JP6323696B2 - ステントシステム - Google Patents

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Description

本出願は、2013年8月16日に出願された米国特許仮出願第61/866,859号の優先権の利益を主張し、参照によりその全文を本明細書に組み込む。
本発明は、一般に、ステントまたはスキャフォールド送達および配置方法ならびに装置に関する。より具体的には、本発明は分岐病変の治療に使用することができる生体吸収性スキャフォールドのための方法および装置に関する。
病変血管、特に1つまたは複数の主血管から伸びる側枝を有する血管では、病変を治療するためにこれらの分岐点にステントを埋め込む際に困難が生ずる場合がある。例えば、主血管に添ってステントを埋め込む場合、側枝への開口部はステント壁により制限されることがある。ステントに沿ったオープンセルはサイズが拡張されて主血管と側枝との間でより大きな流れを可能とするが、このようなオープンセルの拡大により、さらなる難題が発生することがある。
例えば、オープンセルを拡大することにより、ステントストラットに多くの亀裂または破断を生じる場合がある。これは、特に生体吸収性ポリマーステントまたはスキャフォールドのオープンセルを拡大しようとする際に起こる可能性がある。
ステントなどの多くのポリマー埋め込み品は、押出しまたは射出成形などのプロセスにより作製されるので、このような方法は、典型的には、本質的に弱くて脆い出発材料からこのプロセスが開始される。ポリマーステントの例では、得られたステントは、特に拡張時に脆性破壊を生じ易くなる可能性がある。また、上述のように、それらの固有の弱さおよび脆さのために、それらの構造の機械的な破断を起こさずにこれらのステントのセルの選択的な拡大ができなくなる。
脆性破壊を受け易いステントは、血管内送達のための折り畳む能力が限られると共に血管内での留置または位置決めのために拡張する能力が制限されるので、一般に望ましくない。さらに、このようなポリマーステントは、強度も低レベルである。送達バルーン上または送達シース内へのステントの留置によって、かなりの大きさの圧縮力がステントを含む材料に加えられるので、脆性破壊はステントにおいて特に問題となる。脆性材料で作製されたステントは、亀裂を発生する可能性、または破断を起こすことなく折り畳まれもしくは拡張するという能力が非常に限定される可能性がある。したがって、ステントが拡張し、変形し、その位置を血管内に確実に維持するために、ある程度の展延性があることが望ましい。
したがって、特に患者の体内に埋め込むための生体適合性および/または生体吸収性ポリマーステントとして利用される場合、脆性破壊を防止または抑制するように、その機械的強度を保持しかつ十分に延性である1つまたは複数の層を有するポリマー基材を作製することが望ましい。さらに、血管管腔内で配置および拡張して、ストラットの亀裂または破断を起こすことなくさらに拡大され、ステントに沿って画定される1つまたは複数のオープンセルを有することが可能なポリマーステントを作製することが望ましい。
米国特許出願第10/867,617号(米国特許出願公開第2005/0021131号) 米国特許出願第13/476,853号(米国特許出願公開第2012/0232643号) 米国特許出願第13/476,858号(米国特許出願公開第2012/0232644号) 米国特許出願第12/541,095号(米国特許出願公開第2010/0042202号) 米国特許第8,574,493号 米国特許第8,206,635号 米国特許第8,206,636号 米国特許第8,309,023号 米国特許第8,206,635号 米国特許第8,206,636号 米国特許第8,309,023号
多くの場合、血管は、主血管より相対的に離れた組織に血管形成する多数の側枝を有する。血管が疾患、例えば、主血管、側枝またはこれら両方内の流れを妨げる動脈硬化症を発症する場合、閉塞が主血管とその側枝の1つの分岐点で発生する可能性がある。主血管および側枝の両方の流れの開通性が望まれる場合、分岐点で主血管中にステントを配置し、その分岐点で側枝を拡張させて、その後に、バルーン血管形成術またはステント留置術により側枝を治療することができる。しかし、主血管中に配置されたステントは、側枝への開口部の一部を塞ぎ、流れを低下させるか、またはその他の悪い影響を与えることがある。
側枝の流れの閉塞を減らすために、開業医は主血管と側枝との間の分岐点を、例えば、血管形成バルーンまたはステントを使って拡張することができる。そうするためには、バルーンカテーテルまたはステントを主血管内から拡張されたステント中へ通すことが必要となり、また、主血管ステントに沿って画定された、側枝の開口部に隣接するオープンセルを通すことが必要となる。カテーテルを経路に沿って前進させてしまえば、カテーテルに沿って置かれた膨張式バルーン(またはその他の拡張機構)を側枝の開口部またはその近傍に位置する拡張されたオープンセル内に配置することができる。その側枝の開口部またはその近傍では、オープンセルの周辺部が隣接する円周方向リングおよび長手方向ストラットにより画定され、オープンセルを形づくる。その後、膨張式バルーンはステントの残りの部分を乱すことなく、または再構成する必要もなく拡張されてオープンセルを拡大してさらに広がった形状にし、開口部から側枝へのより広い流路を提供することができる。しかし、既に拡張されたステントのオープンセルを広げることは、ステントストラットに亀裂を形成または作りだし、これが金属のステント、特に生体吸収性ポリマーステントの破断に繋がる可能性がある。
生体吸収性ポリマーそれ自体に関しては、本明細書で記述されるいくつかの鋳造プロセスを、比較的高いレベルの形状精度および機械的強度を有する、例えば、円筒形状の基材を開発するのに利用することができる。その後、これらのポリマー基材を、多くのプロセス(例えば、高速レーザー源、機械加工など)を使用して加工することにより、末梢または冠血管脈管構造などの患者の体内に埋め込むための様々な形状を有するステントなどの機器を作製することができる。
このような鋳造プロセスの一例は、浸漬コーティングプロセスを利用することである。このような望ましい特性を有するポリマー基材を作製するための浸漬コーティングの利用によって、出発材料の本来の性質を保持することができる基材が得られる。この結果、埋め込みのための追加の任意の製造プロセスを通して保持される比較的高い半径方向の強度を有する基材が得られる。さらに、ポリマー基材を浸漬コーティングすることによって、多層を有する基材の作製も可能になる。
ポリマーの分子量は通常、ポリマーの機械的挙動を決定する因子の1つである。ポリマーの分子量が増加するにつれ、一般に、脆性破壊から延性破壊へと移行する。ポリマー基材を鋳造しまたは浸漬コーティングするのに、マンドレルを利用することができる。
ポリマー基材の浸漬コーティングでは、1種または複数種の高分子量生体適合性および/または生体吸収性ポリマーを、マンドレル上に形成する目的で選択することができる。1種または複数種のポリマーは、適切な溶液をマンドレル下に配置し得るように、1つまたは複数の対応する容器中で適合性のある溶媒に溶解してもよい。基材は、互いに重なり合う1つまたは複数の層を有するように形成することができるので、基材の所望の構造および性質に応じて、第1のポリマーの第1の層、第2のポリマーの第2の層などのように、このような層になるように基材を形成してもよい。したがって、マンドレルを適切なポリマー溶液中に順次浸漬し得るよう、基材上に形成される所望の層に応じて、様々な溶液および容器を浸漬コーティング操作の間に、マンドレル下で置き換えてもよい。
マンドレルを浸漬する回数、浸漬する順序および方向、溶液内での各浸漬の持続時間、ならびに各浸漬間の遅延時間、浸漬間の乾燥もしくは硬化時間、溶液へのマンドレルの浸漬および/または溶液からのマンドレルの引出し速度などのパラメータは、それぞれ、所望の機械的特性をもたらすように制御することができる。浸漬コーティングプロセスを介した形成により、押出し成形されたポリマー構造に比べて基材が高レベルの強度を保持すると同時に、半分の壁厚を有するポリマー基材を得ることができる。
浸漬時間ならびに乾燥時間は、各浸漬間で均一であってもよく、またはこれらの時間は、得られる基材の所望の性質によって決定されるので変わってもよい。さらに基材は、例えば所定の60%レベルの結晶質および、例えば40%レベルの非晶質ポリマーの構造を得るために、各浸漬間でまたは最終の浸漬後に炉内に入れてもよくまたは周囲温度で乾燥してもよい。浸漬コーティングプロセス中に互いに重なり合う層のそれぞれは、互いに緊密に接着しており、各ポリマーの壁厚および機械的性質は、利用されるポリマーの分子量および/または結晶構造に関して制限なく、そのそれぞれの層で保持される。
浸漬コーティングを使って、層間で配向(例えば、浸漬による線形配向;マンドレルの回転による半径方向の配向など)を付与することにより、形成された基材の機械的性質をさらに高めることができる。半径方向強度はステントデザインで望ましい属性であるので、形成された基材の後処理によりそのような属性を与えるのを実現することができる。通常、ポリマーステントは、半径方向強度の不足を補うために比較的厚い壁を有することになり、このために柔軟性が低下し、進路誘導が妨げられ、埋め込み直後の動脈管腔面積が縮小する。後処理を、ポリマーステントに通常関連する問題である材料のクリープおよび反跳の防止に役立たせることもできる(クリープは、応力下で、典型的には高温下で試験片に生ずる時間依存的な永久変形である)。
後処理では、所定量の力を基材に加えてもよく、そのような力は、いくつかの異なる方法により生成されたものであってもよい。1つの方法は、基材内に配置された膨張性圧力管を利用することによる。別の方法は、NiTi合金のような超弾性または形状記憶合金から作製された編物などの編物構造を利用して、サイズを拡大させて基材の内面に対して所望の大きさの力を加えるものである。
さらに別の方法では、基材管腔内に窒素などの加圧不活性ガスを加えることによる膨張力を加えてもよい。完成した基材は、鋳造シリンダーよりも大きい内径を有する成形チューブ内に配置することができる。鋳造シリンダーの遠位端または遠位部をクランプ留めまたはその他の方法で閉じてもよく、圧力源を鋳造シリンダーの近位端に連結してもよい。アセンブリ全体を、鋳造シリンダーの長さまたは鋳造シリンダーの一部に熱を加えるノズル上に配置することができる。したがって鋳造シリンダーの直径の増加によって、鋳造シリンダーの分子配向が再調整され、その半径方向の強度を増加させることができる。直径を増加させた後、鋳造シリンダーを冷却してもよい。
ポリマー基材に対する処理が終了すると、基材をさらに成形または機械加工して様々な機器を作製することができる。一例には、患者の脈管構造に送達し配置するためのロール状ステントが作製されるように、シリンダーの長さに沿って切断することにより鋳造シリンダーから作製されたステントが含まれる。別の例には、ステントの圧縮および拡張を容易にする格子またはスキャフォールド構造を作製するために、いくつかの部分を機械加工することが挙げられる。
その他の変形例では、ステントの形成において、生体適合性ポリマー基材の少なくとも第1の層がマンドレル上に形成されてマンドレルによって画定される第1の直径を有するように、少なくとも第1のポリマー溶液にマンドレルを浸漬することによって、本明細書に記述されるように基材を第1の直径で最初に形成することができる。基材を形成する際、第1のポリマー溶液へのマンドレルの浸漬回数を制御し、マンドレルの各浸漬の持続時間を制御し、マンドレルの各浸漬間の遅延時間を制御するなどのパラメータが、制御される。最初に形成された基材の場合、基材の第1の直径は、第2の小さい直径にまで縮小され、血管内で送達および配置されるように構成された拡張可能なステントスキャフォールドが形成されるよう加工され得るものであり、このステントスキャフォールドは、負荷を加えたときにステントスキャフォールドが延性を示すように、ポリマー樹脂の1つまたは複数の機械的性質を保持する。
初期直径を有するように形成され熱硬化されたステントスキャフォールドの場合、この直径は、第2の送達直径にまで縮小され、患者の体内で血管内送達するための送達カテーテル上に配置され得るものであり、血管内の標的位置に第2の直径を有するステントを位置決めすること、膨脹バルーンまたはその他のメカニズムを利用して標的位置で第2の直径よりも大きい(おそらくは初期直径よりも小さい)第3の直径にまでステントを拡張させること、およびその後、経時的なステントの自己拡張がその初期直径に戻るようにまたは血管壁によるさらなる拡張が制約されるまで、ステントを自己拡張させて標的位置で血管にさらに接触させることを含む。
この生体吸収性ステントを採用することにより、ステント壁を通る流れを増やす1つの方法には、通過する管腔を送達形状から配置形状へと画定するステントを拡張すること、ステント壁に沿って画定される管腔およびオープンセル中へ拡張機器を導入すること、および第1の拡張形状から第2の拡大形状へとオープンセルを広げることを含めることができ、ステントは、259,000g/molから2,120,000g/molの分子量および20%から40%の結晶化度を特徴とする生体吸収性ポリマーから成る。
異なる分子量のポリ乳酸(PLLA)の応力−歪みプロットおよびそれに対応する脆性破壊から延性破壊までの変化を示す応力−歪み値を示す図である。 マンドレルに沿って形成された1つまたは複数の層を有するポリマー基材を形成するのに利用可能な浸漬コーティング機の実施例を示す図である。 マンドレルの浸漬方向を調節する1つまたは複数の関節運動可能な連結部を有する、浸漬コーティングアセンブリの別の実施例を示す図である。 マンドレルの浸漬方向を調節する1つまたは複数の関節運動可能な連結部を有する、浸漬コーティングアセンブリの別の実施例を示す図である。 マンドレルおよび生成した基材に沿って形成された多層ポリマー基材の実施例の一部のそれぞれの部分断面を示す図である。 マンドレルおよび生成した基材に沿って形成された多層ポリマー基材の実施例の一部のそれぞれの部分断面を示す図である。 マンドレルおよび生成した基材に沿って形成された多層ポリマー基材の実施例の一部のそれぞれの端面を示す図である。 浸漬コーティングプロセスによって形成されたポリマー基材の様々な試料から得られた応力−歪みプロットの実施例を示す図であり、得られたプロットは延性破壊を示している。 BaSOの層を組み込んだ試料と共に浸漬コーティングによって形成された、追加の試料から得られた応力−歪みプロットの別の実施例を示す図である。 基材に組み込まれたBaSO層を有するPLLA8.28基材の詳細な端面の実施例を示す図である。 塑性変形を受けている、浸漬コーティングで形成されたポリマー基材の実施例の斜視図である。 塑性変形を受けた、浸漬コーティングで形成されたポリマー基材の高い伸長パーセンテージを示す実施例の斜視図である。 追加の形成手順の実施例を示す図であって、形成されたポリマー基材を、鋳型または成形チューブ内で膨張させて、基材に円周方向の配向を付与することができる。 追加の形成手順の別の実施例を示す図であって、形成されたポリマー基材を回転させて、円周方向に向いた応力値を誘発し、それによって基材の半径方向の強度を高めることができる。 形成されたポリマー基材で成形することができるロール状シートステントの一実施例の斜視図である。 得られたポリマー基材から、多数のプロセスを介して機械加工されたステントの別の実施例の側面を示す図である。 ポリマー基材から形成されたステントがどのようにバルーンの拡張により最初に血管内に送達され、配置され、その後、さらにその初期の熱硬化直径に自己拡張を可能とするかを示す別の実施例における、初期の直径D1を有する代表的ステントの実施例を示す側面図である。 ポリマー基材から形成されたステントがどのようにバルーンの拡張により最初に血管内に送達され、配置され、その後、さらにその初期の熱硬化直径に自己拡張を可能とするかを示す別の実施例における、第2の送達直径D2まで縮小された実施例を示す側面図である。 ポリマー基材から形成されたステントがどのようにバルーンの拡張により最初に血管内に送達され、配置され、その後、さらにその初期の熱硬化直径に自己拡張を可能とするかを示す別の実施例における、血管内を送達位置まで前進させた状態の実施例を示す側面図である。 ポリマー基材から形成されたステントがどのようにバルーンの拡張により最初に血管内に送達され、配置され、その後、さらにその初期の熱硬化直径に自己拡張を可能とするかを示す別の実施例における、膨張バルーンにより血管内で中間直径D3まで拡張させて血管内に接触させた状態の実施例を示す側面図である。 ポリマー基材から形成されたステントがどのようにバルーンの拡張により最初に血管内に送達され、配置され、その後、さらにその初期の熱硬化直径に自己拡張を可能とするかを示す別の実施例における、送達カテーテルを引き出した後に血管と確実に接触している状態を示す実施例の側面図である。 ポリマー基材から形成されたステントがどのようにバルーンの拡張により血管内に最初に送達され、配置され、その後、さらにその初期の熱硬化直径に自己拡張を可能とするかを示す別の実施例における、自己拡張により初期直径D1または血管の直径まで戻ったことを示す実施例の側面図である。 少なくとも1つの側枝を有する血管を示す図である。 主血管の分岐点およびその側枝の1つで閉塞を発生した血管を示す図である。 側枝を塞いでいる主血管中に配置した生体吸収性ステントを示す図である。 どのようにバルーンまたはステントが主血管内から主血管生体吸収性ステントのオープンセル中を経由して側枝中へ通るかを示す一実施例を示す図である。 主血管生体吸収性ステントの拡張されたオープンセル中に配置された膨脹式バルーンおよびカテーテルを示す一実施例の図である。 どのように主血管生体吸収性ステントのオープンセルが広げられて側枝血管中へのアクセスを容易にするかを示す一実施例の図で、バルーンカテーテルで拡張前の第1の形状における側枝から見た開口部のオープンセルの状態を示す。 どのように主血管生体吸収性ステントのオープンセルが広げられて側枝血管中へのアクセスを容易にするかを示す一実施例の図で、バルーンカテーテルで拡張後の、第1の形状より拡大された第2の形状における側枝から見た開口部のオープンセルの状態を示す。 第1の形状におけるオープンセルが拡大される前の生体吸収性ステントの一実施例の平面図である。 オープンセルが拡大された後の生体吸収性ステントの一実施例の平面図である。 オープンセルが拡大された場合に変形して歪みを分散させることができる張力緩和機構を組み込むように設計されたステントストラットの一実施例を示す図である。
生体適合性および/または生分解性ポリマーなどのポリマー材料から埋め込み可能な機器を製造する際、本明細書に記述されるいくつかの鋳造プロセスを利用して、比較的高いレベルの形状精度および機械的強度を有する基材、例えば円筒形状の基材を開発することができる。その後、これらのポリマー基材を、多くのプロセス(例えば、高速レーザー源、機械加工など)を使用して加工することにより、末梢または冠血管脈管構造などの患者の体内に埋め込むための様々な形状を有するステントなどの機器を作製することができる。
このような鋳造プロセスの一例は、浸漬コーティングプロセスを利用することである。このような望ましい特性を有するポリマー基材を作製するための浸漬コーティングの利用によって、出発材料の本来の性質を保持することができる基材が得られる。この結果、埋め込みのための任意の追加の製造プロセスを通してほぼ保持される比較的高い半径方向の強度を有する基材が得られる。さらに、ポリマー基材を浸漬コーティングすることによって、多層を有する基材の作製も可能になる。多層は、同じもしくは類似の材料から形成してもよく、または以下にさらに詳述される、血管を治療するための1種もしくは複数の薬物など、任意の数の追加の薬剤を含むように変えてもよい。さらに、基材に多数の層を利用するという多様性によって、その他のパラメータ、条件、または層の間の分解速度を変えるなどの個々の層の間の範囲の制御を可能にし、同時に、出発材料の最小限の分解と共に、高レベルでのポリマーの固有の分子量および機械的強度が維持される。
