Gefäßwandstütze nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Legierung das Nichtmetall Phosphor zugesetzt ist.

11. Gefäßwandstütze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Materialkombination als elektrochemisches Lokal-Element ausgelegt ist, das einerseits durch den Körper der Gefäßwandstütze aus einem im wesentlichen reinen ersten Metall und andererseits durch eine damit in Kontakt stehende, zu einer Kontaktspannung füh­ renden Lokalelektrode aus einem zweiten Metall gebildet ist.

12. Gefäßwandstütze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalelektrode als Beschichtung auf dem Stützenkörper ausgebil­ det ist.

13. Gefäßwandstütze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalelektrode als an dem Stützenkörper angebrachtes, insbeson­ dere daran angeschweißtes Metallteil ausgebildet ist.

14. Gefäßwandstütze nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stützenkörper aus Zink besteht.

15. Gefäßwandstütze nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lokalelektrode aus einem Edelmetall, insbe­ sondere Gold, Platin oder Iridium besteht.

16. Gefäßwandstütze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lokalelektrode bildende Beschichtung durch Galvanisierung oder Sputtern aufgebracht ist.