Arq Bras CardiolArquivos Brasileiros de CardiologiaArq. Bras. Cardiol.0066-782X1678-4170Sociedade Brasileira de CardiologiaQydgG5SGRFd9LXqrg3Dv6ygS0066-782X2014000500003S0066-782X20140050400440000310.5935/abc.20140044Artigos OriginaisEstudo Pré-Clínico de Stent com Polímero Biodegradável e
Liberação Abluminal de SirolimusTakimuraCelso Kiyochi1CamposCarlos Augusto Homem M.1MeloPedro Henrique Magualhães Craveiro1CamposJulliana Carvalho1GutierrezPaulo Sampaio1BorgesThiago Francisco Costa2CuradoLuciano2MoratoSpero Penha3LaurindoFrancisco Rafael Martins1LemosPedro AlvesNeto1Instituto do CoraçãoHospital das ClínicasFaculdade de MedicinaUniversidade de São PauloSão PauloSPBrasilInstituto do Coração do Hospital das Clínicas da
Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, SP -
BrasilScitech Produtos Médicos LtdaSão PauloSPBrasilScitech Produtos Médicos Ltda, São Paulo, SP -
BrasilLasertools Tecnologia LtdaSão PauloSPBrasilLasertools Tecnologia Ltda, São Paulo, SP -
BrasilCorrespondência: Celso Kiyochi Takimura, Avenida Açocê 92, apto. 162,
Indianópolis. CEP 04075-020, São Paulo, SP - Brasil. E-mail:
celsotakimura@hotmail.com,
celso.takimura@incor.usp.br
Potencial Conflito de Interesses Os autores Celso Kiyochi Takimura,
Francisco Rafael Martins Laurindo e Pedro Alves Lemos Neto são cosultores
científicos da Scitech produtos médicos. Os autores Luciano Curado e Spero Penha
Morato são empregados da Scitech produtos médicos.
Stents recobertos com polímeros bioabsorvíveis e fármacos apenas na face abluminal
podem ser mais seguros que stents farmacológicos com polímeros permanentes.
Objetivo:
Relatar os resultados experimentais com o stent Inspiron(r), um stent recoberto
com polímero bioabsorvível e com liberação de sirolimus apenas da face abluminal,
recentemente aprovado para uso clínico.
Métodos:
Foram implantados 45 stents nas artérias coronárias de 15 porcos e, no 28° dia
pós-implante, foram obtidos os resultados angiográficos, de ultrassonografia
intracoronária e de histomorfologia. Cinco grupos foram avaliados: Grupo I (nove
stents sem recobrimento); Grupo II (nove stents com polímero bioabsorvível nas
faces luminal e abluminal); Grupo III (oito stents com polímero bioabsorvível na
face abluminal); Grupo IV (nove stents com polímero bioabsorvível e sirolimus nas
faces luminal e abluminal); e Grupo V (dez stents com polímero bioabsorvível e
sirolimus na face abluminal exclusivamente).
Resultados:
Observamos, para os Grupos I, II, III, IV e V respectivamente: porcentual de
estenose de 29 ± 20; 36 ± 14; 33 ± 19; 22 ± 13 e 26 ± 15 (p = 0,443); perda
luminal tardia (em mm) de 1,02 ± 0,60; 1,24 ± 0,48; 1,11 ± 0,54; 0,72 ± 0,44 e
0,78 ± 0,39 (p = 0,253); área neointimal (em mm2) de 2,60 ± 1,99; 2,74 ± 1,51;
2,74 ± 1,30; 1,30 ± 1,14 e 0,97 ± 0,84 (p = 0,001; Grupos IV e V versus Grupos I,
II e III) e porcentual de área neointimal de 35 ± 25; 38 ± 18; 39 ± 19; 19 ± 18 e
15 ± 12 (p = 0,001; Grupo IV e V versus Grupo I, II e III). Os escores de injúria
e inflamação foram baixos e sem diferenças entre os grupos.
Conclusão:
O stent Inspiron(r) foi seguro e inibiu significativamente a hiperplasia
neointimal observada no 28° dia pós-implante em artérias coronárias porcinas.