鋳造または浸漬コーティングプロセスを介した出発材料の分子量および機械的強度の保持により、動脈疾患の治療に強く望まれている薄い壁厚を有するステントなどの機器の製作が可能なポリマー基材を形成することができる。さらに、これらのプロセスは、壁厚、同心度、直径などに関して精密な幾何公差を有する構造を生成することができる。
特に、例えばポリマー基材から形成されたポリマーステントに関して一般に問題となる1つの機械的性質は、患者の体内に応力下で配置されたときの、機器の脆性破壊による破断である。一般にポリマーステントは、上述のように、特に膨脹バルーンまたは拘束シースからのポリマーステントの送達および配置中に加えられた負荷の下で、脆性破壊ではなく延性破壊を示すことが望ましい。延性パーセント(%)は、一般に、破断時に材料によって維持された塑性変形の程度の尺度である。破断時に塑性変形がほとんどないかまたは全くない材料は、脆性である。
ポリマーの分子量は通常、ポリマーの機械的挙動を決定する因子の1つである。ポリマーの分子量が増加するにつれ、一般に、脆性破壊から延性破壊へと移行する。一例として、応力−歪みプロット10を図示するが、分子量の増加に起因する異なる機械的挙動が示される。ポリ乳酸(PLLA)2.4の試料の応力−歪み曲線12は、脆性破壊を示す高い引張り応力で比較的低い引張り歪みパーセンテージの破断点18を示す。PLLA2.4よりも比較的高い分子量を有するPLLA4.3の試料は、降伏開始後の塑性破壊領域20と延性の程度を示す比較的高い引張り歪みパーセンテージで比較的低い引張り応力値の破断点22とを有する応力−歪み曲線14を示す。降伏は、材料が応力−歪み曲線の線形性から最初に離れるときに生じ、弾性−塑性遷移が起こる。
PLLA4.3よりもさらに高い分子量を有するPLLA8.4の試料は、降伏開始後に塑性破壊のより長い領域24を有する応力−歪み曲線16を示す。破断点26も、延性の程度を示す比較的高い引張り歪みパーセンテージで比較的低い引張り応力値を有する。したがって、比較的高い程度の延性を示す高強度チューブ状材料は、比較的高い分子量を有するポリマー(例えば、PLLA8.4、8.28IVを有するPLLAなど)を利用して製作することができる。このようなチューブ状材料は、多くの機械加工プロセスにより処理して、本明細書に記述される鋳造または浸漬コーティングプロセスに付随する応力−歪み曲線を示す、ステントなどの埋め込み可能な機器を形成することができる。
ポリマー基材の鋳造または浸漬コーティングに利用可能なマンドレルの実施例を、図2Aの側面図として例示する。一般に、浸漬コーティングアセンブリ30は、本明細書の記述によるポリマー基材の製造を支援する任意の構造であってよい。ベース部32は、駆動カラム36およびブラケットアーム38を収容するカラム34を支えることができる。モータ42は、カラム34に沿って垂直方向に駆動カラム36を駆動させ、それによってブラケットアーム38を移動させることができる。マンドレル40を線形運動52を介して内部に浸漬することができるポリマー溶液46(例えば、PLLA、PLA、PLGAなど)を充填可能な容器44の上方で、ブラケットアーム38にマンドレル40を取り付けることができる。1種または複数種のポリマーを、1つまたは複数の対応する容器44内の適合性のある溶媒中に溶解することができ、それにより、適切な溶液をマンドレル40の下に配置することができる。以下にさらに詳述されるように、浸漬コーティングプロセス中に基材50の円周方向の強度を増加させるため、マンドレル40およびマンドレル40に沿って形成された基材50に任意選択の回転運動54が与えられるように、ブラケットアーム38に沿ってまたはアセンブリ30に沿ったその他の場所に、任意選択でモータ48を取り付けることができる。
アセンブリ30は、堆積ごとにマンドレル40および/または基材50に沿ったポリマー材料の均一な厚さの形成が容易になるように、容器44内に保持された液体表面が完全に乱れない状態で維持されるのを確実にするために、振動減衰または振動隔離テーブル上に隔離してもよい。アセンブリ30全体またはマンドレル40やポリマー溶液などのアセンブリのごく一部は、浸漬コーティングされた基材の層間の適切な結合が確実になるように、非常に低い相対湿度(RH)レベル、例えば30%RH未満、および溶媒の沸点よりも低い適切な浸漬温度、例えば少なくとも20℃、を容器44内で維持しながら、窒素ガス環境などの不活性環境内に配置することができる。多数のマンドレルを、ブラケットアーム38に沿ってまたはカラム34に直接取り付けてもよい。
マンドレル40は、適切に寸法決めすることができ、基材50に所望の形状およびサイズを与えるように断面幾何形状を決定することができる。マンドレル40は、一般にその断面が円形であってもよいが、所望の幾何形状を利用してよい。一実施例では、マンドレル40は、1mmから20mmに及ぶ直径を有する円形幾何形状を画定して、これに対応する内径を有するポリマー基材を形成することができる。さらにマンドレル40は、一般に、浸漬コーティングプロセスに耐えるのに適した様々な材料、例えばステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀、真ちゅう、ニッケル、チタンなどから作製することができる。ポリマー溶液に浸漬されるマンドレル40の長さは、ポリマーの均等なコーティングがマンドレル40の浸漬長さに沿って形成されて、コーティングプロセス中の重力の影響が制限されるようになるのを確実にするために、任意選択で、例えば50cmにその長さを制限してもよい。マンドレル40は、滑らかで強度があり、良好な寸法安定性を有し、かつ浸漬コーティングに利用されるポリマー溶液に対して化学的に耐性のあるポリマー材料、例えばフルオロポリマー、ポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリレートなどから作製してもよい。
さらにマンドレル40は、ポリマー溶液が表面に形成されるように、滑らかな表面を有するように作製してもよい。その他の変形例では、マンドレル40は、表面に形成されたポリマー基材の取り外しを容易にするように、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluroethylene)などの材料でコーティングされた表面を構成してもよい。さらにその他の変形例では、マンドレル40は、その表面全体にわたり、例えばその全長にわたりまたはその表面のごく一部において、任意の数のパターンを画定するよう構成してもよく、これらのパターンは、浸漬コーティングプロセス中に、浸漬コーティングされた基材チューブのコーティングの第1の層の内面へとモールド転写することができる。機器を患者の体内に埋め込んだ後、例えば、3カ月以内埋め込んだ後、隆起させたまたは窪ませた部分を形成して、例えば周囲組織との内皮生成を強化することができる、格子縞、クロスハッチング、クレータなどの様々なパターンを形成することができる。
マンドレル40がポリマー溶液46中に浸漬される方向は、基材50の層の間で入れ替えても変更してもよい。例えば1cmから40cmまたはそれ以上に及ぶ長さを有する基材を形成する際、基材50をマンドレル40から取り出してもよく、または浸漬プロセスを継続する前にマンドレル40上で反対方向に置き換えてもよい。あるいは、マンドレル40は、浸漬プロセス中またはその前に、ブラケットアーム38および/またはポリマー溶液46に対して角度を付けてもよい。
これは、浸漬当たりの形成された基材50の長さ全体を通して均一な壁厚が実現されるように、図2Bおよび2Cに示される浸漬アセンブリを利用することによって、さらに別の変形例で実現することもできる。例えば、第1の浸漬方向で1から3層のコーティングが形成された後、初期層上に形成された追加の層を、第1の浸漬方向とは反対の第2の方向でマンドレル40を浸漬することによって、例えば、第1の浸漬方向から180°までのいずれかの角度でマンドレル40を位置合わせすることによって、形成してもよい。これは、図示されるように、マンドレル40とブラケットアーム38とを接続する1つまたは複数のピボット連結部56、58を使用することによって、一実施例で実現することができる。1つまたは複数の連結部56、58は、図2Bに示されるように、マンドレル40を溶液46に対して第1の垂直位置に維持し、それによって、基材50の初期層をコーティングすることができる。次いで、図2Cに方向59によって示されるように、連結部56、58を作動させて、マンドレル40をその第1の垂直位置から、第1の垂直位置とは逆の第2の垂直位置へと設定し直すことができる。マンドレル40の位置変更の完了後に、マンドレル40および基材50と共に連結部アセンブリ全体を浸漬することによって、浸漬プロセスを再開することができる。このようにして、マンドレル40も基材50も取り出す必要はなく、したがっていかなる汚染の危険性も排除される。連結部56、58には、当技術分野で公知の、任意の数の機械的または電気機械的なピボットおよび/または回転機構を含めてもよい。
マンドレル40および基材50を異なる方向で浸漬することにより、コーティングされた層は、コーティングプロセス中の重力の影響が相殺されて、その近位端からその遠位端に至るまで均一な厚さを有することが可能となる。これらの値は例示的なものであり、いかなる手法によっても限定しようとするものではない。連結部56、58上の任意の過剰な浸漬コーティング層は、これらの層を破壊することによって、マンドレル40から簡単に除去することができる。浸漬方向を交互にすることによって、交互に配向するポリマーを得ることもでき、それによって、浸漬コーティングされたチューブ状基材50の軸方向の引張り強度を強化することができる。
