CC BY
13
УДК 615.036
DOI: 10.15372/SSMJ20180107
структурное и функциональное состояние полимерного покрытия коронарных стентов после воздействия потоком ускоренных электронов
Павел Геннадьевич МАдонов1, Михаил Рудольфович МАШКовЦЕв2 , Светлана владимировна мишенина1, Андрей владимирович дУБРовин1, Павел николаевич МиРоШниКов1, Константин игоревич ЕРШов1, Светлана васильевна позднякова1
1 Новосибирский государственный медицинский университет Минздрава России 630091, г. Новосибирск, Красный просп., 52
2 Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 11
В статье представлены материалы по изучению влияния электронно-лучевой обработки коронарных стентов с лекарственным покрытием потоком ускоренных электронов. Проведены эксперименты по визуализации полимерного покрытия, определены параметры кинетики антипролиферативного вещества в зависимости от дозы радиации. Для визуальной оценки целостности покрытия стентов с лекарственным покрытием использовались растровая электронная микроскопия и оптическая микроскопия, для оценки кинетики высвобождения - метод высокоэффективной жидкостной хроматографии. Установлено, что электронно-лучевая обработка потоком ускоренных электронов приводит к неопасным деформациям лекарственного покрытия коронарных стентов и увеличенному выходу антипролиферативного вещества (рапамицина). После электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов в дозе 1,5 и 3 Мрад на поверхности стентов с лекарственным покрытием появляются участки деформации элютинг-системы. Пролонгированная диффузия рапамицина из стента, создающая концентрации, превышающие концентрации без облучения, зависит от дозы радиационной нагрузки. Электронно-лучевая обработка стентов потоком ускоренных электронов позволяет в течение 10 суток иметь высокий градиент высвобождения антипролиферативного вещества из элютинг-системы, превышающий таковой без радиационной обработки. С позиции сопоставления эффективности и безопасности проведенные исследования позволяют рассматривать технологию электронно-лучевой обработки перспективной для внедрения в производство коронарных стентов.
Ключевые слова: коронарные стенты с лекарственным покрытием, радиационное воздействие на коронарные стенты, высвобождение антипролиферативного лекарственного средства.
В 2017 г. опубликованы новые Рекомендации Европейского кардиологического общества по лечению острого инфаркта миокарда с подъемом сегмента ST (АМ1^ТЕМ1), которые обновлены впервые с 2012 г. [4]. В разделе лечения острого инфаркта миокарда с подъемом сегмента ST указано, что чрескожное коронарное вмешательство (ЧКВ) должно выполняться с использованием стентов с лекарственным покрытием (СЛП), а
не голых металлических стентов. Класс этих рекомендаций повысился с 11А до I. В Российской Федерации в 2016 г. проведено около 180 000 процедур чрескожного коронарного вмешательства на коронарных артериях. Подавляющее большинство вмешательств приводило к установке стента. Всего за 2016 г. в РФ имплантировано 229 139 коронарных стентов, из них 108 777 с лекарственным покрытием [1]. Совершенно оче-
Мадонов П.Г. - д.м.н., проф., зав. кафедрой фармакологии, клинической фармакологии и доказательной медицины, e-mail: madonov@scpb.ru
Машковцев М.Р. - младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории
Мишенина С.В. - к.м.н., доцент кафедры фармакологии, клинической фармакологии и доказательной медицины
Дубровин А.В. - научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории
Мирошников П.Н. - научный сотрудник центральной научно-исследовательской лаборатории
Ершов К.И. - к.м.н., ассистент кафедры фармакологии, клинической фармакологии и доказательной медицины
Позднякова С.В. - д.б.н., проф. кафедры фармакологии, клинической фармакологии и доказательной медицины
видно, что постепенно СЛП будут занимать доминирующие позиции в медицинской технологии лечения острого инфаркта миокарда посредством чрескожного коронарного вмешательства.
В СЛП фармакологически активным ингредиентом является антипролиферативное лекарственное средство. Производство СЛП выглядит достаточно просто - на стент наносится полимерное покрытие из биодеградируемого полимера, так называемая элютинг-система, в которую предварительно включено антипролиферативное средство, например сиролимус (рапамицин). После установки СЛП антипролиферативное вещество высвобождается и проникает в просвет и в интиму коронарной артерии, оказывая требуемое противовоспалительное действие. Между тем существует несколько технологических проблем, которые напрямую влияют на эффективность антипролиферативного действия лекарственного покрытия стента. Если элютинг-система выполнена рыхло и лекарственный препарат легко из нее диффундирует, то антипролиферативное действие быстро утрачивается. Напротив, при уплотнении элютинг-системы снижается высвобождение лекарственного средства и, соответственно, снижается клиническая эффективность.
