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Die Erfindung betrifft eine medizinische
Vorrichtung zur Platzierung in einem Körpergefäß eines Patienten gemäß den Merkmalen
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Im spezielleren steht die Erfindung
im Zusammenhang mit vaskularen oder kardiovaskularen Stents.
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In den Industrieländern gehören vaskulare Krankheiten zu
den Hauptursachen für
Behinderungen und Tod. In den Vereinigten Staaten sind mehr als
die Hälfte
aller Todesursachen kardiovaskulare Krankheiten. Die bekannteste
Form von vaskularen Krankheiten ist Arteriosklerose, die unzureichende Blutzufuhr
von Organen verursacht. Herzinfarkt, Schlaganfall und Nierenversagen
können
die Folge sein. Arteriosklerose kann Folge einer vaskularen Verletzung
sein, bei der die vaskularen glatten Muskelzellen einer Arterienwand
einer Hyper proliferation unterzogen werden, in die innere Gefäßschleimhaut eindringen
und sich ausbreiten. Das kann zur Folge haben, dass die Gefäße im Falle
einer lokalen Blutgerinnung vollständig verstopft werden. Dies
kann zu einem Absterben des von dieser Arterie versorgten Gewebes
führen.
Wenn es sich dabei um eine Koronararterie handelt, kann diese Verstopfung
Herzinfarkt und Tod zur Folge haben.
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Eine Verstopfung der Koronararterie
kann mit einem Koronararterien-Bypass und/oder Angioplastie behandelt
werden. Beide Prozeduren können anfänglich erfolgsversprechend
sein, sind aber praktisch nutzlos, falls nach einer solchen Behandlung eine
Restenose auftritt. Es wird vermutet, dass auch bei einer Restenose
eine Hyperproliferation von vaskularen glatten Muskelzelllen stattfindet.
Bei einem Drittel der durch Angioplastie behandelten Patienten tritt
innerhalb von sechs Monaten nach der Behandlung eine Restenose und
Verschluss auf, wobei bewiesen ist, dass die Restenoserate bei einigen
Patientengruppen (Diabetiker, Raucher) deutlich erhöht ist.
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Während
das Ergebnis der Restenose das gleiche ist (Verlust von intraluminalem
Raum), wird angenommen, dass der Mechanismus im Falle von perkutanter
transluminaler koronaler Angioplastie (PTCA) und Stenting unterschiedlich
ist. Eine Hauptursache für
Restenose nach einer PTCA ist ein stenotischer Verschluss durch
elastische Umgestaltung der Gefäßwand, wohingegen
ein Lumenverlust durch Nicht-Wachstum der Gewebezellen in den intraluminalen
Raum (Intimal-Hyperplasie) weniger dominierend ist. Im Falle von
gestenteten Gefäßen ist
die Restenose dominierend aufgrund der Intimal-Hyperplasie.
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Nach einer Ballon-Verletzung durch
Angioplastie oder Stenting liegt das Gefäß bloß – freigelegt von der endothelialen
Schicht. Dies führt
zu erhöhter Leukozyten-Proliferation,
getrennt in Neutrophile und Mononukleozyten, um die Zellulartrümmer zu
beseitigen (scavenge). Die Aktivierung dieser Zellen führt zu einer
Freigabe von verschiedenen vermittelnden Faktoren (Zytokine), von
denen gezeigt wurde, dass sie eine Proliferation von glatten Muskelzellen
einlei ten. Eine Senkung dieser Faktoren stoppt die Proliferation.
Bei anhaltender Verletzung jedoch tritt keine Senkung auf, was zu
vaskularer Hyperplasie und Restenose führt. Das Ausmaß und die
Art der Entzündung
korrelieren daher direkt mit dem Ausmaß und der Schwere der Restenose
durch Zellular-Hyperplasie (glatte Muskelzellen-Proliferation).
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In Gefäßen, bei denen nur PTCA alleine
angewandt wurde, wurden nur Neutrophile wahrgenommen, jedoch keine
Makrophagen. Dies ist ein klares Anzeichen dafür, dass keine Fremdkörper-Reaktion involviert
ist.
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Andere Studien haben bewiesen, dass
die PTCA im Vergleich zum Stenting keine chronische Verletzung einleitet.