浸漬コーティングアセンブリ30では、1種または複数の高分子量生体適合性および/または生体吸収性ポリマーを、マンドレル40上に形成するために選択してもよい。ポリマー基材を形成するのに利用してもよいポリマーの例には、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリケタール、ポリウレタン、ポリオレフィン、またはポリエチレンテレフタレート、および分解性ポリマー、例えば、ポリ−L−ラクチド(PLLA)、ポリ−グリコリド(PGA)、ポリ(ラクチド−co−グリコリド)(PLGA)、もしくはポリカプロラクトンを含めたポリラクチド(PLA)、カプロラクトン、ポリジオキサノン、ポリ酸無水物、ポリオルトカーボネート、ポリホスファゼン、キチン、キトサン、ポリ(アミノ酸)、およびポリオルトエステルと、ならびにこれらのコポリマー、ターポリマー、これらの組合せおよび混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
適切なポリマーのその他の例には、合成ポリマー、例えば、オリゴマー、ホモポリマー、およびコポリマー;メチルアクリレート(cerylate)、メチルメタクリレート、アクリル酸(acryli acid)、メタクリル酸、アクリルアミド、ヒドロキシエチル(hydroxyethy)アクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、グリセリルアクリレート(glyceryl scrylate)、グリセリルメタクリレート、メタクリルアミド、およびエタクリルアミドから重合されたものなどのアクリル系ポリマー;スチレン、塩化ビニル、ビニル(binaly)ピロリドン、ポリビニルアルコール、および酢酸ビニル(vinyls acetate)などのビニル系ポリマー;エチレン、プロピレン、およびテトラフルオロエチレン(tetrfluoroethylene)から形成されたポリマーを挙げることができる。さらなるその他の例には、ポリカプロラクタム(polycoprolactam)、ポリラウリルラクタム、ポリヘキサメチレン(polyjexamethylene)アジパミド、およびポリヘキサメチレン(polyexamethylene)ドデカンジアミドなどのナイロン;およびポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ乳酸(polyactic acid)、ポリグリコール酸、ポリジメチルシロキサン、およびポリエーテルケトンを挙げることができる。
浸漬コーティングプロセスに使用することができる生分解性ポリマーの例は、ポリラクチド(PLA)、ポリグリコリド(PGA)、ポリ(ラクチド−co−グリコリド)(PLGA)、ポリ(e−カプロラクトン)、ポリジオキサノン、ポリ酸無水物、トリメチレンカーボネート、ポリ(β−ヒドロキシブチレート)、ポリ(g−エチルグルタメート)、ポリ(DTHイミノカーボネート)、ポリ(ビスフェノールAイミノカーボネート)、ポリ(オルトエステル)、ポリシアノアクリレート、およびポリホスファゼンと、ならびにこれらのコポリマー、ターポリマー、およびこれらの組合せおよび混合物である。変性多糖(セルロース、キチン、キトサン、デキストラン)や変性タンパク質(フィブリン、カゼイン)など、天然資源由来のいくつかの生分解性ポリマーもある。
適切なポリマーのその他の例には、合成ポリマー、例えば、オリゴマー、ホモポリマー、およびコポリマー;メチルアクリレート(cerylate)、メチルメタクリレート、アクリル酸(acryli acid)、メタクリル酸、アクリルアミド、ヒドロキシエチル(hydroxyethy)アクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、グリセリルアクリレート(glyceryl scrylate)、グリセリルメタクリレート、メタクリルアミド、およびエタクリルアミドから重合されたものなどのアクリル系ポリマー;スチレン、塩化ビニル、ビニル(binaly)ピロリドン、ポリビニルアルコール、および酢酸ビニルなどのビニル系ポリマー;エチレン、プロピレン、およびテトラフルオロエチレン(tetrfluoroethylene)から形成されたポリマーを挙げることができる。さらなるその他の例には、ポリカプロラクタム(polycoprolactam )、ポリラウリルラクタム、ポリヘキサメチレン(polyjexamethylene)アジパミド、およびポリヘキサメチレン(polyexamethylene)ドデカンジアミドなどのナイロン;ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリアセタール、ポリケタール、ポリジメチルシロキサン、およびポリエーテルケトンを挙げることができる。
基材を形成するのに利用可能なポリマーのこれらの例は、限定的なまたは包括的なものとする意図はなく、使用可能なポリマーの例示を意図するものである。基材は、互いに重なり合う1つまたは複数の層を有するように形成することができるので、基材の所望の構造および性質に応じて、第1のポリマーの第1の層、第2のポリマーの第2の層などを有するように基材を形成してもよい。したがって、マンドレル40を適切なポリマー溶液中に順次浸漬することができるように、基材表面に形成される所望の層に応じて、浸漬コーティング操作間でマンドレル40の下方で様々な溶液および容器を置き換えることができる。
形成される基材の所望の壁厚に応じて、マンドレル40の浸漬回数、溶液中への各浸漬の持続時間、ならびに各浸漬間の遅延時間および浸漬間の乾燥もしくは硬化時間によって決定される適切な溶液中にマンドレル40を浸漬することができる。さらに、ポリマー溶液に対するマンドレル40の浸漬および/または引出し速度などのパラメータは、例えば5mm/分から1000mm/分の範囲になるように制御することができる。浸漬コーティングプロセスを介した形成により、押出し成形されたポリマー構造に比べて基材が高レベルの強度を保持すると同時に、半分の壁厚を有するポリマー基材を得ることができる。例えば、ポリ乳酸の多層で構築された、例えば200μmの壁厚を有する基材を形成するために、マンドレル40を、ポリマー溶液中に、例えば2から20回またはそれを超える回数で浸漬することができ、このときの浸漬時間は例えば15秒(またはそれ未満)から240分(またはそれ超)の範囲である。さらに、基材およびマンドレル40は、各浸漬間で、例えば15秒(またはそれ以下)から60分(またはそれ以上)の範囲の時間にわたって任意選択で乾燥または硬化することができる。これらの値は例示的なものであり、いかなる手法によっても限定しようとする意図はない。
分子量が比較的高い材料を利用することとは別に、材料の延性をさらに高めると考えられる別のパラメータは、ポリマー中の構造規則性の程度を意味するその結晶化度である。このようなポリマーは、結晶質および非晶質領域の混合物を含むことができ、ポリマー中の結晶質領域のパーセンテージが低下することによって材料の延性がさらに大きくなる可能性がある。比較的高い分子量を有するだけではなく比較的低い結晶質パーセンテージも有するポリマー材料を、本明細書に記述されるプロセスで利用して、所望のチューブ状基材を形成することができる。
以下の表1は、様々なポリマー材料例(例えば、PLLA IV8.28およびPDLLA96/4)について各材料の分子量をそのそれぞれの結晶化度パーセンテージと比較して示す。ガラス転移温度T、ならびに融解温度Tも、同様に示す。1.70×10グラム/モルの同じ分子量Mを有する、原料樹脂およびチューブ形状のPLLA IV8.28の例を示す。しかし、PLLA IV8.28樹脂の結晶化度パーセンテージは61.90%であり、一方、対応するチューブ形状は38.40%である。PDLLA96/4に関しても同様に、樹脂形態およびチューブ形状はそれぞれが、9.80×10グラム/モルの分子量Mを有するが、結晶化度パーセンテージは、それぞれ46.20%および20.90%である。
種々のポリマー材料およびそれぞれの結晶化度パーセンテージ
本明細書に記述された方法により、樹脂を浸漬コーティングして、チューブ状基材を形成するので、乾燥手順および処理は、出発材料および処理から基材およびステントの形成に至るまで、ポリマーの比較的高い分子量を維持するのに役立つ。さらに、乾燥プロセスは特に、上述のように所望の結晶化度パーセンテージの形成を容易にすることができる。
材料の結晶化度とは別に、浸漬時間ならびに乾燥時間は各浸漬間で均一にしてもよく、またはこれらの時間は、得られる基材の所望の性質によって決定される時間に変えることができる。さらに基材は、例えば所定の60%レベルの結晶質および、例えば40%レベルの非晶質ポリマーの構造を得るために、各浸漬間でまたは最終の浸漬後に炉内に入れてもよくまたは周囲温度で乾燥してもよい。浸漬コーティングプロセス中に互いに重なり合う層のそれぞれは、互いに密接に接着され、各ポリマーの機械的性質は、使用されたポリマーの分子量に何の制限もなくそのそれぞれの層で保持される。
例えば、4.3から8.4の範囲の分子量を有する多くのPLLAポリマーを使用することができる。あるいは、生体吸収性ポリマーを含むポリマー基材は、長さ、内径、外径、および厚さを特徴とし、例えば、259,000g/molから2,120,000g/molの分子量、および例えば、20%から40%の結晶化度、またはより具体的には、例えば、27%から35%の結晶化度を特徴とする生体吸収性ポリマーを含むことができる。