В литературе описаны варианты модификации элютинг-системы с целью нарастить вну-триполимерный кросслинкинг и, сохраняя плотность матрицы, повысить период полувыведения лекарственного средства. В исследованиях [2, 3] показана возможность модификации элютинг-системы посредством электронно-лучевой обработки стентов с лекарственным покрытием потоком ускоренных электронов с целью достижения баланса между эффективным высвобождением антипролиферативного вещества как с позиции достижения необходимой концентрации, так и с позиции длительности диффузии из элютинг-си-стемы. С помощью технологии электронно-лучевой модификации улучшаются кинетические параметры экстрагирования антипролиферативного лекарственного средства сиролимус (рапамицин) из коронарных стентов. Хроматографическая аналитика свидетельствует о химической целостности рапамицина после радиационного воздействия на него. Не менее важным обстоятельством электронно-лучевой обработки стентов с лекарственным покрытием является сохранность самой элютинг-системы после прохождения через нее потока ускоренных электронов.
Цель исследования - визуализация состояния элютинг-системы коронарных стентов после электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов и определение параметров кинетики антипролиферативного вещества (рапамицина).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для проведения экспериментов были выбраны СЛП «Калипсо» («Ангиолайн», г. Новосибирск), содержащие элютинг-систему из 650 мкг сополимера молочной и гликолевой кислот (PLGA, polylactide-co-glycolide acid) с включением 200 мкг рапамицина (CAS: 53123-88-9). Длина стентов 23 мм, диаметр 1,5 мм, масса 0,02 г. Электронно-лучевая обработка потоком ускоренных электронов производилась на импульсном линейном ускорителе ИЛУ-10 (ООО «СФМ-Фарм», г. Новосибирск) в дозах 1,5 и 3 Мрад.
Для визуальной оценки целостности покрытия СЛП нами использовалась растровая электронная микроскопия (РЭМ) и оптическая микроскопия (ОМ). Исследования проведены до и после электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов. РЭМ позволяет оценить микроморфологию поверхности с помощью сфокусированного электронного пучка, сканирующего поверхность, и изучать образцы с разрешением, в тысячи раз превосходящим возможности ОМ. Это достигается благодаря меньшей, чем у света, длине волны электронов. В наших исследованиях был использован растровый электронный микроскоп фирмы Hitachi S-3400N (Япония): ускоряющее напряжение 1000 В, разрешение изображения 2560 х 1920, режим вторичных электронов (secondary electron, SE), увеличение в 30-400 раз, рабочее расстояние 1113 мм. ОМ проводили на оптическом микроскопе VZM-200 (Caltex Scientific, США), откалибро-ванном на измерение геометрических размеров; увеличение в 30-150 раз. Пробоподготовку СЛП не проходили и были визуализированы и сфотографированы на баллоне. После электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов в дозе 1,5 и 3 Мрад исследованы по 5 стентов в режиме РЭМ и ОМ. В качестве контроля исследованы 3 стента в режиме РЭМ и ОМ.
После электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов и визуализации определялись параметры кинетики антипролифе-ративного вещества. Для этого каждый СЛП помещался в стеклянную емкость объемом 20 мл, в которую добавляли 5 мл 1мМ натрий-фосфатного буфера с рН 7,4. Емкость помещали в термостатированный при 37 °С шкаф на шейкер с рабочей частотой 120 об/мин, через заданные промежутки времени (~24 ч) из нее отбирали пробу для ВЭЖХ. Рапамицин имеет достаточно короткий период распада (t/ 12 ч), в этой связи каждый раз после отбора пробы буферный раствор в емкости заменяли на свежий. Критически важным периодом блокады воспаления и уменьшения
пролиферативной активности в зоне стентирова-ния являются первые 10 дней, поэтому продолжительность эксперимента ограничили 10 пробами. Измерения количества выделившегося из стента рапамицина методом ВЭЖХ проводили с использованием жидкостного хроматографа Accela Thermo Scientific (США), оборудованного диодно-матричным УФ детектором, в следующих условиях: объем пробы 20 мкл; элюент А: [4 M LiClO4 в 0,1 M HClO4] : H2O = 5 : 95; элюент В: ацетонитрил; колонка Kromasil 300-5C18 100 х 4,6 мм, температура колонки 60 °С; детектор: 280 нм.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Всего в исследовании использовано 13 СЛП, на рисунках представлены наиболее демонстративные фотоснимки, которые максимально отражают результаты экспериментов.