Allerdings kamen bei gestenteten Gefäßen zahlreiche Fremdkörperreaktionen
vor. Es wurden hohe Konzentrationen von Makrophagen sowie Gewebegranulation
festgestellt. Das deutet darauf hin, dass zusätzlich zur Wundheilung eine Fremdkörperreaktion
stattgefunden hat. Ursache kann das Stentmaterial sein.
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Eine Studie fand eine enge Korrelation
zwischen der In-Stent Restenose und Kontaktallergien gegen Metalle.
Angesichts dieser Erkenntnisse wird die Wahl des für Stents
verwendeten Materials und dessen negative Eigenschaft, sowohl eine
lokale entzündliche
Reaktion als auch eine systemische allergische Reaktion hervorzurufen,
sehr wichtig. Zum Beispiel verursachen Stents, die mit einer biokompatiblen
Schicht bezogen sind, viel häufiger
entzündliche
Reaktionen und Hyperplasien als unbeschichtete Stents.
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Die meisten derzeit verwendeten Stentprodukte
bestehen aus Edelstahl oder Nitinol. Umfangreiche In-Vivo und In-Vitro-Studien
bestätigten
eine gute Biokompatibilität
dieser Metalllegierungen. Umgekehrt sind aber entzündliche
und allergische Reaktionen, die in Verbindung mit diesen Metallimplantaten
stehen, ausreichend dokumentiert. Gesammelte Daten über Patienten
mit einem Metall-Hüftimplantat haben
eine direkte Korrelation zwischen einerseits erhöhter Menge von Chrom- und Nickelionen
gezeigt, andererseits eine Verringerung von weißen Blutkörperchen. Das gesamte Immunsystem
wurde geschwächt.
Noch 3 Jahre nach einer Arthroplastie fand man bei Patienten sowohl
im Blutserum als auch im Urin signifikant erhöhte Konzentrationen von Metallionen.
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Nitinol enthält eine hohe Konzentration
an Nickel. Edelstahl enthält
Nickel, Chrom und Molybdän.
Akute Toxizität
und Zytotoxizität
von Ionen dieser Metalle wurden bewiesen. Mehrere Studien, die durchgeführt wurden,
um die Wirkung von austretenden Metallionen aus Nitinol und Edelstahl
zu bewerten, bestätigten
die toxische Wirkung von hohen ionischen Konzentrationen auf verschiedene
In-Vitro-Zellkulturen, einschließlich Fibroblasten, Epithel- und
glatte Muskelzellen. Untersuchungen zeigen, dass, während geringe
Konzentrationen von austretenden Ni-Ionen keine Aktivierung von
ICAM (Improved Chemical Agent Monitor/interzellulare Adhäsionsmoleküle) auf
der Oberfläche
von Endothelzellen hervorrufen, sind diese Werte jedoch ausreichend, um
die Freisetzung von IL-6 aus Monozyten zu verursachen, und dies
wiederum führt
indirekt zu einer Aktivierung von ICAM. Diese Tatsache ist sehr
wichtig, da aktivierte Endothelzellen verantwortlich für eine Vermehrung
der entzündlichen
Blutzellen sind. Folglich bleibt eine erhöhte Menge an Entzündungszellen im
Stentbereich und ermöglicht
weitere Neointima-Proliferation.
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Während
all diese Studien mit verschiedenen toxischen Konzentrationsmengen
für Ni-Ionen und
Cr-Ionen durchgeführt
werden, kommen sie jedoch alle zu dem gleichen Ergebnis, dass die
Ursache für
diese Ionen eine Art von Korrosionsprozess ist, der zur Auswaschung
aus der Legierung führt. Daher
ist die Frage der Langzeit Korrosionsresistenz des Stentmaterials
ein wichtiger Punkt für
die Senkung von In-Stent-Restenose.
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Die Korrosionsresistenz von Metallimplantaten
beruht auf deren Passivierung durch eine dünne Oxidschicht. Mehrere Oberflächen-Passivierungstechniken
wurden für
den Stentgebrauch in Erwägung
gezogen. Die allgemeine Schluss folgerung all dieser Studien ist,
dass eine bessere Oberflächenpassivierung
das Austreten von Metallionen signifikant beeinträchtigt/reduziert.