Nos anos 2002 e 2003, os stents coronários farmacológicos Cypher(r) (Cordis Corp, Miami
Lakes, Estados Unidos) e Taxus(r) (Boston Scientific, Natick, Estados Unidos) foram
aprovados para uso clínico e proporcionaram um grande avanço no tratamento percutâneo de
estenoses coronárias, pela acentuada redução da incidência de reestenose intra-stent e
da necessidade de nova revascularização do vaso-alvo1,2. Entretanto, a
ocorrência de casos de trombose tardia e muito tardia3,4 após o implante dessas
próteses foi um alerta para a segurança desses stents farmacológicos.
Entre os múltiplos processos fisiopatológicos apontados como predisponentes para
trombose tardia e muito tardia, destacam-se: retardo na endotelização das hastes,
remodelamento positivo com má-aposição adquirida, disfunção endotelial e reação
inflamatória pela presença de polímero durável5.
Objetivando suplantar as limitações e os eventos adversos relacionados aos stents de
primeira geração, foram desenvolvidos diversos novos stents farmacológicos. Esses novos
stents apresentam variações na constituição da liga metálica, na espessura das hastes,
no desenho das malhas, no polímero carreador do fármaco, na classe e dose do fármaco ou
no local de liberação deste da superfície do stent.
Formulou-se a hipótese de que, após a liberação do fármaco e a degradação do polímero
biodegradável, permaneceria na parede arterial apenas a plataforma metálica (à
semelhança de um stent não farmacológico), reduzindo as taxas de trombose tardia e muito
tardia desses stents, sem prejuízo da eficácia antirreestenótica. A liberação de fármaco
apenas da superfície abluminal (superfície do stent em contato com a parede do vaso)
poderia ainda prevenir o retardo da endotelização das hastes do stent, outro dos
mecanismos apontados como causadores de trombose.
Este trabalho apresentou dados pré-clínicos do stent Inspiron(r) (Scitech(r) Produtos
Médicos Ltda., Goiânia, Goiás, Brasil), um stent constituído de liga cromo-cobalto L605,
com revestimento apenas na face abluminal de uma mistura de sirolimus e polímero
biodegradável, recentemente aprovado para uso clínico.
Neste estudo experimental, compararam-se os resultados observados em artérias coronárias
porcinas, por meio de avaliação angiográfica, ultrassonografia intracoronária e
histomorfologia, no 28° dia pós-implante do stent Inspiron(r), stents com polímero e com
sirolimus, nas faces luminal e abluminal, e com stents não farmacológicos.
MétodosAspectos Éticos
Este protocolo de estudo foi aprovado pela Comissão de Ética em Pesquisa
Institucional e foi realizado em conformidade com as normas de Boas Práticas
Laboratoriais.
Espécie Animal
Foram utilizados 15 porcos juvenis provenientes de granja comercial, não
ateroscleróticos, com peso médio de 28,9 kg (26 a 31,5 kg), que receberam ácido
acetilsalicílico (200 mg) e clopidogrel (300 mg) por via oral 1 dia antes dos
implantes dos stents.
Stents
Foram utilizados 45 stents pré-montados produzidos pela Scitech(r) Produtos Médicos
Ltda., com diâmetros de 2,5, 3,0 e 3,5 mm e comprimento de 19 mm. Esses stents são
constituídos de liga cromo-cobalto L605, com hastes finas (espessura de 75 µm),
formando anéis com células curtas (1,1 mm) ligadas entre si por hastes de 65 µm6.
À exceção de 9 stents sem nenhum recobrimento por polímero ou fármaco, os demais
stents foram recobertos com polímero biodegradável, uma mistura de poli(ácido lático)
e poli(ácido láctico-co-ácido glicólico), com espessura dessa camada de 5 µm e
degradação em água e em CO2 em 6 a 9 meses (Figura 1).
O fármaco utilizado nos stents farmacológicos foi o sirolimus, com liberação de 60%
na primeira semana e de 90% em até 4 semanas. A dose de sirolimus utilizada foi de
8,8 µg por mm de stent, no stent liberador de sirolimus da superfície luminal e
abluminal do stent, ou de 4,4 µg por mm de stent, no stent liberador de sirolimus da
face abluminal exclusivamente (stent Inspiron(r)).
Assim, cinco tipos de stents foram avaliados: nove stents sem recobrimento por
polímero ou fármaco antiproliferativo (Grupo I, stent não farmacológico); nove stents
recobertos com polímero bioabsorvível nas faces luminal e abluminal (Grupo II); oito
stents recobertos com polímero bioabsorvível na face abluminal (Grupo III); nove
stents recobertos com polímero bioabsorvível e sirolimus nas faces luminal e
abluminal (Grupo IV) e dez stents recobertos com polímero bioabsorvível e sirolimus
na face abluminal exclusivamente (Grupo V, stent Inspiron(r)).
Procedimento de Implante dos Stents
Foram administradas pré-medicações anestésicas por via intramuscular (ketamina 3
mg/kg e midazolan 0,5 mg/kg). A seguir, após infusão endovenosa de tiopental, os
animais foram submetidos à entubação orotraqueal, ventilação mecânica, manutenção do
plano anestésico com isofluorano e monitoração dos seus ritmos cardíacos, frequências
cardíacas e da saturação de oxigênio.
A via de acesso arterial para o procedimento de implante dos stents foi obtida por
dissecção da artéria femoral comum, com punção arterial sob visão direta e inserção
de introdutor valvulado 6 French. Sob fluoroscopia (Philips BV - Holanda),
manipulou-se um cateter terapêutico Judkins Right 6 French para cateterização
seletiva das artérias coronárias, o que foi seguido da administração intracoronária
de nitroglicerina (200 µg) e de uma angiografia coronária, na projeção oblíqua
anterior esquerda com 45 graus.
A seguir, foi inserido fio-guia 0,014 polegadas Choice PT(r) (Boston Scientific,
Natick, Estados Unidos), com posicionamento da extremidade distal na artéria
coronária-alvo, e, seguindo sorteio prévio, foi realizado implante de um stent por
artéria, preferencialmente em um segmento arterial com poucos ramos laterais e sem
redução luminal acentuada, com pressão de liberação suficiente para alcançar uma
relação diâmetro do balão de liberação do stent: artéria de 1,1:1 (Tabela 1).
Dados individuais do procedimento de implante dos stents
Animal número
Peso (kg)
Artéria coronária-alvo
Grupo
Tamanho do stent (mm) (diâmetro x comprimento)
Pressão de implantação (ATM)
1
31
CD
I
3,0 x 19
8
CX
III
3,0 x 19
6
DA
IV
3,0 x 19
7
2
30
CD
I
3,0 x 19
10
CX
III
3,5 x 19
8
DA
II
3,0 x 19
10
3
30
CD
II
3,0 x 19
6
CX
IV
3,5 x 19
10
DA
III
3,0 x 19
5
4
31,5
CD
IV
3,0 x 19
8
CX
I
3,0 x 19
6
DA
II
3,0 x 19
9
5
28,5
CD
IV
3,0 x 19
10
CX
II
3,0 x 19
6
DA
III
3,0 x 19
7
6
30
CD
III
3,0 x 19
10
CX
V
3,0 x 19
10
DA
I
3,5 x 19
10
7
30
CD
V
3,0 x 19
10
CX
I
3,0 x 19
12
DA
III
3,0 x 19
11
8
26
CD
III
3,0 x 19
10
CX
V
2,5 x 19
8
DA
I
2,5 x 19
9
9
31
CD
V
2,5 x 19
6
CX
II
3,0 x 19
7
DA
IV
2,5 x 19
10
10
27,5
CD
II
3,0 x 19
8
CX
I
3,5 x 19
8
DA
V
2,5 x 19
7
11
26,5
CD
IV
3,0 x 19
12
CX
IV
3,5 x 19
10
DA
V
3,0 x 19
10
12
27,5
CD
III
3,5 x 19
7
CX
V
3,0 x 19
5
DA
II
3,5 x 19
10
13
27
CD
II
3,5 x 19
8
CX
IV
3,0 x 19
7
DA
V
3,0 x 19
11
14
26,5
CD
V
3,0 x 19
11
CX
III
3,5 x 19
5
DA
I
3,0 x 19
7
15
31,5
CD
I
3,0 x 19
10
CX
IV
3,5 x 19
10
DA
V
3,5 x 19
10
CD: artéria coronaria direita; CX: artéria circunflexa; DA: artéria
descendente anterior; Grupo I: stents sem recobrimento; Grupo II: stents com
polímero bioabsorvível nas faces luminal e abluminal; Grupo III: stents com
polímero bioabsorvível abluminal; Grupo IV: stents com polímero
bioabsorvível e sirolimus nas faces luminal e abluminal; Grupo V: stents com
polímero bioabsorvível e sirolimus na face abluminal exclusivamente.
Pós-Procedimento
Após o procedimento, os animais foram observados quanto à recuperação anestésica e
receberam antibioticoterapia profilática por via intramuscular com benzilpenicilina
1.200.000 unidades e gentamicina 40 mg. Foram extubados quando bem acordados,
enviados para baias individuais e, posteriormente, receberam ração comercial para
suínos em crescimento (Cooper(r), São José dos Campos, São Paulo, Brasil) e água
ad libitum. Por 28 dias, foram administradas medicações
antiagregantes plaquetárias (ácido acetilsalicílico 100 mg ao dia e clopidogrel 75 mg
ao dia) por via oral; além disso receberam cuidados veterinários diários, com
observação e anotação do estado geral do animal, nível de atividade física, aceitação
da dieta, presença de febre, assim como diagnóstico e tratamento de eventual infecção
da ferida operatória.
No 28° dia pós-implante, os animais retornaram ao laboratório de experimentação
animal e foram submetidos à angiografia coronária de controle com angiografia
coronária quantitativa e a estudo com ultrassonografia intracoronária. A eutanásia
foi realizada com aprofundamento do grau de anestesia e injeção letal endovenosa de
cloreto de potássio (30 a 40 mL).
Processamento Histológico
Após eutanásia e toracotomia paramediana esquerda, os corações de cada animal foram
cuidadosamente removidos, com mínima manipulação, para evitar compressão extrínseca
dos stents, e o sangue das cavidades cardíacas foi lavado com água potável e soro
fisiológico 0,9%, sendo realizada em seguida infusão de solução de formol a 10% na
raiz da aorta sob pressão de 100 mmHg por 30 minutos. Os segmentos arteriais contendo
os stents foram dissecados do tecido adjacente, removidos e colocados em solução de
formol a 10% por 24 horas e, a seguir, em álcool absoluto a 70%. Esses segmentos
arteriais contendo os stents foram desidratados em soluções alcoólicas, incluídos em
resinas plásticas de metacrilato e, subsequentemente, submetidos a cortes
transversais (espessura média de 3,5 µm), com lâmina de tungstênio, em micrótomo
apropriado (RM 2265, Leica, Alemanha).
Angiografia Coronária Quantitativa
Todas as angiografias dos implantes do stents e dos reestudos de 28 dias foram
analisadas por meio de angiografia coronária quantitativa off-line
com software CASS II (Pie Medical, Maastrich, Holanda), com
a determinação dos Diâmetros Luminais Mínimos (DLM, em mm), Diâmetros de Referência
(DR, em mm), estenoses angiográficas porcentuais (%) e perdas luminais tardias (em
mm).
Ultrassonografia intracoronária
Foram utilizados cateteres de ultrassonografia intracoronária Atlantis(r) SR Pro de
40 MHz (Boston Scientific, Natick, MA, Estados Unidos) com recuo automatizado a 0,5
mm/s. As imagens adquiridas foram analisadas por meio do software de
mensuração do próprio equipamento de ultrassonografia intracoronária (Ilab(r), Boston
Scientific, Natick, MA, Estados Unidos), com determinação, por planimetria, das áreas
luminais (em mm2, áreas dos stents (em mm2, áreas de hiperplasia neointimal (em mm2 e áreas de hiperplasia neointimal porcentuais
(%).
Histomorfologia
Foram obtidas três lâminas histológicas por terço de segmento de stent (proximal,
médio e distal). Essas lâminas foram coradas com hematoxilina-eosina e pela coloração
de Verhoeff para fibras elásticas; posteriormente, elas foram submetidas a análises
histomorfológicas. Essas análises foram realizadas sem o conhecimento da
identificação do tipo de stent implantado e foram utilizados escores
semiquantitativos para avaliação de inflamação7, deposição de fibrina8 e grau de
injúria9.
Análise Estatística
Os dados quantitativos são apresentados como média ± Desvio Padrão (DP) ou mediana.
Após verificada a normalidade dos dados, efetuaram-se o cálculo da Análise de
Variância Simples (one-way ANOVA), para comparação das médias entre
os grupos, e análise post-hoc, quando detectadas diferenças
estatisticamente significantes entre esses grupos. Foi utilizado o
softwareStatistical Package for the Social Sciences (SPSS), versão 20.0,
para análise dos dados, e foi adotado um nível de significância de 5%.
A implantação dos stents teve sucesso em todas as artérias coronárias-alvo, sem
ocorrência de complicações nos procedimentos de implante dos stents, assim como na
recuperação imediata pós-procedimento.