Характерные фотоснимки СЛП до электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов представлены на рис. 1. Элютинг-система имеет гладкую поверхность без участков растрескивания и фрагментации. Кинетика высвобождения лекарственного препарата подтверждает функциональную активность элютинг-системы. Имеет место выраженное увеличение концентрации рапамицина начиная с первого часа модельного эксперимента (рис. 2).
После электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов в дозе 1,5 и 3 Мрад на поверхности СЛП появляются участки деформации элютинг-системы, на рис. 3 отчетливо видны участки растрескивания и частичного отслоения. При этом не отмечается участков полной фрагментации с угрозой полного отслоения от металлической основы стента. Наряду с нару-
шением целостности элютинг-системы процессы высвобождения рапамицина из СЛП не только не ухудшаются, а, напротив, суммарно увеличиваются. Заслуживают внимания некоторые закономерности измененной кинетики рапамицина. Без электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов концентрация рапамицина в первые 2 суток выше, чем после облучения в дозе 1,5 Мрад, и в первые 4 суток выше, чем после облучения в дозе 3 Мрад (см. рис. 2).
Очевидно, что пролонгированная диффузия рапамицина из СЛП, создающая концентрации, превышающие таковые без облучения, имеет зависящий от дозы радиационной нагрузки характер. Этот факт заслуживает детального осмысления. С одной стороны, электронно-лучевая обработка СЛП потоком ускоренных электронов позволяет в течение как минимум 10 сут иметь высокий градиент высвобождения антипро-лиферативного вещества из элютинг-системы, превышающий таковой без радиационной обработки. Возможно, это достигается двумя взаимосвязанными обстоятельствами. Во-первых, индуцированный потоком электронов полимерный кросслинкинг предотвращает интенсивное вымывание антипролиферативного вещества из элютинг-системы. Во-вторых, в результате радиационной деформации СЛП возникают дополнительные площади для контакта с жидкой фазой и создаются условия для усиления высвобождения антипролиферативного вещества из толщи элю-тинг-системы. Суммарно это приводит к увеличенному и пролонгированному выходу рапами-цина из СЛП. Напрашивается однозначный вывод о благоприятном эффекте электронно-лучевой обработки СЛП потоком ускоренных электронов. Однако нельзя оставить без внимания тот факт, что прирост концентрации составляет не более
Рис. 1. Поверхность СЛП до электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов: а - РЭМ, б - ОМ СИБИРСКИЙ НАУЧНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 38, № 1, 2018 49
1,25-1
1,00-
0,75-
• 0,50-
§ 0,25-
□ 0 Мрад
□ 1,5 Мрад ■ 3,0 Мрад
1
О 0,06 1
2 3 4 7 Время выдержки, сут
10
Рис. 2. Кинетика высвобождения рапамицина из СЛП до и после электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов в дозе 1,5 и 3 Мрад
Рис. 3. Поверхность СЛП после электронно-лучевой обработки потоком ускоренных электронов в дозе 1,5 Мрад: а, б - РЭМ, разное увеличение; в - ОМ
13 % (см. рис. 2). С определенной долей допущения можно считать, что увеличение концентрации антипролиферативного вещества на 10-13 % не будет иметь существенной патогенетической значимости в части блокады пролиферативного компонента воспалительной реакции сосудистой стенки. Это не дезавуирует предыдущий позитивный вывод, а располагает к более детальному рас-
смотрению феномена радиационной деформации СЛП с позиции стратификации риска применения стентов с участками повреждения элютинг-системы.
Очевидно, что СЛП не выдерживают потока ускоренных электронов даже в невысоких дозах. Между тем при внимательном рассмотрении результатов РЭМ характер повреждений не
располагает считать их опасными для развития ятрогенных осложнений. Участки повреждения на СЛП не имеют тенденции к полной фрагментации и отслоению. Это обстоятельство позволяет не считать их эмболоопасными для кровеносного русла и не выглядит тревожно еще и потому, что после установки стента и фактически раздавливания пораженного участка артерии в зоне окклюзии в кровотоке неизбежно появятся более крупные фрагменты поврежденной ткани.