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Eine weitere Möglichkeit, das Wachstum der Zellen
in das Gefäßlumen hinein
kontrollieren zu können,
besteht darin, den Stent radioaktiv zu machen. Hierzu werden Radioisotope
mit hoher Zerfallsenergie verwendet, damit die Wirkung der Strahlung
auf die unmittelbare Umgebung des Stent beschränkt ist. Allerdings ist die
Problematik bekannt, dass die Restenose zwar innerhalb des radioaktiven
Stents fast vollständig
unterdrückt
werden kann, aber an den Enden des Stents noch eine starke Gewebewucherung
auftritt. Für
das negative Verhalten der radioaktiven Stents könnte eine aufgrund der kurzen Reichweite
der β-Strahlung
zu geringe Strahlungsdosis an den Stentenden sein. Dieses Problem
lässt sich
nur durch eine höhere
Aktivität
an den Stentenden lösen.
Ferner ist ein üblicherweise
verwendeter Ballimplantations-Katheder ca. 2–3 mm
auf beiden Enden länger
als der Stent, damit dieser beim Einführen in die Stenose nicht verloren
geht. Dies kann zu einer Verletzung der Arterienwand in relativ
großem Abstand
vom Stent führen.
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Weitere Ansätze zur Vermeidung von Restenosen
sind das Einbringen von Radioaktivität vor oder nach der Ballondillatation.
Es zeigte sich, dass durch die Bestrahlung der Gefäßwand das
Zellwachstum nach einer Ballondillatation deutlich vermindert werden
kann. Nachteilig ist hieran, dass eine starke radioaktive Quelle
in den Körper
des Patienten eingebracht werden muss, um in kurzer Zeit eine entsprechend
hohe Strahlendosis auf die Gefäßwand zu bringen.
Operationsteam und Patienten sind bei dieser Vorgehensweise einer
höheren
Strahlungsbelastung ausgesetzt, als bei der Verwendung eines radioaktiven
Stents mit geringerer Aktivität.
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Radioaktive Stents können durch
das Verfahren der Ionenimplantation hergestellt werden, bei welchem
aus einer speziellen Ionenquelle Ionen in das Material des Stents
hinein geschossen werden. Die Radioaktivität befindet sich unter der Oberfläche des
Stentmaterials.
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Es ist auch bekannt, dass Stents
durch Auftragen von Schichten passivieren. Gewisse Metalle, wie
Eisen, Chrom, Nickel und gegebenenfalls ihre Legierungen reagieren
in Gegenwart eines als Korrosionsschutz wirkenden Oberflächenfilms
sehr langsam. Edelstahl zum Beispiel wird durch die dünne schützende Chromschicht
veredelt. Die Art des passiven Films hängt hauptsächlich von dem Metall und den
Bedingungen ab, unter welchen der Film hergestellt ist.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass
auf eine implantierte medizinische Vorrichtung, wie z.B. einen im
Körper
des Patienten platzierten Stent, aufgetragene Beschichtungen, nicht
in jedem Fall die gewünschte
Haftung zum Substrat des Stents besitzt, so dass sich die Oberfläche des
Stents verändert
und es bei freiliegendem Substrat des Stents zu Auswaschungen von
Metalllegierungen kommen kann, mit den oben beschriebenen nachteiligen
Folgen.
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Das Aufbringen von passivierenden
Schichten bei Stents ist insbesondere deshalb problematisch, weil
die Stents bei der Platzierung in dem Körperlumen eine erhebliche mechanische
Belastung erfahren. Aufgrund unterschiedlicher Materialeigenschaften
der Beschichtung und des Substrats ist nicht auszuschließen, dass
Risse in der Beschichtung auftreten oder es gar zu Abplatzungen
der Beschichtung kommt.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine medizinische Vorrichtung zur Platzierung
im Körper
eines Patienten bereitzustellen, welche hinsichtlich der Passivierung
der Oberfläche
seines Substrats verbessert und damit günstigere biokompatible/hämokompatible
Eigenschaften aufweist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Bereitstellung
einer medizinischen Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Der Kern der Erfindung ist, dass
in das Substrat der medizinischen Vorrichtung Fremdionen eingelagert
sind, welche eine für
Substrationen diffusionshin dernde Grenzschicht zwischen der Oberfläche und
dem Inneren des Substrats ausbilden.
