Design, manufacture and initial tests of a drug-eluting coronary stent / Diseño, fabricación y pruebas iniciales de una endoprótesis coronaria liberadora de fármaco

Abstract Introduction: A drug-eluting coronary stent is being developed at the National Institute of Cardiology of Mexico for the treatment of ischemic heart disease. Objective: To establish the best animal model for the tests, to show the advances in the drug-eluting stent prototype, to assess two drugs’ antiproliferative activity and histological results. Method: Smooth muscle cell culture tests were performed in order to assess sirolimus and paclitaxel antiproliferative properties. The drugs were encapsulated inside the polymeric matrix of the stents. Rabbits and pigs were used as animal models. Results: Sirolimus and paclitaxel showed an inhibitory effect, which was higher for the latter. Infrared spectroscopy and light and optical microscopy showed that the drug/polymer layer properly adhered to the stent. At a four-week follow-up, both animal models showed satisfactory clinical evolution and adequate histological response, although the porcine model was shown to be more suitable for future protocols. Conclusions: Preliminary tests of the drug-eluting stent provided bases for the development of a study protocol with an adequate number of pigs and with clinical angiographic and histopathological three-month follow-up.

Resumen Introducción: En el Instituto Nacional de Cardiología de México se desarrolla una endoprótesis (stent) coronaria liberadora de fármacos para el tratamiento de la cardiopatía isquémica. Objetivo: Establecer el mejor modelo animal para las pruebas, mostrar los avances en el prototipo del stent liberador de fármacos, evaluar la actividad antiproliferativa de dos fármacos y los resultados histológicos. Método: Se realizaron cultivos de células de músculo liso para evaluar las propiedades antiproliferativas de sirolimus y paclitaxel. Los fármacos fueron encapsulados en el interior de la matriz polimérica de los stents. Se emplearon conejos y cerdos como modelos animales. Resultados: Sirolimus y paclitaxel mostraron efecto inhibitorio, mayor en el segundo. La espectroscopia infrarroja y la microscopia óptica y electrónica mostraron que la capa del polímero con el fármaco se adhería adecuadamente al stent. A las cuatro semanas de seguimiento, ambos modelos animales mostraron evolución clínica satisfactoria y adecuada respuesta histológica, si bien el modelo porcino resultó más conveniente para protocolos futuros. Conclusiones: Las pruebas preliminares del stent liberador de fármaco brindó bases para desarrollar el protocolo con un número adecuado en cerdos y con seguimiento clínico angiográfico e histopatológico a tres meses.

Design and manufacture of a coronary stent INC-1 and initial tests in experimental animal model / Diseño y fabricación del stent coronario INC-1y pruebas iniciales en animales de experimentación

Abstract In this paper, we describe our coronary stent (INC-1) design and development, the way that we found the specific characteristics needed for our device including biophysics aspects, design, finite element testing, manufacturing, and mechanic trials, we submitted and animal models experiences. The stent platform was cobalt-chromium L605 (Co-Cr), with struts thickness of 80 μm, balloon expandable. We placed the coronary stent INC-1 on a rabbit and dog models so we can evaluate efficacy and security of the device in relationship to its biomechanical properties including navigation capacity, traceability, symmetric expansion, and safety, as well as endothelial attachment, thrombogenicity, and lack of involvement of secondary branches in these models. We succeeded in efficacy and safety of the device after fluoroscopy-guided implant proving excellent capacity of release system, traceability, fluoroscopic visualization, symmetric expansion, and complete endothelial attach. Furthermore, we obtained a good post-implant balloon withdrawal, functional integrity, and no vascular complications. We observed adequate clinical evolution 3 weeks after the stent implantation.

Resumen En esta publicación se describen el diseño y el desarrollo de un stent coronario (INC-1), la forma en que se determinaron las características biofísicas deseadas, el diseño y las pruebas computacionales por elemento finito, su fabricación, así como las pruebas mecánicas a las que se sometió el prototipo y por último las primeras experiencias en modelos animales. La plataforma del stent desarrollado fue de cobalto y cromo L605 (Co-Cr), con struts de 80 μm de grosor, expandido por balón. La colocación del stent coronario INC-1 se realizó en un modelo de conejo y uno canino con el objetivo de evaluar el éxito técnico y de seguridad del stent en relación con las propiedades biomecánicas (capacidad de navegación, maniobrabilidad, expansión simétrica del stent) y de seguridad (fijación a la pared vascular y ausencia de compromiso de ramas secundarias y formación de trombos en el momento de la colocación del stent en el modelo animal). Se obtuvo éxito técnico y de seguridad del stent después del implante guiado por fluoroscopia, lo que demostró adecuada capacidad del sistema liberador, excelente maniobrabilidad, adecuada visualización fluoroscópica, expansión simétrica y fijación completa a la pared vascular, capacidad para retirar el balón desinflado después del implante, e integridad funcional y sin complicaciones vasculares. La evolución clínica fue favorable a tres semanas del seguimiento planeado.

Human pilot study of bare-metal stent: INC-01

ABSTRACT Background: The cost of performing a percutaneous coronary intervention is considerably high for the patient as well as for health systems, which have promoted the development of local technology to help meet the need for these devices. Methods: The INC-01 bare-metal stent was developed at the National Institute of Cardiology in Mexico City and was first implanted on porcine models with technical success in 100% of the evaluated parameters. Presentation of Cases: We present the first three cases of patients with ischemic heart disease, to whom the INC-01 bare-metal stent was implanted. Intracoronary ultrasonography was performed post-stent implantation, showing all the characteristics of implant success during evaluation and clinical follow-up. Conclusions: Angiography and intracoronary ultrasound were carried out demonstrating that the INC-01 bare-metal stent has physical, biological, and histological characteristics similar to those found in commercial metallic stents.