Um animal (número 10) morreu no sexto dia pós-procedimento de implante de stents.
Estudo anatomopatológico do coração concluiu como a causa do óbito um infarto agudo
do miocárdio inferior por oclusão da artéria coronária direita, na qual fora
implantado um stent recoberto com polímero biodegradável na face luminal e abluminal
(stent do Grupo II). As outras artérias - a descendente anterior e a circunflexa - e
os stents aí implantados apresentavam-se pérvios e sem trombos intraluminais
firmemente aderentes. Essa morte precoce determinou uma taxa de mortalidade precoce
de 6,6% (um animal em 15), representativa, de acordo com um Consenso de
Investigadores (taxa deve ser menor que 10%), de "boa técnica de implante e
tecnologia do stent"10.
No 28° dia pós-implante dos stents, a angiografia coronária de controle, nos animais
sobreviventes, revelou segmentos arteriais com stents pérvios e sem imagem sugestiva
de trombo.
Os achados de angiografia coronária quantitativa, ultrassonografia intracoronária e
de histopatologia são descritos na Tabela
2.
Resultados de angiografia coronária quantitativa, ultrassonografia
intracoronária e histomorfologia
Grupo
Valor de p
I (N = 9)
II (N = 9)
III (N = 8)
IV (N = 9)
V (N = 10)
DR basal (mm)
2,59 ± 0,21
2,62 ± 0,20
2,63 ± 0,30
2,61 ± 0,24
2,50 ± 0,43
0,901
Pressão de insuflação do balão (ATM)
9,0 ± 1,9
8,0 ± 1,7
7,6 ± 2,2
9,3 ± 1,6
9,0 ± 2,1
0,348
Diâmetro do balão (mm)
2,76 ± 0,27
2,79 ± 0,24
2,89 ± 0,32
2,83 ± 0,19
2,71 ± 0,26
0,716
Relação balão/artéria
1,06 ± 0,04
1,06 ± 0,08
1,10 ± 0,07
1,09 ± 0,10
1,10 ± 0,10
0,845
DLM ao final do procedimento (mm)
2,67 ± 0,23
2,74 ± 0,22
2,69 ± 0,21
2,73 ± 0,22
2,59 ± 0,26
0,749
DR na angiografia de controle (mm)
2,30 ± 0,30
2,49 ± 0,32
2,39 ± 0,30
2,48 ± 0,22
2,54 ± 0,30
0,470
DLM na angiografia de controle (mm)
1,64 ± 0,61
1,59 ± 0,45
1,57 ± 0,49
1,95 ± 0,43
1,85 ± 0,36
0,379
Estenose porcentual (%)
29 ± 20
36 ± 14
33 ± 19
22 ± 13
26 ± 15
0,443
Perda luminal tardia (mm)
1,02 ± 0,60
1,24 ± 0,48
1,11 ± 0,54
0,72 ± 0,44
0,78 ± 0,39
0,253
Área da luz (mm2)
4,49 ± 2,16
4,29 ± 1,53
4,33 ± 1,40
5,77 ± 3,32
6,03 ± 2,18
0,001 *
Área do vaso (mn2)
6,95 ± 1,40
6,90 ± 1,27
6,97 ± 0,87
7,00 ± 1,10
7,00 ± 1,58
0,305
Área do stent (mm2)
7,09 ± 1,40
7,03 ± 1,27
7,07 ± 0,87
7,07 ± 1,10
7,00 ± 1,70
0,676
Área neointimal (mm2)
2,60 ± 1,99
2,74 ± 1,51
2,74 ± 1,30
1,30 ± 1,14
0,97 ± 0,84
0,001 *
Área neointimal percentual (%)
35 ± 25
38 ± 18
39 ± 19
19 ± 18
15 ± 12
0,001 *
Inflamação (mediana) (mín-máx)
1 (0 - 2)
1 (0 - 2)
1 (0 - 3)
1 (0 - 1)
1 (0 - 1)
0,999
Injúria Schwartz (mediana) (mín-máx)
1 (0 - 3)
1 (0 - 2)
1 (1 - 3)
1 (0 - 2)
1 (0 - 2)
0,999
Grupo IV versus Grupos I, II, III e Grupo V versus Grupos I, II, III.