同様に、材料の乾燥条件の変動を制御して、所望の材料パラメータを実現することができる。ポリマーは、それぞれのポリマーのガラス転移温度またはそれよりも高い温度(例えば、ガラス転移温度Tよりも10℃から20℃高い温度)で乾燥して、ポリマーから残留溶媒を全て効果的に除去し、それによって、残留レベルを100ppm未満、例えば20から100ppmにすることができる。乾燥するときのポリマー基材の位置決めは、チューブの幾何形状などのパラメータに影響を与えるように制御することができる別の因子である。例えば、ポリマー基材は、チューブの同心度が維持されるように基材チューブが地面に対して垂直な位置で保持されるような乾燥位置で保持することができる。基材チューブは、例えば10日から30日またはそれ以上のいずれかの範囲の期間にわたり、前述のようにガラス転移温度でまたはそれよりも高い温度で、炉内で乾燥することができる。しかし、例えば40日よりも長い期間にわたる長期乾燥により、ポリマー材料の熱分解が生じる場合もある。
加えて、および/または任意選択で、基材の乾燥中にポリマーに形状記憶効果を誘発させることができる。例えば、形状記憶効果は、ポリマーチューブの形で誘発して、浸漬コーティングプロセス中に形成された直径のチューブ状の形に硬化させることができる。この例は、5mmの外径で本明細書に記述される浸漬コーティングプロセスによりポリマーチューブを形成し、この基材を、そのガラス転移温度Tよりも高い温度に曝すものである。その高温で、基材は、例えば5cmから7cmの長さに伸ばすことができ、一方その5mmの外径は、3mmに縮小される。当然ながら、これらの例は単なる例示であり、初期直径は一般に、例えば3mmから9mmのいずれかの範囲であり、縮小した直径は一般に、例えば1.5mmから5mmのいずれかの範囲でよいが、但し、この縮小直径は、初期直径より短いことを前提とする。
伸長して、直径が縮小した後、基材を、Tレベル以下の温度、例えばそのTよりも20℃低い温度でクエンチまたは冷却して、ポリマー基材をそのガラス状態に戻すことが可能となる。これにより、基材の当初の直径へ自己拡張する形状記憶効果が効果的に付与される。そのようなチューブ(またはチューブ状基材から形成されたステント)が、より小さいまたはより大きい直径に圧縮または拡張され、その後、高温に曝された場合、時間の経過と共にチューブ(またはステント)は、その元の5mmの直径に戻ることができる。この後処理は、基材チューブが典型的にはそのガラス転移温度Tにまで加熱されるレーザー切断のようなプロセスの後に(例えば、患者の体内に埋め込むためのステントまたはその他の機器を形成する場合)、基材の自己拡張を可能にするのに役立てることもできる。
多層を有する基材の例を、図3Aおよび3Bに示すが、これらの図は、マンドレル40および生成基材に沿って形成された多層ポリマー基材例の一部の部分断面側面図を示している。基材50は、第1のポリマー、例えばポリ(l−ラクチド)で形成された第1の層60を有するように、マンドレル40に沿って形成することができる。第1の層60が形成された後、ポリマー、例えば、任意選択のポリ(L−ラクチド−co−グリコリド)の第2の層62を、第1の層60上に形成することができる。ポリマー、例えばポリ(d,l−ラクチド−co−グリコリド)の、さらに別の任意選択の第3の層64を、第2の層62上に形成して、その内部を通る管腔66を画定して、その結果として基材を形成してもよく、これをさらに処理して、ステントなどの多くの機器を形成してもよい。1つまたは複数の層は、指定された速度で分解するようにまたは任意の数の薬物もしくは薬剤を溶出するように、形成してもよい。
この例を、図3Cの端面断面図に示すが、この図は、上述のように互い上に形成された60、62、64の3つの層を有する代表的な基材を示している。この例では、第1の層60が分子量Mn1を有し、第2の層62が分子量Mn2を有し、第3の層64が分子量Mn3を有してもよい。チューブから製作されたステントは、相対分子量がMn1>Mn2>Mn3になるように形成され、患者の体内に配置したときに、内側の第1の層60から始まって次に中間の第2の層62が分解され、最終的には外側の第3の層64に至る、チューブの厚さ全体にわたる選択的な層ごとの分解を実現することができる。あるいはステントは、相対分子量がMn1<Mn2<Mn3になるように製作され、外側の第3の層64から始まって内側の第1の層60に向かって分解するように、層ごとの分解を実現してもよい。この例は、例示を目的とするものであり、3層よりも少ないまたは多い層を、その他の実施例で利用してもよい。さらに、所望であれば、他の実施例において、各層のそれぞれの分子量を変化させて異なる層に沿って分解速度を変化させてもよい。
さらに、これらの層のいずれか1つまたは複数は、特定の機械的性質を基材50に与えるように形成することが可能であり、それにより得られる基材50の複合的な機械的性質を特異的に調整または設計することができる。さらに、3層がこの例では示されているが、基材50の所望の機械的性質に応じて任意の数の層を使用してよい。
さらに、ポリマー基材を形成する際に多層を互いに重ね合わせてもよいので、特定の層を、基材の特定の機能用に指定してもよい。例えば、ポリマーステントの製造に使用される基材では、1つまたは複数の層を、ステントに構造的健全性を与える耐荷重層として設計してもよく、一方その他の層は、薬剤充填用または溶出用に割り当ててもよい。構造支持体として指定されたこれらの層は、高分子量ポリマー、例えばPLLAまたは本明細書で記載のいずれかその他の適切なポリマーから形成し、ある特定の医薬品がポリマーの機械的性質に悪影響を及ぼす可能性がある場合には、いずれかの薬物を除外して、高レベルの強度を得ることができる。薬剤充填用に指定されたこれらの層は、構造層の内部、表面、または間に配置してよい。
さらに、異なる薬物の多層を、様々な層内に導入してもよい。多層からの薬物放出の方式および速度は、ある程度は基材材料の分解速度に依存する可能性がある。例えば、比較的速く分解するポリマーは、次にくる層のそれぞれが順次分解して下にある次の層を露出させるので、層ごとに、それらの薬物を放出することができる。他の変形例では、薬物放出は、典型的には、拡散および分解を組合せた作用により多層マトリックスから発生させることができる。一実施例では、第1の層が第1の薬物を、例えば、埋め込み後の最初の30から40日間溶出することができる。第1の層が消耗または分解してしまえば、その下の第2の薬物を有する第2の層がその薬物を次の30から40日間放出することができ、所望であれば、さらにその後も同様に行われる。図3Bの実施例では、基材50から製造されたステント(またはその他の埋め込み可能な機器)の場合、層64には、放出用の第1の薬物を含めることができ、一方、層62には、層64の消耗または分解後に放出される第2の薬物を含めることができる。下の層60に対し、いずれかの医薬品を除外して、構造全体に強固な構造支持を得ることができる。
その他の実施例では、連続する層のそれぞれが、それぞれの薬物を溶出させるのではなく、各層62、64(任意選択で層60も同様に)が、拡散および分解を組合せた作用によりそれぞれの薬物を同時にまたは異なる速度で溶出してもよい。3層がこの実施例で示されているが、任意の数の層を、送達するのに実施可能な薬剤の任意の組合せで利用してもよい。さらに、各層からの各薬物の放出動力学は、薬物含有層の形成を変化させることによって、様々な方法で変化させることができる。
基材50の特定の層内に導入可能な薬物または薬剤の例には、1種または複数種の抗増殖剤、抗腫瘍剤、抗原、抗炎症剤、および/または抗再狭窄剤を含めることができる。治療薬には、抗脂質剤、抗有糸分裂剤、メタロプロテイナーゼ阻害剤、抗硬化剤を含めることができる。また、治療薬には、ペプチド、酵素、放射性同位体、または様々な治療選択肢用の薬剤を含めてもよい。この薬物または薬剤のリストは、例として示すものであり、限定を意図するものではない。
同様に、特定のその他の層に、白金や金などの放射線不透過物質を加えて、X線透視撮像などの画像診断法でのステントの可視化を可能にすることができる。タングステン、白金、金などの放射線不透過物質を、ポリマー溶液と混合し、基材表面に浸漬コーティングして、放射線不透過物質の薄いサブミクロンの厚さの層を基材表面に形成することができる。このように、放射線不透過物質を、分解の最終段階で分解する層内に埋め込み、または構造層内に埋め込み、完全に分解してしまうか、またはその機械的強度が完全に失われる前の、埋め込まれた機器の寿命全体を通して、X線透視法などの画像診断法でのステントの可視化を容易にすることができる。放射線不透過マーカー層は、基材50の端部の一方または両方に、例えば各端部のそれぞれから0.5mmまで、浸漬コーティングすることもできる。さらに、放射線不透過物質は、いずれかの形の放射線不透過物質が基材50の長さの任意の部分に沿って形成される場合、マンドレル40を回転することによりその近位端と遠位端の間で基材50の一部に沿って半径方向にスプレーコーティングまたは鋳造することもできる。放射線不透過マーカーを有するポリマーのリングを、基材50の構造の一部として形成することもできる。
延性および機械的性質の保持に関する実験例では、Iv 8.4を有するPLLA(高分子量)が得られ、チューブ状基材を、本明細書に記述される浸漬コーティングプロセスを利用して製造した。試料は、5mmの直径および200μmの壁厚を有するように形成し、PLLA 8.4の6層から成るものとした。マンドレルを、ポリマー溶液中に6回浸漬し、基材を炉内で乾燥または硬化することにより、60%の結晶質の構造物が得られた。チューブ状基材の少なくとも2つの試料を、引張り試験に供し、図4Aに示されるように、応力−歪み試験から応力−歪みプロット70を作成した。
プロット70に示されるように、PLLA 8.4の第1の試料は、塑性破壊領域76を有する応力−歪み曲線72を生成した。破断に至るまで相対的に一定の応力値で歪みパーセンテージが増加し、良好な延性を有する試料であることを示した。PLLA 8.4の第2の試料は、この場合も塑性破壊の相対的にさらに大きい領域78を有する応力−歪み曲線74も生成し、同様に試料の延性が良好であることを示した。
