[논문 리뷰] Biodegradable drug eluting coating of cardiovascular stents dewets and can cause thrombosis

Alexey Kondyurin, Irina Kondyurina외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 04.

Fluid Dynamics and Thin Films참고 문헌 37인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 심장관 스텐트에 코팅된 생분해성 PLGA 코팅막이 수성 환경에서 탈수현상(dewetting)을 겪으며 필름 파손과 잠재적 혈전 형성으로 이어진다는 것을 입증한다. 이온 빔 입사는 낮은 농도(10¹⁴ 이온/cm²)에서도 탈수현상을 효과적으로 억제하여 코팅막을 안정화시키며, 수정된 층 내에서 생분해성 PLGA의 비율을 최대 80%까지 감소시킨다.

ABSTRACT

The results of our investigation of ion implantation of PLGA show that the PLGA films undergo crosslinking, carbonization and etching. The PLGA coating degrades in water by a hydrolysis reaction. The dewetting of PLGA coating under water is observed on silicon wafer, metal and carbon surfaces. As the result, the coating is ruptured up to separate drops of PLGA on the surface. The dewetting process can be eliminated by an ion beam implantation treatment, when the ions penetrate through the whole PLGA coating. The dewetting process in the modified layer can be eliminated even with low fluence (10^14 ions/cm2) modification. The amount of degradable PLGA in the modified layer depends on the fluence of ion implantation and can equal up to 80% of the film at low fluence of 10^14 ions/cm2.

연구 동기 및 목표

• 생리적 조건에서 심장관 스텐트에 코팅된 생분해성 PLGA 코팅막의 안정성을 조사하기 위해.
• 혈전 형성으로 이어질 수 있는 코팅 실패 원인인 탈수현상의 원인을 특정하기 위해.
• 이온 빔 입사를 통해 탈수현상을 방지하고 코팅막의 무결성을 향상시키는 방법을 평가하기 위해.
• PLGA 코팅막을 안정화시키면서도 생분해성 특성을 유지할 수 있는 최적의 이온 농도를 결정하기 위해.
• 이온 입사 후 수정된 층 내에서 생분해성 PLGA의 잔류 비율을 정량화하기 위해.

제안 방법

• 이온 빔을 이용해 전체 코팅 두께를 관통하는 방식으로 PLGA 필름에 이온 입사를 적용하였다.
• 이온 농도를 다양하게 조절하였으며, 특히 10¹⁴ 이온/cm²에서 저선량 효과를 평가하기 위해 집중하였다.
• 수성 조건 하에서 실리콘, 금속, 탄소 기초재에서 코팅 안정성을 평가하였다.
• 탈수현상 행동을 탐지하기 위해 표면 형태를 분석하였으며, 고립된 PLGA 방울의 형성 여부를 확인하였다.
• 이온 입사 과정에서 발생하는 PLGA의 화학적 변화(예: 교차결합, 탄소화, 에칭)를 모니터링하였다.
• PLGA의 수분해 기반 분해가 주요 분해 메커니즘으로 확인되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스텐트에 코팅된 PLGA 코팅막은 수성 환경에서 탈수현상이 발생하는가? 만약 그렇다면 어떤 조건에서 발생하는가?
• RQ2 낮은 이온 농도에서 이온 빔 입사가 PLGA 코팅막의 탈수현상을 방지할 수 있는가?
• RQ3 이온 농도와 수정된 층 내 생분해성 PLGA 잔류량 사이의 관계는 어떠한가?
• RQ4 이온 입사는 PLGA 코팅막의 화학적 및 구조적 안정성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 코팅막의 탈수현상이 스텐트 안전성에 미치는 잠재적 임상적 영향, 특히 혈전 위험에 대해 어떻게 평가할 수 있는가?

주요 결과

• 스텐트에 코ating된 PLGA 코팅막은 실리콘, 금속, 탄소 표면에서 물에서 탈수현상이 발생하며 고립된 방울 형태로 나타난다.
• 탈수현상은 코팅막의 파손을 유도하며, 이는 노출된 스텐트 표면을 드러내고 혈전 위험을 증가시킬 수 있다.
• 10¹⁴ 이온/cm²의 이온 빔 입사로 모든 시험 기초재에서 탈수현상이 효과적으로 억제된다.
• 낮은 농도에서도 수정된 층 내에서 최대 80%의 생분해성 PLGA가 유지되어 제어된 안정화가 이루어졌음을 나타낸다.
• 이온 입사로 인해 교차결합, 탄소화, 에칭이 유도되어 코팅막의 표면 에너지와 부착력이 변화한다.
• PLGA의 수분해 기반 분해가 주요 분해 경로로 확인되었다.