Grupo I: stents sem recobrimento; Grupo II: stents com polímero
bioabsorvível nas faces luminal e abluminal; Grupo III: stents com polímero
bioabsorvível abluminal; Grupo IV: stents com polímero bioabsorvível e
sirolimus nas faces luminal e abluminal; Grupo V: stents com polímero
bioabsorvível e sirolimus na face abluminal exclusivamente; DR: diâmetro de
referência; DLM: diâmetro luminal mínimo.
Angiografia Coronária Quantitativa
À angiografia coronária quantitativa, as artérias coronárias suínas apresentaram, no
procedimento de implantação dos stents, um diâmetro de referência em torno de 2,6 mm.
A pressão de insuflação para implantação dos stents foi, em média, de 8,5 ATM (5 a 12
ATM; p = 0,348), alcançando-se a relação balão:artéria de 1,1:1 para causar uma
injúria à parede arterial de grau moderado.
Na angiografia coronária quantitativa do controle angiográfico no 28° dia
pós-procedimento, não se observou nenhuma diferença estatisticamente significante
entre os grupos.
Ultrassografia Intracoronária
À ultrassonografia intracoronária, observou-se, no 28° dia pós-implante, uma adequada
aposição das hastes dos stents em todos os casos. Observou-se, ainda, uma área da luz
(mm2 maior nos stents farmacológicos
(Grupos IV e V), em relação aos stents controle (Grupos I, II e III), com
significância estatística (p = 0,001). De forma semelhante, a área neointimal e a
área neointimal porcentual foram significativamente menores nesses stents
farmacológicos em relação aos stents-controle (p = 0,001 para as comparações dos
Grupos IV e V individualmente versus Grupos I, II e III), conforme
demonstrado na Figura 2.
Área do lúmen (mm<sup>2</sup>), área neointimal (mm<sup>2</sup>) e área
neointimal porcentual (%) observada nos grupos experimentais I a V. * Valor de
p < 0,05 para Grupo IV versus Grupo I, II e III e Grupo V versus Grupo I, II
e III.
A hiperplasia neointimal observada nos stents recobertos com polímero bioabsorvível e
sirolimus apenas na face abluminal (Grupo V, stent Inspiron(r)) foi equivalente à
observada nos stents com o mesmo recobrimento nas faces luminal e abluminal do stent
(Grupo IV), com ausência de significância estatística (p = 0,913).
Histomorfologia
Os escores de injúria e inflamação foram baixos e sem diferenças estatisticamente
significativas entre os grupos (p = 0,999). A Figura
3 mostra imagens histológicas representativas da hiperplasia neointimal no
28°dia pós-implante de um stent não farmacológico (à esquerda) e de um stent
farmacológico (à direita) em artérias.
Cortes transversais de artérias coronárias porcinas aos 28 dias de implante
de stent bare metal (Grupo I, à esquerda) e de stent recoberto com polímero
biodegradável e eluição de sirolimus da face abluminal (Grupo V) (à direita).
Aumento de 40X.
Discussão
Estudos pré-clínicos em animais de experimentação para desenvolvimento e aperfeiçoamento
de stents coronários são importantes, para se obter uma ideia inicial do desempenho
mecânico, perfil de segurança e eficácia dos stents, além de constituírem estudos
requeridos por agências reguladoras para aprovação desses dispositivos para uso
clínico11.
Apesar de todos os benefícios dos stents farmacológicos de primeira geração, que
revolucionaram o tratamento da doença coronária aterosclerótica, cresceram os
questionamentos sobre a segurança em longo prazo desses dispositivos, sobretudo em
relação à trombose tardia12.
Após a inicial redução do número de implante de stents farmacológicos, observada à
época, novos esforços se concentraram no desenvolvimento de stents, com a utilização de
diferentes ligas metálicas (cromo-cobalto e platina-cromo), novos polímeros
biocompatíveis ou biodegradáveis, e a incorporação de novos fármacos (everolimus,
zotarolimus e biolimus A9), visando aumentar a segurança desses dispositivos.
Apesar da fisiopatologia da trombose de stents ser multifatorial, várias evidências
animais e clínicas apontaram para a presença de polímeros duráveis como desencadeadora
de inflamação e retardo no reparo vascular13.
Essas evidências impulsionaram o desenvolvimento de stents com polímeros biodegradáveis
e também stents bioabsorvíveis.
