Een nieuw model ontwikkeld aan het Georgia Institute of Technology zou een routekaart kunnen bieden voor de ontwikkeling van betere metalen stents, die worden gebruikt om vernauwde slagaders en bloedvaten open te houden, zodat ze vrij kunnen stromen.

Het model is gebaseerd op een soort topologische analyse die de complexiteit van de geometrie van de stent meet. Hoe groter de complexiteit, des te minder gelijkmatige spanningen zullen worden ervaren over de stent wanneer deze wordt geïmplanteerd.

"Ons model kan voorspellen welke geometrische structuren spanningsconcentraties zullen veroorzaken", zegt Yongjie Jessica Zhang, assistent-professor aan de George W. Woodruff School of Mechanical Engineering aan Georgia Tech. "Met behulp van deze informatie is het mogelijk om de geometrie van de stent opnieuw te ontwerpen, zodat deze spanningsconcentraties worden geëlimineerd, waardoor de kans op vermoeidheidsstoringen wordt verkleind."

Het onderzoek wordt op 1 juni 2022 gerapporteerd in het tijdschrift Acta Biomaterialia. De eerste auteur van het artikel is Jiahan Zhou, een Ph.D. student die met Zhang werkt.

Metalen stents zijn veel voorkomende medische hulpmiddelen die worden gebruikt om arteriële en veneuze ziekten te behandelen. De effectiviteit op de lange termijn wordt echter geplaagd door de complicaties die verband houden met hun structurele tekortkomingen, zoals trombose (bloedstolsels), restenose (verstopte slagaders) en stentfracturen.

De geometrie van de stent is geïdentificeerd als een kritische factor bij het bepalen van de structurele stabiliteit en functionaliteit ervan. Het voorspellen van de invloed van een specifieke stentgeometrie op de prestaties is echter een uitdaging, omdat hiervoor de evaluatie van uiterst complexe structuren vereist is.

"De uitdaging hier is dat de geometrieën erg ingewikkeld zijn", zei Zhou. "De traditionele manier om ze te analyseren en te verbeteren is grotendeels gebaseerd op experimenten met vallen en opstaan. Dit is tijdrovend en kostbaar."

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, wendden Zhang en Zhou zich tot een geometrische analysemethode die bekend staat als 'persistente homologie'. In tegenstelling tot een typische analyse die alleen naar de ruimtelijke geometrie kijkt, omvat persistente homologie niet alleen de geometrie, maar ook de topologie ervan, die verwijst naar essentiële kenmerken die niet kunnen worden veranderd door vervorming of uitrekken.

"We onderzoeken hoe de geometrie is gerangschikt en hoe deze structurele kenmerken de spanning in het materiaal beïnvloeden", zei Zhang.

In deze studie gebruikte het team persistente homologieanalyse om een ​​topologie-spanningskaart van verschillende stentgeometrieën te creëren. Ze keken naar 10 varianten van een veelgebruikte zelfuitzetbare stent, een Palmaz-Schatz-stent. Hun modellen voorspelden dat het vergroten van de complexiteit van de geometrie van de stent de spanningsconcentraties verhoogde.

Het team werkt nu aan het ontwikkelen van strategieën om spanningsconcentraties in de stentgeometrie te verminderen. Ze passen de topologische analysemethode ook toe om de effecten van de eigenschappen van de slagaderwand op de prestaties van de stent te bestuderen.