I ricercatori di Fraunhofer stanno sviluppando una macchina di rivestimento automatizzata per trattare meglio le malattie cardiache coronariche.
I ricercatori di Fraunhofer IPK stanno sviluppando un processo automatizzato per rivestire i cateteri a palloncino con immunosoppressori e farmaci citostatici, al fine di sostituire l’invasiva procedura di stent per le malattie coronariche.
Le malattie coronariche sono gravi condizioni mediche causate da depositi di calcio che restringono le arterie coronarie. I medici di solito utilizzano uno stent, un catetere a palloncino con un supporto in plastica, per allargare i percorsi ristretti e consentire al sangue di fluire senza difficoltà. Tuttavia, nel corso di alcuni mesi, il tessuto intorno allo stent può riversarsi nel vaso sanguigno, portando a un'ulteriore costrizione chiamata restenosi.
Per questo motivo i medici stanno iniziando a considerare una procedura alternativa: un catetere a palloncino ricoperto da immunosoppressori e farmaci citostatici che si espande, provocando la dilatazione meccanica del vaso sanguigno. I principi attivi, veicolati attraverso la superficie del palloncino direttamente sopra e dentro le pareti arteriose, possono inibire la restenosi, impedendo al vaso di richiudersi.
Una macchina di rivestimento automatizzata per accelerare il processo ed evitare errori
Il rivestimento dei cateteri con farmaci è spesso attuato manualmente da operatori qualificati tramite un processo lungo e soggetto a errori. Tuttavia, il progetto “Heliko – Rivestimento automatizzato e sicuro di cateteri a palloncino con sostanze attive”, finanziato dal Ministero federale tedesco dell'istruzione e della ricerca (BMBF), sta sviluppando un prototipo di macchina di rivestimento automatizzata.
I microscopici cristalli del farmaco devono puntare verso l'esterno nella stessa direzione affinché il principio attivo penetri rapidamente ed efficacemente nelle pareti cellulari, quindi lo spessore del rivestimento e la composizione della sua superficie svolgono due ruoli fondamentali. Allo stesso tempo, la struttura dei cristalli fa sì che il farmaco abbia un effetto prolungato sulla parete dell'arteria. Una volta che il farmaco è stato rilasciato, il catetere a palloncino è sgonfiato e poi rimosso.
“I cateteri a palloncino devono convogliare immediatamente il farmaco nella parete arteriosa. Questo processo non deve durare più di un minuto per evitare che l'apporto di ossigeno al cuore sia interrotto per troppo tempo. Per questo motivo, la superficie non dovrebbe essere troppo liscia: una conformazione vettoriale dei cristalli garantisce un trasferimento ottimale della sostanza attiva”, ha affermato Gregor Dürre, ricercatore presso Fraunhofer IPK.
Diversi fattori, come la cinematica, la quantità di pressione applicata, la velocità di rivestimento, la durata del rivestimento e la velocità di rotazione, influiscono sulla struttura cristallina e sulla costruzione della macchina di rivestimento automatica.
“Il palloncino del catetere è una membrana fragile ed eccezionalmente sottile che deve essere ricoperta nel suo stato espanso. È incredibilmente difficile: il minimo errore può portare a lacerazioni nelle membrane, che hanno uno spessore di soli 20-80 micrometri”, ha commentato Annika Brehmer, specialista in biotecnologie.
Per ottenere la conformazione desiderata per la cristallizzazione della soluzione sulla membrana del palloncino, le condizioni di cristallizzazione devono essere controllate con precisione durante il processo di rivestimento: due motori fanno ruotare il filamento su cui è teso il palloncino per garantire che sia uniformemente rivestito. Il processo di rivestimento avviene quindi in modo sequenziale, con il palloncino in rotazione e la testa di spalmatura spostata contemporaneamente da una striscia all'altra. Un dispositivo di misurazione della superficie ottico integrato ad alta risoluzione si occupa del controllo della qualità, misurando costantemente lo spessore del rivestimento.
La procedura di rivestimento richiede in genere da tre a cinque minuti e la produttività risulta aumentata rispetto alla procedura manuale, così come la sicurezza del processo e il controllo di qualità con il dispositivo di misurazione.
I ricercatori stanno attualmente lavorando all'ottimizzazione del prototipo, la macchina di rivestimento automatizzata dovrebbe essere lanciata all'inizio del 2023.