したがって、このような基材から作製されたポリマーステントおよびその他の埋め込み型機器は、浸漬コーティングポリマー材料由来の材料特性を保持することができる。得られたステントは、例えば、半径方向、ねじり方向、および/または軸方向に比較的高いパーセンテージの延性を有する機械的性質を示すことができる。この実施例は、外部負荷の下で配置されたときに、なんら塑性変形を生ずることなく5%から70%の間のいずれかの直径の縮小を受ける能力を有するステントを得るものである。このようなステントは、0.1Nから20Nの負荷下に置かれた場合、例えば、20%の半径方向の変形を伴う高い半径方向強度を示すこともできる。このようなステントは、正常体温に曝された場合、自己拡張するように構成することもできる。
また、ステントは、本明細書で記述されたようにして形成された基材、例えば、高延性および高強度ポリマー基材と矛盾しない、その他の特徴的な機械的性質を示してもよい。このような基材(および処理されたステント)は、圧縮負荷下に配置されたときに破壊形成のない5%から70%の直径の縮小パーセント、ならびに軸方向負荷の下に配置したときに破壊形成のない10%から30%の軸方向の長さの縮小パーセントなど、追加の特徴を示すことができる。比較的高い延性であるので、基材またはステントは、破壊形成または破断なしに曲率半径が約1cmで180°までの弯曲部に適合させることもできる。さらに、血管内に配置する場合、ステントは、例えば膨張式血管内バルーンにより5%から70%まで拡張させて、破壊形成または破断なしに直径を復帰させることも可能である。
これらの値は、ポリマーチューブ基材および得られるステントがどのように構成されて特定の機械的性質を有する機器を得ることができるかという例を示すことを意図している。さらに、所望の結果に応じて、特定のチューブおよびステントを、ポリマーおよび/またはコポリマーブレンドを変化させることにより強度や延性、分解速度などの様々な性質を調節して、患者の体内の様々な解剖学的部位の特定の要件に合わせて調整することができる。
図4Bは、追加のポリマーでの応力−歪み試験から得た追加の結果のプロット71を示す。本明細書に記載の方法を利用してPLLA 8.28の試料を形成し、試験して、破断点73’を有する応力−歪み曲線73を生成した。チューブ状基材に組み込んだBaSOの追加の層をそれぞれ有するPLLA 8.28の追加の試料も形成し、試験を行った。BaSOの層を有するPLLA 8.28の第1の試料から、破断点77’を有する応力−歪み曲線77を生成した。同様にBaSOの層を有するPLLA 8.28の第2の試料から、破断点79’を有する応力−歪み曲線79を生成し、これは、僅かに高い引張り応力レベルで、第1の試料よりも大きな引張り歪みを示した。BaSOの層を有するPLLA 8.28の第3の試料は、破断点81’を有する応力−歪み曲線81を生成し、この場合も第2の試料の引張り歪みより大きいが、引張り応力レベルよりもそれほど大きくはない。したがってBaSOを含めることにより、ポリマー基材の弾性率の値を改善することができる。PLLA 8.28の試料は、一般に、材料の破断点で100Nから300Nの間の負荷を生じ、破断時に10%から300%の%伸びで、1000から3000MPaの間の弾性率の値が得られた。
96/4 PDLLAの試料も形成し、試験を行い、破断点75’を有する応力−歪み曲線75を作成したが、脆性破壊の比較的低いパーセント伸び率特性を示した。破断時に得られた負荷は、1000から3000MPaの間であり、弾性率としては100Nから300Nの間で、これはPLLA 8.28試料と同様であった。しかしパーセント伸びは、破断時に10%から40%であった。
図4Cは、走査型電子顕微鏡下で観察した、本明細書に記述されるプロセスによる複数の浸漬コーティング層で形成されたPLLA 8.28基材83の詳細な端面図の例を示す。この変形例は、基材に組み込まれたBaSO層85を有する。上述のように、BaSOの1つまたは複数の層は、基材83に任意選択で組み込んで、形成された基材の弾性率を変化させることができる。さらに、互いの上に重なり合った個々の層を融着して、本明細書に記述される浸漬プロセス中の乾燥プロセスの結果から得られる複数の個別の層ではなく単一の溶融層を形成する。この結果、一体構造が得られ、個々の層の間に生ずるいかなる層剥離もこれまで以上に防止または抑制される。
図5Aおよび5Bは、引張り試験システム80で応力−歪み試験に供された一試料の斜視図を示す。ポリマー基材試験片86を、前述のようにマンドレル上に形成し、チューブ状の形状にして試験プラットフォーム82、84に固定した。引張り負荷を加える試験プラットフォーム82、84により、基材試験片86を破断するまで引っ張った。伸び率の延伸領域88によって比較的高い伸び率パーセンテージが示され、押出し成形されたポリマー基材に比べて相対的に高い塑性変形度を示す。上述のように浸漬コーティングを介して形成されたポリマー基材は、破断なしに塑性変形を介して直径を縮小することができ、いくつかの異なるステント直径を、単一直径の基材チューブから製造することができる。
浸漬コーティングを使って、層間で配向(例えば、浸漬による線形配向;マンドレルの回転による半径方向の配向など)を付与することにより、形成された基材の機械的性質をさらに高めることができる。半径方向強度はステントデザインで望ましい属性であるので、形成された基材の後処理によりそのような属性を与えるのを実現することができる。通常、ポリマーステントは、半径方向強度の不足を補うために比較的厚い壁を有することになり、このために柔軟性が低下し、進路誘導が妨げられ、埋め込み直後の動脈管腔面積が縮小する。後処理を、通常、ポリマーステントに関連する問題である材料のクリープおよび反跳の防止に役立たせることもできる(クリープは、応力下で、典型的には高温下で試験片に生ずる時間依存的な永久変形である)。
ポリマー基材の半径方向または円周方向の強度をさらに高めるに、浸漬コーティング手順が終了した後(または終了に近い時点で)、いくつかの追加のプロセスを基材に適用してもよい。非晶質または部分的に非晶質であるポリマーは、一般に、ガラス転移温度(T)と呼ばれる特定の温度を通過するときに柔軟な弾性状態(より高い温度で)から脆いガラス状態(より低い温度で)に転移する。所与のポリマーに関するガラス転移温度は、側鎖のサイズおよび柔軟性、ならびに主鎖結合の柔軟性、およびポリマー主鎖に組み込まれた官能基のサイズに応じて変化する。Tよりも低い温度では、ポリマーは、ある程度の柔軟性を維持し、新しい形状へと変形することができる。しかし、ポリマーが変形しているときにポリマーの温度がTよりも低くなるほど、それを成形するのに必要な力は大きくなる。
さらに、ポリマーがガラス転移温度にある場合、その分子構造を操作して、所望の方向に配向を形成することができる。ポリマー鎖で誘発された位置合わせまたは配向は、材料の機械的性質および挙動を改善する。分子配向は、典型的には、力を加えることによって与えられ、同時に、ポリマーは、柔軟な弾性状態にある。十分な配向が誘発された後、ポリマーの温度を下げて、配向の逆転および消失を防止する。
一実施例では、ポリマー基材を加熱して、その温度をその全長に沿ってまたは基材の選択部分に沿って、ポリマーのTまたはそれよりも高い温度にまで上昇させてもよい。例えば、PLLAから製作された基材の場合、この基材は、60℃から70℃の間の温度に加熱してもよい。基材が、その分子の十分な量が移動するよう十分な温度に達すると、基材内部からまたは基材の一部に沿って力を加え、その直径を、第1の直径Dから、大きな直径で固化するのに必要な時間をかけて第2の大きな直径Dに増加させてもよい。この固化時間中、力を加えることによって、分子配向が円周方向に誘発され、その結果、ポリマー鎖の分子配向が整列して、その機械的性質が強化される。次いで再形成された基材を、例えば低温環境、典型的には乾燥空気または不活性ガスにチューブを通すことによって、より低い温度、通常はTよりも低い温度に冷却し、形状を直径Dで維持し、分子配向の消失を防止することができる。
基材に加えられる力は、いくつかの異なる方法で生成することができる。1つの方法は、基材内に配置された膨張性圧力管を利用することによる。別の方法は、NiTi合金のような超弾性または形状記憶合金から作製された編物などの編物構造を利用して、サイズを拡大させて基材の内面に対して所望の大きさの力を加えるものである。
さらに別の方法では、図6に示されるような基材管腔内に窒素などの加圧不活性ガスを適用することにより膨張力を加えて、基材に円周方向の配向を与えることができる。完成した基材、例えば鋳造シリンダー94を、鋳造シリンダー94よりも大きい内径を有する成形チューブ90の内部に配置することができる。成形チューブ90は、ガラス、高度研磨金属、またはポリマーから製作することができる。さらに、成形チューブ90は、鋳造シリンダー94の精密なサイズ決めが可能になるように、高い精度で製作してもよい。
鋳造シリンダー94の遠位端または遠位部分は、クランプ留め96またはその他の方法で閉じることができ、圧力源は、鋳造シリンダー94の近位端98に結合してもよい。アセンブリ全体をノズル102上に配置し、このノズルで、熱104を鋳造シリンダー94の長さ全体にまたは鋳造シリンダー94の一部に加えることができる。加圧不活性ガス100、例えば10から400psiに加圧したガスを、鋳造シリンダー94内に導入して、例えば2mmのその直径を成形チューブ90の内径、例えば4mmに増加させることができる。したがって、鋳造シリンダー94の直径の増加により、鋳造シリンダー94の分子配向が再配列して、その半径方向強度を増加させ、また鋳造シリンダー94の円周方向配向を付与することができる。部分92は、半径方向の拡張および円周方向強度の付与を示すため、成形チューブ90の内面に対する鋳造シリンダー94の半径方向の拡張を誇張して示す。直径を増加させた後、鋳造シリンダー94を、上述のように冷却することができる。
