Surface modification treatment of cardiovascular titanium stent

Coronary artery disease is one of the leading cause of death worldwide. Coronary angioplasty with deployment of stent is the most popular non-surgical treatment of cardiovascular disease which caused narrowing or occlusion (stenosis) of the affected vessel. Unfortunately stenting is not a definitive answer to treatment of vessel occlusion symptoms. Deployment of stents combined with the balloon expansion is a traumatic event which result in inflammatory cells activation and vascular SMCs proliferation leading to the formation of a new neointimal tissue. In some cases, uncontrolled growth of this tissue leads to neointimal hyperplasia and re-occlusion of the treated vessel which is called In-Stent Restenosis (ISR). In this work the possibility to coat titanium coronary stents by Anodic Spark Deposition (ASD) technique with a layer of anodized titanium doped by different elements such as Ca, P, Na and Si is investigated. The aim of this project is to obtain a biocompatible stent coating technology able to reduce the incidence of ISR in a cost-effective manner, in comparison to other current technologies such as drug-eluting stents. Samples in a wide range of final voltages (155 V to 295 V) were coated and mechanical and physicochemical characterization of coatings were investigated. The main results after three point bending test showed that no delamination occurred on the surface of coatings deposited in low-voltage range which had undergone relatively high plastic deformation (12% elongation).

La malattia coronarica è una delle principali cause di morte nel mondo. L’angioplastica coronarica con impiego di stent è il più popolare trattamento non chirurgico della malattia cardiovascolare che ha causato restringimento o occlusione (stenosi) della coronaria interessata. Purtroppo gli attuali stent non forniscono una risposta definitiva per il trattamento di questa patologia. L’applicazione dello stent in combinazione con l'espansione del palloncino atto a riaprire il vaso è un evento traumatico che comporta fenomeni infiammatori con attivazione di fattori e proliferazione di cellule che porta alla formazione di un nuovo tessuto neointimale. In alcuni casi, la crescita incontrollata di questo tessuto porta a iperplasia neointimale e alla ri-occlusione del vaso trattato (in-stent ri-stenosi - ISR). In questo lavoro viene studiata la possibilità di utilizzare stent coronarici in titanio opportunamente trattati mediante tecnica di modifica superficiale Anodic Spark Deposition (ASD). Questa tecnica consente di modificare lo strato superficiale di titanio mediante anodizzazione ad alto voltaggio e di drogarlo con diversi elementi quali Ca, P, Na e Si. Lo scopo di questo progetto è quello di mettere a punto una tecnica di rivestimento su titanio adatta all’applicazione su stent, al fine di ottenere una superficie di titanio altamente biocompatibile e in grado di ridurre l'incidenza di ISR in modo economico, soprattutto in confronto alle altre costose tecniche attuali oggi possibili, che prevedono l’utilizzo di stent rivestiti con farmaci antiproliferativi (Drug-Eluting Stents). Sono stati sviluppati diversi trattamenti di anodizzazione ad alto voltaggio tipo ASD, considerando una vasta gamma di voltaggi (155 V a 295 V). Tali trattamenti sono stati studiati e caratterizzati mediante test meccanici e analisi chimico-fisiche. Le analisi hanno consentito di individuare dei trattamenti utilizzabili per queste applicazioni, che consentono un’elevata deformazione plastica (fino al 12% di allungamento), necessaria per l’espansione dello stent, senza mostrare effetti di distacco e delaminazione dei rivestimenti superficiali dal substrato in titanio.