Таким образом, интерпретация результатов электронно-лучевой обработки СЛП потоком ускоренных электронов с позиции сопоставления эффективности и безопасности позволяет рассматривать данную технологию перспективной для внедрения в производство коронарных стентов.
Представленная экспериментальная работа выполнена в рамках исполнения Новосибирским государственным медицинским университетом Минздрава России Государственного задания по теме: «Создание медицинских изделий для рентгенхирургического лечения инфаркта миокарда и тромбоэмболических осложнений», Рег. № 115060410034 (2015-2017).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алекян Б.Г., Григорьян А.М., Стаферов А.В. Рентгенэндоваскулярная диагностика и лечение заболеваний сердца и сосудов в Российской Федерации. М., 2017.
2. Мадонов П.Г., Дубровин А.В., Мирошни-ков П.Н., Мишенина С.В., Ершов К.И., Позднякова С.В. Электронно-лучевая модификация коронарных стентов с лекарственным покрытием // Мед. и образ. в Сибири. 2015. (5). Режим доступа: http:// ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=1923 (дата обращения: 13.10.2016).
3. Маринкин И.О., Мадонов П.Г., Мишени-на С.В., Дубровин А.В., Мирошников П.Н., Ершов К.И., Позднякова С.В. Фармакологическая модификация коронарных стентов // Сиб. науч. мед. журн. 2016. 36. (6). 24-28.
4. The Task Force for the management of acute myocardial infarction in patients presenting with ST-segment elevation of the European Society of Cardiology (ESC). 2017 ESC Guidelines for the management of acute myocardial infarction in patients presenting with ST-segment elevation. Electronic resource: https://academic.up.com/eurheartj/advance-article/doi/10.1093/eurheartj/ehx393/4095042
STRUCTURAL AND FUNCTIONAL STATE OF POLYMER COATING OF CORONARY STENTS AFTER EFFECTS OF THE ACCELERATED ELECTRONS FLOW
Pavel Gennad'evich MADONOV1, Michail Rudolfovich MASHKOVTSEV2 , Svetlana Vladimirovna MISHENINA1, Andrey Vladimirovich DUBROVIN1, Pavel Nikolaevich MIROSHNIKOV1, Konstantin Igorevich Yershov1, Svetlana Vasil'evna POZDNYAKOVA1
1 Novosibirsk State Medical University of Minzdrav of Russia 630091, Novosibirsk, Krasny av., 52
2 Budker Institute of Nuclear Physics of SB RAS 630090, Novosibirsk, Academician Lavrentiev av., 11
The article presents the results of investigation of the electron-beam processing effect by a stream of accelerated electrons on coronary stents with a drug coating. Experiments on the visualization of the polymer coating have been carried out, the parameters of the kinetics of the antiproliferative substance as a function of the radiation dose have been determined. Integrity of the drug-coated stents has been visually assessed by scanning electron microscopy and optical microscopy. The release kinetic have been evaluated by high-performance liquid chromatography method. It has been established that electron beam treatment by the stream of accelerated electrons leads to non-dangerous deformations of the coronary stents drug coating and to the increased yield of antiproliferative substance. Deformation sites of the elution system appear on the surface of the drug-eluting stents after electron-beam treatment by the stream of accelerated electrons at a dose of 1.5 and 3 Mrad. Prolonged diffusion of rapamycin from the treated stent creates concentrations greater than those when used untreated stent and depends on the radiation load in a dose-dependent manner. Stent electron beam treatment by the stream of accelerated electrons provides a high gradient of release of the antiproliferative substance from the elution system, exceeding that without treatment, for 10 days. Comparison of efficiency and safety allows us to consider the technology of electron beam processing as promising for the introduction into coronary stents production.
Key words: coronary stents with drug coating, radiation effect on coronary stents, release of antiproliferative drug.
Madonov P.G. - doctor of medical sciences, professor, head of the chair for pharmacology, clinical pharmacology and evidentiary medicine, e-mail: madonov@scpb.ru Mashkovtsev M.R. - junior researcher
Mishenina S.V - candidate of medical sciences, associated professor of the chair for pharmacology, clinical pharmacology and evidentiary medicine Dubrovin A.V. - researcher of Central Research Laboratory Miroshnikov P.N. - researcher of central research laboratory
Yershov K.I. - candidate of medical sciences, assistant of the chair for pharmacology, clinical pharmacology and evidentiary medicine
Pozdnyakova S.V. - doctor of medical sciences, professor of the chair for pharmacology, clinical pharmacology and evidentiary medicine