基材が形成され、直径をその小さい第2の直径にまで縮小させた後、ステントを、上述のように処理してもよい。あるいはステントを、初期形成後の基材から処理してもよい。次いでステントそれ自体の直径を第2の縮小直径にまで縮小させることができる。
どちらの場合も、ステントがその第2の縮小直径に形成された後、ステントを、患者の血管内の標的位置に送達することができる。送達は、血管内送達を目的に、例えば膨脹バルーン上に配置された第2の縮小送達直径のステントを用いて既知の技術を利用して、血管内で行うことができる。膨張カテーテルおよびステントを、血管の標的領域に隣接して配置した後、ステントを最初に拡張させて、血管の内面に接触させることができる。
ステントを、第2の送達直径よりも大きい第3の直径で血管壁に接触するよう拡張させた状態で、膨脹バルーンをステントから除去することができる。所定の期間にわたり、また、ステントの構造的特徴を考慮して、ステントを血管壁に接触するようさらに自己拡張させて、確実な留置および位置決めを行うことができる。
PLLAなどの熱可塑性ポリマーは、通常は加熱されると軟化するので、鋳造シリンダー94または鋳造シリンダー94の一部は、その劣化を最小限に抑えるために、不活性環境下、例えば窒素ガス環境下で加熱することができる。
鋳造シリンダー110を後処理する別の方法は、形成された基材に円周方向の配向を誘発させる図7の実施例で見ることができる。図示されるように、鋳造シリンダー110を有するマンドレル112は、ポリマーを硬化させる前の、浸漬コーティングした直後に水平位置に配置し直すことができる。マンドレル112は、回転運動116によって示されるように、所定速度、例えば1から300rpmで、回転させることができ、同時に、シリンダー110は、ノズル102を介して加熱される。マンドレル112は、図2に示されるように、任意選択でアセンブリ30のモータ48を介して回転させて、回転運動54を与えてもよい。マンドレル112は、シリンダー110の長さまたはその長さの一部が加熱されるように、線形方向114に移動させてもよい。上述のように、この後処理は、不活性環境下で完了させることができる。
ポリマー基材に対する処理が完了すると、基材をさらに成形または機械加工して様々な機器を作製することができる。一例を、図8の斜視図に示すが、この図は、ロール状ステント120を示している。ステント120は、円筒の長さに沿って切断し、重なり合う部分122を形成することによって、鋳造シリンダーから作製することができる。次に、ステント120を巻いて小さな形状にし、配置させた後に、患者の脈管構造内で拡張させることができる。別の例は、ステント124の側面図として示しているが、このステントは、送達および配置を目的として、ステント124の圧縮および拡張を容易にする格子またはスキャフォールド構造が作製されるように、いくつかの除去部分126を機械加工することによって形成することができる。
図10Aから10Fは、ポリマー基材から形成されたステント130が、血管内での拡張を確実にするためにどのように送達され配置され得るかを示す別の実施例の側面図を示す。図10Aは、初期直径D1で形成されたポリマー基材から処理されまたは切断された、例示的なステント130の側面図を示す。上述のように、基材は、この基材のガラス転移温度T、T付近、またはTよりも高い温度で熱処理して、この初期直径D1を固定することができ、次いで基材を処理して、ステント130が対応する直径D1を有するようにステント130を作製することができる。次に、ステント130は、その直径を、初期直径D1よりも小さい第2の送達直径D2に縮小して、ステント130が、図10Bに示されるように例えば送達カテーテル132の膨脹バルーン134上に配置されるようにすることができる。縮小直径D2のステント130は、自己抑制し、外側シースの必要なしにステント130をその縮小直径D2のままで維持することができるが、任意選択でシースを利用することも可能である。さらに上述のように、ステント材料の処理および結果的に得られる材料特性によって、ステント130は、亀裂または材料の破断なしに、その初期直径D1から送達直径D2に縮小することができる。
ステント130を送達カテーテル132上に配置後、図10Cに示されるように、送達部位に到達するまで血管136の内部を前進させることができる。膨脹バルーン134を膨張させてステント130の直径を拡げて、血管内部に接触させて、例えば、ステントの初期直径D1よりも小さいが送達直径D2よりは大きい中間直径D3にすることができる。ステント130は、上述の本来の材料特性に起因してなんら亀裂または破断もなしに、この中間直径D3にまで拡張することができる。さらに、中間直径D3にまで拡張することによって、図10Eに示されるように、ステント130を管壁に確実に接触させることができ、同時に送達カテーテル132の引出しが可能になる。
ステント130をある中間直径D3にまで拡張し、血管壁に固定すると、ステント130を、ある期間にわたってさらに自己拡張させて、血管壁にさらに接触させ、ステント130を組織に確実に順応させることができる。この自己拡張機構によって、最終的にはステント130を、図10Fに示されるように熱硬化されたその元の初期直径D1にまで拡張させる、またはステント130は血管の直径の範囲内で完全に自己拡張するまで拡張させることが可能である。
側枝アクセス
多くの場合、血管は、主血管から相対的に離れた組織に血管形成する多数の側枝を有する。図11Aに示す一例では、主血管MVは、主血管MVから伸びる側枝SBを有する。主血管MVなどの血管は、複数の側枝を有してもよいが、説明のために単一側枝SBのみを示す。血管が疾患、例えば、主血管MV、側枝SBまたはこれら両方内の流れを妨げる動脈硬化症を発症する場合、閉塞が主血管MVとその側枝SBの1つとの分岐点で発生する可能性がある。図11Bは、複数の病変LS1、LS2、LS3が主血管MVと側枝SBとの分岐点に形成される場合の例を示す。この場合、LS1、LS2は、主血管MVと側枝との間に形成され、LS3は、主血管MV内で、側枝SBが主血管MVから伸びる場所のすぐ近くに形成される。
主血管MVおよび側枝SBの両方の流れの開通性が望まれる場合、分岐点で主血管MV中にステント140を配置し、その分岐点で側枝SBを拡張させて、その後に、バルーン血管形成術またはステント留置術により側枝SBを治療することができる。しかし、図12に示すように、主血管MV中に配置されたステント140は、側枝SBへの開口部の一部を塞ぎ、流れを低下させるか、またはその他の悪い影響を与えることがある。さらに図示されているように、詳細平面図も図12に示され、これは側枝SB中から、拡張されたステント140が配置された分岐点を見た図である。円周方向リング142および隣接するリング142を相互に連結する長手方向ストラット144が主血管MV内で血管壁に対し拡張されているのを観察することができる。しかし、これらのスキャフォールド部材が、側枝SBへの開口部を部分的に妨げていることも観察される。
側枝の流れの閉塞を減らすために、開業医は主血管MVと側枝SBとの間の分岐点を、例えば、血管形成バルーンまたはステントを使って拡張することができる。そうするためには、図13Aの概略的側面図の経路150により示されるように、バルーンカテーテルまたはステントを主血管MV内から拡張されたステント140中へ通すことが必要となり、また、主血管ステント140に沿って画定された側枝SBの開口部に隣接するオープンセルを通すことが必要となる。カテーテル152を経路150に沿って前進させてしまえば、カテーテル152に沿って置かれた膨張式バルーン154(またはその他の拡張機構)を側枝SBの開口部またはその近傍に位置する拡張されたオープンセル146(図13Bの側面図に示すように)内に配置することができる。その側枝SBの開口部またはその近傍では、オープンセル146の周辺部が隣接する円周方向リング142および長手方向ストラット144により画定され、オープンセル146を形づくる。その後、膨張式バルーン154はステント140の残りの部分を乱すことなく、または再構成する必要もなく拡張されてオープンセル146を拡大してさらに広がった形状にし、開口部から側枝SBへのより広い流路を提供することができる。
得られるステントの材料特性により、ステントストラットの破壊または亀裂を生ずることなくオープンセルのさらなる拡大が可能となるために、本明細書で記載のポリマースキャフォールドまたはステント実施形態のいずれかが、ステントの1つまたは複数のオープンセルを拡張するのに特に好適する。したがって、次の特許文献に記載のようなポリマー基材およびステントアセンブリが、後述の方法および装置に特に適切である。(特許文献1);(特許文献2);(特許文献3);(特許文献4);(特許文献5);(特許文献6);(特許文献7);および(特許文献8)。これらの文献のそれぞれは、本明細書における目的に応じて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図14Aおよび14Bは、配置されて内側血管壁に対して拡張形状にあるステント140を備えた主血管MV中を側枝SBから見た詳細平面図を示す。図14Aでは、側枝SBの開口部に位置する拡張された第1の形状のオープンセル146を、説明のために強調された状態で観察することができる。バルーンカテーテルがオープンセル内に配置され、拡張された後に得られた第2の形状を有し、図14Aに示す第1の形状に比べて拡大されている拡大オープンセル146’(同様に、説明のために強調されている)を図14Bで観察することができる。
図15Aと15Bは、主血管MVの外側にある拡張した第1の形状のオープンセル146(15Aに示す)およびその第2の形状のオープンセル146’(図15B)を有するステント140の平面図を示す。オープンセル146’のサイズの増加により、主血管MVからの側枝SBへのアクセスが容易になるだけでなく、流量の増加により血流の促進も行う。