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Die Ionenimplantation ist ein Vakuumverfahren,
bei dem die geladenen Elementarteilchen (Ionen) mit hoher Energie
auf Festkörperoberflächen geschossen
werden. Die Ionen dringen dabei in Form von Metallionen, Edelgasionen
oder wie hier in Form von Reaktivionen in die oberflächennahen
Bereiche des Substrats ein. Im Unterschied zum Ionenstrahlbeschichten,
der Plasma-Immersions-Ionenimplantation, wird bei der Ionenimplantation
keine zusätzliche
Schicht auf das Substrat "aufgebracht", sondern atomare
Bausteine werden unter die Substratoberfläche "eingebracht". Ein Vorteil dabei ist eine ausgezeichnete
Maßhaltigkeit
der vergüteten
Oberflächen. Insbesondere
bestehen keine Probleme der Haftfestigkeit, wie sie von anderen
Beschichtungsverfahren her bekannt sind.
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Besondere Vorzüge, mit denen sich die Ionenimplantation
von anderen Dünnschichttechnologien
abgrenzt, sind ferner die Beibehaltung der Finish-Bearbeitung, die
niedrige Prozesstemperatur sowie die Variabilität der Substratmaterialien (Metalle,
Kunststoffe, Keramik) und der Art der Fremdionen. Legierungen können auch
bei hoher Reproduzierbarkeit außerhalb
des thermodynamischen Gleichgewichts hergestellt werden. Die Finish-Bearbeitung kann
zum Beispiel eine Glättung
der Oberfläche durch
elektrische oder mechanische Politur sein.
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Bei der Ionenimplantation handelt
es sich zudem um ein umweltverträgliches
Verfahren, das insbesondere hinsichtlich strahlungstechnischer Probleme,
wie sie bei radioaktivierten Stents auftreten können, unbedenklich ist. Ein
weiterer Vorteil ist die extrem geringe Eindringtiefe der eingebrachten
Fremdionen in das Substrat, so dass die mechanischen Eigenschaften
des Substrats weitgehend unverändert bleiben.
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Bei der beanspruchten medizinischen
Vorrichtung werden Fremdionen mit relativ hoher Energie unter Vakuum
auf die gesamte Oberfläche
des Substrats geschossen und dringen in diese ein. Das heißt, die
Fremdionen ersetzen entwe der freie Plätze in der Gitterstruktur des
Substrats oder verdrängen andere
Atome von den oberflächennahen
Plätzen des
Substrats und ersetzen diese Plätze.
Eine wesentliche Anreicherung der Fremdionenkonzentration findet
nicht statt, da lediglich freie und frei gewordene Gitterplätze durch
Fremdionen ersetzt werden.
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Je nach Höhe der Energiedosis sind Substrationen,
insbesondere Nickelionen, mehr oder weniger weit in Richtung des
Inneren des Substrats zurückgedrängt. Die
diffusionshindernde Grenzschicht kann daher auch im Abstand von
der Substratoberfläche
weiter im Inneren des Substrats ausgebildet sein. Die diffusionshindernde
Grenzschicht befindet sich folglich nicht notwendigerweise direkt
an bzw. unterhalb der Oberfläche.
Vorzugsweise wird eine hohe Energiedosis gewählt, damit Substrationen, insbesondere
des Elements Nickel, in ausreichend tiefe Schichten verlagert sind.
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Durch die Variation der Implantationsenergie ist
es ferner möglich,
zusätzlich
zur im Inneren des Substrats ausgebildeten Grenzschicht die äußere Oberfläche des
Substrats derart mit Fremdionen anzureichern, dass die Konzentration
der Fremdionen an der Oberfläche
bzw. in unmittelbar oberflächennahen
Bereichen größer als
90% ist. Die Konzentration kann sogar größer als 95% sein. Durch die
Wahl geeigneter Fremdionen wird die Biokompatibilität des Substrats
entscheidend verbessert. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Kombination
aus diffusionshindernder Grenzschicht im tiefer liegenden Inneren
des Substrats mit einer unmittelbar unter der Oberfläche eingebrachten
biokompatiblen Schicht.
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Versuche mit Kohlenstoffionen als
Fremdionen, d.h. einer Karbonisierung eines Substrats insbesondere
eines Stents haben gezeigt, dass bevorzugt Schwermetalle, insbesondere
Nickel, verdrängt
und durch den körpereigenen
und damit sehr biokompatiblen Kohlenstoff ersetzt werden.
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Die Eindringtiefe des Karbons beträgt je nach
Substrat zwischen zwischen wenigen Nanometern und bis zu ca. 20
Mikrometern, was gegenüber der
Materialstärke
eines üblichen
Stents eine sehr geringe Eindringtiefe darstellt, so dass das Substrat als
Ganzes betrachtet seine mechanischen Eigenschaften beibehält. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann daher auch ein Substrat mit sehr spezifischen physikalischen
Eigenschaften besitzen, wie beispielsweise Nitinol.
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Fremdionen können sowohl Ionen eines einzigen
Elements sein wie beispielsweise Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff
oder Tantal, wobei mit letzterem zugleich die Röntgensichtbarkeit verbessert
wird. Ionen der genannten Elemente haben die positive Eigenschaft,
Metallionen, insbesondere Schwermetallionen zu verdrängen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des
Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach Anspruch 2 können die Fremdionen dabei auch
ein Gemisch aus Ionen mehrerer Elemente sein, beispielsweise aus
Kohlenstoff und Sauerstoff. Entscheidend dabei ist, dass dieses
Gemisch aus Fremdionen eine spezifische Beeinflussung der Zusammensetzung
der diffusionshindernden Grenzschicht ermöglicht. Würden zunächst Fremdionen eines ersten
Elements durch Ionenimplantation in die medizinische Vorrichtung
eingebracht werden und anschließend
Fremdionen eines zweiten Elements, dann hätte dies zur Folge, dass die
Fremdionen des zweiten Elements die Fremdionen des ersten Elements
in tiefere Schichten verdrängen,
so dass die gewünschten
Eigenschaften der medizinischen Vorrichtung unter Umständen nicht
erreicht werden können.
Entscheidend ist also, dass Ionen der gewünschten Elemente gleichzeitig
und nicht nacheinander implantiert werden.
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Als besonders vorteilhaft haben sich
als Fremdionen Kohlenstoffionen bzw. Kohlenstoff, Analoge und/oder
Derivate davon gezeigt ebenso wie Sauerstoffionen, die aufgrund
ihrer Fähigkeit, Schwermetallionen
zu verdrängen,
im Sinne der Erfindung als Metallionen-Verdränger bezeichnet werden können.
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Zwar können je nach Substrat Fremdionen bis
zu einer Tiefe von etwa 20 μm implantiert
werden, es können
aber auch deutlich geringere Eindringtiefen genügen, um eine ausreichend diffusionshindernde
Grenzschicht zwischen der Oberfläche
und dem Inneren des Substrats auszubilden.
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Wesentlich für die Funktion der Grenzschicht ist,
dass die Oberfläche
für Ionen
von Metallen mit einer höheren
Dichte als 4,5 g/cm3 (Schwermetalle) undurchlässig ist,
und zwar unabhängig
von der Lage der Grenzschicht. Metalle mit einer höheren Dichte als
4,5 g/cm3 (z.B.
Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Zinn, Chrom, Kadmium, Blei, Quecksilber,
Nickel) können, wie
anfangs beschrieben, in bestimmter Dosierung entzündungsfördernd und
gegebenenfalls toxisch auf den menschlichen Organismus wirken.
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Während
Schwermetalle im Sinne des Patentanspruchs 6 grundsätzlich in
verschiedenen Substraten medizinischer Vorrichtungen vorkommen können, ist
dies insbesondere der Fall, wenn das Substrat ein Metall ist. Als
Metalle insbesondere für Stents,
kommen medizinische Edelstähle,
Nitinol aber auch Kobaltlegierungen mit hohem Nickelanteil in Frage.
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Als zusätzliche Maßnahme zur Reduzierung der
Proliferation im Bereich der in dem Körper des Patienten eingebrachten
Vorrichtung können
therapeutische Mittel eingesetzt eingesetzt werden.
