Lasertexturierte Stents bieten eine vielversprechende Lösung für Gefäßerkrankungen

Das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Hojeong Jeon und Dr. Hyung-Seop Han vom Biomaterials Research Center am Korea Institute of Science and Technology (KIST, Präsident Oh Sang-Rok) sowie Dr. Indong Jun von KIST Europe hat entwickelte eine neuartige Technologie zur Oberflächenbehandlung von Stents mittels Lasermusterung. Diese Technologie fördert das Wachstum von Endothelzellen und hemmt gleichzeitig die Dedifferenzierung glatter Muskelzellen in Blutgefäßen. Durch die Steuerung zellulärer Reaktionen auf nanostrukturierte Muster verspricht die Technik eine Verbesserung der Gefäßwiederherstellung, insbesondere in Kombination mit chemischen Beschichtungsmethoden.

Während sich Südkorea einer überalterten Gesellschaft nähert, steigt die Häufigkeit von Gefäßerkrankungen bei der älteren Bevölkerung, was die Bedeutung therapeutischer Stents erhöht. Diese röhrenförmigen medizinischen Geräte halten den Blutfluss aufrecht, indem sie verengte oder verstopfte Blutgefäße erweitern. Herkömmliche Metallstents können jedoch aufgrund einer übermäßigen Proliferation glatter Muskelzellen einen Monat nach der Implantation zu einer Restenose – einer erneuten Verengung der Arterie – führen.

Medikamentenfreisetzende Stents werden häufig zur Linderung dieses Problems eingesetzt, hemmen jedoch häufig die Reendothelialisierung der Gefäße, was das Thromboserisiko erhöht und den Einsatz von Antikoagulanzien erforderlich macht. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wird derzeit an der Beschichtung von Stentoberflächen mit bioaktiven Molekülen wie Proteinen oder Nukleinsäuren geforscht. Allerdings erfüllen diese Beschichtungen oft nur begrenzte Funktionen und können die Endothelzellproliferation nicht beschleunigen.

Um dieses Problem anzugehen, wandte das Forschungsteam die Nanosekunden-Lasertexturierungstechnologie an, um Faltenmuster im Nano- und Mikromaßstab auf Oberflächen aus Nickel-Titan-Legierungen zu erzeugen. Die Faltenmuster hemmen die Migration und morphologische Veränderungen glatter Muskelzellen, die durch eine Stent-induzierte Gefäßwandverletzung verursacht werden, und verhindern so eine Restenose. Die Faltenmuster verbessern auch die Zelladhäsion und fördern die Reendothelialisierung, um die Gefäßauskleidung wiederherzustellen.

Das Team validierte die Wirksamkeit dieser Technologie durch In-vitro-Gefäßzellstudien und Ex-vivo-Angiogenesetests an fötalen Tierknochen. Die lasertexturierten Metalloberflächen schufen günstige Umgebungen für die Endothelzellproliferation und unterdrückten gleichzeitig wirksam die Dedifferenzierung glatter Muskelzellen und übermäßiges Wachstum. Bemerkenswert ist, dass das Wachstum glatter Muskelzellen auf den faltigen Oberflächen um etwa 75 % reduziert wurde, während die Angiogenese um mehr als das Doppelte zunahm.

Es wird erwartet, dass die Oberflächenstrukturierungstechnologie nicht nur auf Metallstents, sondern auch auf biologisch abbaubare Stents anwendbar ist. Bei der Anwendung auf biologisch abbaubare Stents können die Muster eine Restenose verhindern und die Endothelialisierung verbessern, bevor sich die Stents auflösen, wodurch die Behandlungsergebnisse verbessert und das Komplikationsrisiko verringert werden. Das Forschungsteam plant die Durchführung von Tierversuchen und klinischen Studien, um die langfristige Sicherheit und Wirksamkeit dieser Laserstrukturierungstechnologie zu überprüfen.

Diese Studie zeigt das Potenzial von Oberflächenmustern zur selektiven Steuerung von Gefäßzellreaktionen ohne Medikamente. Der Einsatz weithin industrialisierter Nanosekundenlaser ermöglicht eine präzise und schnelle Bearbeitung der Stentoberfläche und bietet erhebliche Vorteile für die Kommerzialisierung und Prozesseffizienz.“

Dr. Hojeong Jeon, Forschungszentrum für Biomaterialien, Korea Institute of Science and Technology

KIST wurde 1966 als erstes staatlich finanziertes Forschungsinstitut in Korea gegründet. KIST ist nun bestrebt, durch führende und innovative Forschung nationale und gesellschaftliche Herausforderungen zu lösen und Wachstumsmotoren zu sichern. Weitere Informationen finden Sie auf der Website von KIST unter

Diese Forschung wurde vom Ministerium für Wissenschaft und IKT (Minister Sang Im Yoo) durch das Großprojekt von KIST und das Future Promising Convergence Technology Pioneer Project (RS-2023-00302145) unterstützt. Die Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift 「 veröffentlicht.Bioaktive Materialien」 (IF: 18,0, JCR Top 0,9 %).

Quellen: