了解波士顿科学的毒品洗脱支架

2014年6月18日

心血管疾病是一种心脏中的动脉被斑块阻塞的疾病。狭窄的动脉可以限制血液流动，并导致胸痛和呼吸急促。裸金属支架可用于解决问题，但是过多的组织可以在它们上生长并再次缩小动脉（一种称为再狭窄的过程）。波士顿科学的工程师正在使用模拟来了解药物洗脱支架中的释放机制，可用于防止这种过量的细胞生长。

支架如何控制细胞生长

支架是类似网状的小脚手架结构，旨在扩展动脉内部，使它们保持开放，以允许正常的血液流动。过量的组织生长是人体对支架放置过程中造成的损伤的自然愈合反应。但是，这阻碍了组织生长再次收缩动脉的恢复。因此，使用药物洗脱支架用于将药物输送到动脉组织中并防止不必要的生长。

图显示了受限的血液流动，血管中的支架以及由于使用支架而导致的不受限制的血流
示意图显示（a）被斑块阻塞的血管，并受到限制性血流；（b）插入和扩展支架的过程；（c）由于支架膨胀（左），血管内的支架布置的特写（中心）以及支架支撑杆（右）的横截面设计（右），血管中的血流恢复正常。

这样的支架包括一个涂层，该涂层包括用于控制药物的聚合物基质；这种涂层围绕着网格的每一链（请参阅上图中的C部分）。尽管支架设计已经取得了很多进展，但尚未完全了解毒品释放过程。

通过模拟了解药物释放

波士顿科学是一家开发用于诊断和治疗各种医疗状况的技术的公司。包括Travis Schauer和Ismail Guler在内的一组工程师已经使用Comsol多物理学模拟来检查药物释放过程Comsol News 2014）。他们旨在了解药物从涂层和动脉组织中扩散的速率优化模块（对Comsol多物理的附加组件）将其仿真拟合到实验数据中。他们希望理解发布概况最终将更好地控制药物释放。

他们的模型包括富含药物的聚合物和涂料的表面连接成分。当这种富含药物的阶段迅速溶解并扩散到动脉中时，它留下了相互连接的毛孔的微观结构。由聚合物基质封装的药物分子随着时间的流逝而逐渐较慢。

图像显示释放前的支架涂料微结构以及药物释放后互连孔周围的聚合物基质
药物释放前的支架涂层微结构（左）和围绕药物释放后相互关联孔的聚合物基质（右）。

Schauer和Guler理想地将其模拟的涂层微结构化为其溶解的药物分子，这些药物分子在孔中相对较快地扩散了孔，并且分子溶解在聚合物中的分子非常缓慢地扩散。他们发现，使用comsol多物理学自定义模型很容易。Schauer说：“我们专注于理解手头的运输现象，而不是花时间在繁琐的编程上。”“我们直接通过用户界面直接根据我们的需求自定义了基础方程。”

许多因素会影响微观结构，例如药物与聚合物，药物溶解度甚至制造过程的比率。为了了解为什么会出现某些发布概况，他们跟踪了累积医学释放。他们必须考虑某些变化的参数，包括药物的溶解度极限（在组织中的血液中的液体培养基在组织中与固体聚合物中的溶解度不同）。其他值必须估算，包括延迟系数，以说明孔的收缩和扭曲形状。

Schauer和Guler使用COMSOL软件完善了这些参数，并将其模型的预测与动力学药物释放（KDR）数据进行了比较。他们的模拟证实了孔中的药物分子迅速释放，而聚合物壳中的分子散布得更慢。

图显示了t = 2小时的预测药物浓度