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Das Zytostatikum Paclitaxel ist als
besonderes effektiv bekannt, um einige Krebsarten zu hemmen und
gegebenenfalls Restenose effektiv bekämpfen zu können. Systematische Verabreichung von
Paclitaxel kann unerwünschte
Nebenwirkungen hervorrufen. Dies macht die lokale Anwendung zur bevorzugten
Behandlungsart. Eine lokale Behandlung mit Paclitaxel kann effektiver
sein, wenn es über einen
längeren
Zeitraum verabreicht wird. Vorzugsweise ist dieser Zeitraum zumindest
so lang wie die normale Reaktionszeit des Körpers nach einer Angioplastie.
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Versuche haben gezeigt, dass eine
lokale Verabreichung von Paclitaxel über einen Zeitraum von Tagen
oder sogar Monaten eine Restenose höchst effektiv verhindern kann.
Solch eine lange Zeitspanne kann durch eine aus dem Stent zeitgesteuerte
Freisetzung ersetzt werden.
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Wenn sich ein Stent allerdings sich über einen
längeren
Zeitraum in Kontakt mit dem Blutstrom befindet, kann dies eine Thrombusbildung
verursachen, die ebenfalls den inneren Gefäßdurchmesser verengen kann.
Eine Substratoberfläche,
die ein therapeutisches Mittel wie Paclitaxel freisetzt, kann daher
zwar Restenosen, nicht aber eine Thrombusbildung verhindern. Wünschenswert
ist daher ein Stent mit Restenose hemmenden Eigenschaften, der über einen
längeren
Zeitraum im Körper
bleiben kann, ohne dass sich an dieser Stelle ein Thrombus bilden kann.
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Indem eine Restenose hemmende Substanz im
Gegensatz zu einer auf den Stent aufgetragenen Beschichtung in einen
Stent imprägniert
ist, d.h. unter die Oberfläche
eingebracht wird, werden die Probleme Bruch, Abblättern und
mangelhafte Adhäsion
der Beschichtung und damit Verlust der Restenose hemmenden Substanz
umgangen. Gleichzeitig kann an dem Substrat ein Bindungsmittel vorgesehen
sein, welches die Bindung von Anticoagulanzien, wie z.B. Heparin,
an das Bindungsmittel und damit an das Substrat ermöglicht.
Durch diese Kombination von Restenose hemmenden Substanzen und über ein Bindungsmittel
dem Substrat zugeordnete Anticoagulanzien ist es möglich, sowohl
eine Restenose als auch eine Thrombusbildung wirkungsvoll zu verhindern.
Selbstverständlich
ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, andere therapeutische
Mittel über
ein Bindungsmittel dem Substrat zuzuordnen, wie beispielsweise Zytostatika
wie Paclitaxel, wenn dies aus therapeutischer Sicht sinnvoll ist.
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Vorteilhaft ist nicht nur das therapeutische Mittel
dem Bindungsmittel lösbar
zugeordnet. Es kann auch das Bindungsmittel lösbar dem Substrat zugeordnet
sein. Es ist im Rahmen der Erfindung daher möglich, dass sich dass Bindung mittel
entweder nach der Freisetzung des therapeutischen Mittels oder gleichzeitig
mit der Freisetzung des therapeutischen Mittels selbsttätig von
dem Substrat löst.
Nach dem Ablösen
des Bindungsmittels, z.B. im Anschluss an das Abklingen einer Körperreaktion
auf eine z. B. durch Stenting hervorgerufene lokale Verletzung, kommt
es primär
darauf an, allergische Reaktionen des Körpers auf das Substrat, insbesondere
Restenosen zu vermeiden. Diese Funktion erfüllt die erfindungsgemäße Vorrichtung
allein durch die implantierte diffusionshindernde Grenzschicht.
Ein Bindungsmittel, wie z.B. eine polymere Beschichtung, hat die
ihr zugedachte Aufgabe mit der vollständigen Abgabe des therapeutischen
Mittels erfüllt.
Der Vorgang des Ablösens
oder auch Auflösens
ist nicht auf einen bestimmten Zeitraum beschränkt sondern kann auch langfristig
erfolgen.
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Ein bevorzugtes Gebiet zur Verwendung
einer medizinischen Vorrichtung, die mit einer Restenose hemmenden
Substanz versehen ist, sind Stents für korronare Arterien, hergestellt
aus einem metallischen Material wie beispielsweise Nitinol oder
Edelstahl.
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Nachfolgend wird anhand der schematischen
Darstellung der 1a und 1b der Unterschied zwischen einem Beschichtungsprozess
und einer Ionen-Implantation
erläutert.