通常、オープンセル146内に配置される膨脹バルーンのサイズは、ステントストラットの伸長により分岐アクセスが容易になる範囲であってよい。一例では、膨脹バルーンの、例えば、2.0mmから4.5mmまでの直径への拡張を利用することができる。拡張オープンセル146’では、同等の開口径レベルを有する実際の開口部を得ることができる。膨張式バルーン154は、例えば、5気圧から30気圧の圧力を使って、それに応じて膨脹させることができる。対応するリング142および長手方向ストラット144亀裂、破壊、または破断を起こすことなく、ポリマーの固有の性質(例えば、降伏応力、破断時のパーセント伸び、など)のみでなくステント140と個々のストラットの幾何学的寸法の組み合わせにより、例えば、2%から120%伸長させられることができる。
ポリマーステントを使って側枝治療を行えるようにするために、材料および設計によって、亀裂または破壊を起こすことなくオープンセル146の所望の直径まで拡張可能に、また合理的な疲労寿命を維持可能にするのが望ましい。さらに、ステント140の固有の材料特性により、歪み、破壊または周辺ステント構造の分解を起こさずにストラットが拡張および伸長して側枝SBへのアクセスが可能になる。バルーン154の拡張により生成されるエネルギーは、ストラットの伸長に伴う仕事により観察されるが、このストラットの伸長は、特定の部位が、この伸長によって、ステント140の残りの部分に対し力の伝達を実質的に行わないという意味でエネルギーを集中する。
オープンセル146と側枝SBの拡張は、バルーン154の膨脹により円周方向に発生するので、ステントの材料を等方的に歪ませるのが可能となる。(特許文献9)、(特許文献10)および(特許文献11)(これらの特許は、本明細書の目的に応じて、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)でさらに詳細に示され、記載されているように、特定のPLLAチューブは、その構造全体にわたり均質で等方的な性質を有し、このことが側枝拡張に適応する能力を高めている。
このような特定のPLLAチューブは、高分子量(重量平均)PLLAを含むように構成される。このような高分子量PLLAは、より低い分子量のPLLAチューブより破壊前のはるかに良好な伸びを可能とする(破壊前の80%またはそれを越える伸び)。このような材料は、側枝拡張を可能とするには極めて重要である。
さらに、このような特定のステント設計は、特定の高分子量の等方性PLLA材料特性を利用して、応力および歪みを分散することにより亀裂または破壊を起こすことなく、また、同時に合理的な疲労寿命を維持しながら、側枝拡張を可能とする。ステント設計要素の寸法、角度、および配置により、正常な使用ならびに側枝拡張中にステントに加わる応力および歪みが最小化される。バルーンおよびステントを通過可能にするオープンセル面積により、ステントのリング構造角度設計を、例えば、130度に制限し、さらなる拡張を可能とすると同時に歪みを制限することができる。さらに、設計限界歪みを、例えば、70%に制限して、合理的な疲労寿命の期間中の亀裂および破壊の形成を防ぐことができる。
図16に示すように、ステント140を側枝治療にさらに良好に適応可能とするために、ステントストラット160に変形して歪みを分散する張力緩和機構162を組み込むことができる。このような張力緩和機構162は、ステント140が最初に主血管MVの壁に対しその配置形状に拡張される場合でも、例えば、曲がっているか、または弓状のストラットを含めることができる。これらの張力緩和機構162は、オープンセル146をその拡大された第2の形状に再構成する際に、ストラット160をさらに伸長可能にすることができる。ストラット160が曲がるまたは弓状になる程度は、例えば、所望の張力緩和の程度、ならびに拡大される第2の形状のサイズに応じて、変わってもよい。
さらに、ステント設計は、側枝治療用のバルーン/ステントを収容できる特定の開口部を組み込むことも可能である。このような設計には、半径方向力および疲労寿命を維持すると同時に、側枝の拡張中にバルーン/ステントが通過するのに充分に大きな開口部を可能とする、例えば、孔、開口パターン、フラップ、窓、溝、セル構造、およびこれらの組み合わせ、などが含まれる。
本発明を実施するための上述の方法および機器の修正例、および当業者に明らかな本発明の態様の変形例は、この開示の範囲内にあるものとする。さらに、実施例間の態様の様々な組合せも意図されており、これらも同様に本開示の範囲内にあると見なされる。

Claims (19)

  1. 埋め込み可能なステントスキャフォールドにより画定される管腔を有する、前記埋め込み可能なステントスキャフォールドを備える、拡張可能なステントシステムであって;
    前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが送達形状と配置形状を有し;
    前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが前記送達形状から前記配置形状に拡張可能であり;
    前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが、前記埋め込み可能なステントスキャフォールドの壁に沿って画定される少なくとも1つのオープンセルを備え;
    前記少なくとも1つのオープンセルが、前記少なくとも1つのオープンセルに導入される拡張機器により第1の形状から第2の形状に拡大されることができ;
    前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが、259,000g/molから2,120,000g/molの分子量および20%から40%の結晶化度を特徴とする生体吸収性ポリマーから成るシステム。
  2. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドを前記送達形状から拡張させるバルーンカテーテルをも備える、請求項1に記載のシステム
  3. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが前記配置形状に自己拡張するよう構成される、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記少なくとも1つのオープンセルを拡張する、前記少なくとも1つのオープンセルに配置される拡張機器をも備える、請求項1に記載のシステムであって、前記拡張機器が、前記埋め込み可能なステントスキャフォールドにより画定される前記管腔中に配置されるバルーンカテーテルであるシステム。
  5. 前記少なくとも1つのオープンセルが、膨張バルーンにより直径2.0mmから4.5mmに拡大されるよう構成される、請求項1に記載のシステム。
  6. 孔、フラップ、窓、溝、セル構造、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される形状を有する前記第2の形状に拡大されるよう前記オープンセルが構成される、請求項1に記載のシステム。
  7. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドがさらに一つまたは複数のストラットを備え、前記一つまたは複数のストラットが亀裂、破壊、または破断を生じることなく2%から120%伸長されるよう構成される、請求項1に記載のシステム
  8. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドがさらに一つまたは複数のストラットを備え、前記一つまたは複数のストラットが、前記オープンセルの拡張の際に伸長する張力緩和領域を画定する、請求項1に記載のシステム
  9. 前記生体吸収性ポリマーが、27%から35%の結晶化度によりさらに特徴付けられる、請求項1に記載のシステム
  10. 前記生体吸収性ポリマーが、結晶性領域および非晶質領域によりさらに特徴付けられる、請求項1に記載のシステム
  11. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドがPLLAから製造され、前記オープンセルが、前記拡張機器により等方的に拡大されるよう構成される、請求項10に記載のシステム。
  12. 前記結晶性領域が長手方向に配向している、請求項10に記載のシステム
  13. 前記結晶性領域が円周方向に配向している、請求項10に記載のシステム
  14. 前記生体吸収性ポリマーが、100ppmより少ない溶媒含量であることによりさらに特徴付けられる、請求項1に記載のシステム
  15. 前記生体吸収性ポリマーが、1000MPaから3000MPaの弾性係数によりさらに特徴付けられる、請求項1に記載のシステム
  16. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドの破断時の加荷重が、100Nから300Nである、請求項1に記載のシステム
  17. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが、破壊形成または破断することなく、約1cmの曲率半径で180°まで湾曲するように構成されている、請求項1に記載のシステム
  18. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが、0.1Nから20Nの負荷下に置かれた場合20%の半径方向の変形を伴う半径方向強度により特徴づけられる、請求項1に記載のシステム
  19. 前記埋め込み可能なステントスキャフォールドが、外部負荷の下に配置されたとき塑性変形を生ずることなく5%から70%の間の直径の縮小を受けるよう構成される、請求項1に記載のシステム。
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