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Bei einer Beschichtung (1a) werden beispielsweise C-Atome der
Oberfläche
zusätzlich
zugeführt.
Der Pfeil P kennzeichnet dabei die ursprüngliche Oberfläche. Da
es sich bei dem Substrat 1 und der Beschichtung B um zwei
unterschiedliche Werkstoffe mit voneinander abweichenden physikalischen Eigenschaften
handelt, kann es zu Problemen hinsichtlich der Haftfähigkeit
der Beschichtung B kommen. Dies kann bedeuten, dass ein karbonisierter Stent
aus Edelstahl bei der Ballondillatation im Übergangsbereich zwischen der
Beschichtung B und dem Substrat 1 Beschädigungen erleidet, wobei die
Beschichtung B rissig werden kann oder eventuell sogar absplittert.
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Dahingegen werden während der
Ionenimplantation (1b) Fremdionen 3 (z.B.
C-Ionen) direkt in eine Oberfläche 2 eines
Substrats 1 (z.B. Edelstahl) implantiert. Zu einem Problem
hinsichtlich der Haftfähigkeit
kann es nicht kommen, wenn das Substrat 1 bzw. der Stent
durch das vorbeschriebene Verfahren der Ionenimplantation karbonisiert
ist. Mit dem vorbeschriebenen Verfahren wird durch festes Einbinden
der Fremdionen 3 eine inerte Oberfläche 2 geschaffen,
die eine Diffusion von Substrationen 4, insbesondere von
Schwermetallionen, verhindern. Dies stellt einen Schutz gegen Allergien
und entzündliche
Reaktionen dar und trägt
dazu bei, Restenosen zu vermeiden.
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2 zeigt
die relative Konzentration K von implantierten Fremdionen 3 (C-Ionen)
sowie die relative Konzentration von Fe-Ionen und Ni-Ionen in Abhängigkeit
von der Tiefe T. Die Tiefe T wird ausgehend von der Oberfläche 2 des
Substrats 1 gemessen.
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Es ist zu erkennen, dass die Konzentration
K der Fremdionen 3 in geringem Abstand von der Oberfläche 2 zunächst bis
zu einem Maximum zunimmt und im weiteren Verlauf abnimmt. Auffällig ist,
dass die Konzentration von Ni-Ionen in oberflächennahen Bereichen gegen Null
geht. Die Konzentration von Ni-Ionen
strebt sogar im Abstand von der Oberfläche gegen Null, so dass bis
auf eine schmale Überlappungszone
zwischen C-Ionen und Ni-Ionen eine durch die erhöhte C-Ionen-Konzentration gebildete Grenzschicht 5 eine
Diffusionsbarriere für
Ni-Ionen darstellt. Ni-Ionen können
zwar bis zu einem bestimmten Grenzwert der Konzentration an Fremdionen 3 in
die Grenzschicht eindringen, diese jedoch nicht durchdringen, so
dass zumindest ein Teil der Substrationen, nämlich die Ni-Ionen, die stellvertretend
für alle
Schwermetallionen genannt sind, nicht durch die Grenschicht hindurch
zur Oberfläche 2 des Substrats 1 diffundieren
können.
Die Verfahrensparameter für
die Ionenimplantation sind dabei in jedem Fall derart gewählt, dass
eine Diffusion von bestimmten Substrationen vermieden wird. Wesentlich
dabei ist eine hinreichende Anreicherung der Grenzschicht mit Fremdionen
und eine gewisse Mindestdicke der Grenzschicht.
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Unmittelbar an der Oberfläche 2 befinden sich
bei diesem Beispiel nur Fe-Ionen
und C-Ionen in etwa gleicher Verteilung. Mit zunehmender Tiefe steigt
dann die Fe-Ionen-Konzentration an und im Anschluss an die Grenzschicht
steigt auch die Konzentration der Ni-Ionen auf die im Inneren 6 des
Substrats 1 herrschenden Konzentrationsverhältnisse an.
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- 1
- Substrat
- 2
- Oberfläche v. 1
- 3
- Fremdionen
- 4
- Substrationen
- 5
- Grenzschicht
- 6
- Inneres
v. 1
- B
- Beschichtung
- K
- relative
Konzentration
- T
- Tiefe