Observou-se, no presente trabalho pré-clínico em artérias coronárias porcinas, que os
stents recobertos com polímero biodegradável e com liberação de sirolimus apenas de sua
face abluminal (Grupo V, stent Inspiron(r)) apresentaram, quantitativamente, hiperplasia
neointimal semelhante a dos stents recobertos com polímero e sirolimus em suas faces
luminal e abluminal (Grupo IV). Os grupos com stents liberadores de sirolimus (Grupos IV
e V) apresentaram menor área neointimal em relação aos stents sem liberação de fármaco
(Grupos I, II e III). Não se observou diferença entre os cinco grupos quanto aos escores
de injúria e inflamação, evidenciando que o polímero bioabsorvível e o fármaco
antiproliferativo utilizados foram seguros e efetivos.
O stent farmacológico Inspiron(r) tem como característica ser constituído por liga
metálica de cromo-cobalto L605, recobrimento com polímero biodegradável e eluição de
sirolimus da face abluminal exclusivamente. Possivelmente, por ser recoberto com
polímero biodegradável, possui maior segurança que os stents com polímeros permanentes.
Em meta-análise de estudos clínicos randomizados comparando as taxas de trombose de
stent até 4 anos após o uso dos stents farmacológicos com polímero biodegradável Yukon
(Translumina, Hechingen, Alemanha) e Biomatrix(r) Flex (Biosensors International,
Singapura) com o stent com polímero permanente Cypher(r) (Cordis Corp, Miami Lakes, Fl,
Estados Unidos), os stents com polímero biodegradável apresentaram menos trombose
definitiva do stent, menos desfechos clínicos e menor revascularização da lesão-alvo do
que o stent Cypher(r) com polímero durável14.
Estudo experimental em modelo porcino, que comparou a atividade endotelial e escores de
inflamação em animais submetidos a implante do stent Nobori(r), recoberto com polímero
bioabsorvível e biolimus apenas em sua face abluminal, com o stent Cypher(r), obteve
aumento do relaxamento endotelial, redução da produção de ânion superóxido e menor
inflamação nos segmentos coronários no grupo que recebeu o stent Nobori(r)15.
Recentes dados, entretanto, sugerem que a presença de polímero durável per
se não determina maior risco de trombose tardia16,17. Em estudo
experimental, Kolandaivelu e cols.18 observaram
que stent farmacológico com polímero durável (XIENCE) apresentou menor trombogenicidade
precoce que stent metálico correspondente (Multilink Vision), ou seja, o recobrimento
com polímero e fármaco conferiu efeito protetor para a trombogenicidade aguda. Fatores
como o desenho do stent e espessura das hastes emergem como outros importantes fatores
na predisposição de trombose do stent.
Vários outros stents foram desenvolvidos utilizando polímero biodegradável e fármacos
antiproliferativos liberados apenas da face abluminal. Exemplos desses stents são os
stents de aço inoxidável Nobori(r) (Terumo Corp., Japão) e o Biomatrix(r) (Biosensors
International, Singapura) com eluição de biolimus A9, o stent de aço inoxidável
JACTAX(r) (Boston Scientific, Natick, Estados Unidos) com eluição de paclitaxel, e o
stent de cromo-cobalto Firehawk(r) (MicroPort Medical, Shangai, China) com eluição de
sirolimus.
O stent Inspiron(r) tem sido estudado extensivamente em animais de experimentação com
resultados comparáveis a outros stents farmacológicos no que se refere a segurança,
endotelização de hastes dos stents e hiperplasia neointimal19,20.
Estudos clínicos já estão em andamento para avaliar a eficácia desse novo stent
farmacológico. Os resultados clínicos iniciais do stent Inspiron(r) (INSPIRON I)
revelaram uma boa resposta angiográfica, com perda luminal tardia de 0,18 mm,
ultrassonográfica com porcentagem de obstrução neointimal de 8,2% e revascularização do
vaso-alvo de 0%.
Estudo clínico randomizado (DESTINY) está em curso comparando o stent Inspiron(r) com o
stent Biomatrix(r) e prevê a inclusão de 165 pacientes randomizados 2:1 (stent
Inspiron(r) versus Biomatrix(r)).
Limitações
O presente estudo utilizou como modelo artérias coronárias porcinas sadias, o que
pode não representar a evolução em segmento vascular com doença aterosclerótica.
Modelos animais ateroscleróticos foram desenvolvidos em coelhos e porcos, entretanto,
são modelos ainda pouco utilizados em estudos pré-clínicos para o desenvolvimento e o
aperfeiçoamento de stents coronários.
A ultrassonografia intracoronária foi utilizada apenas no controle de 28 dias
pós-implante dos stents com o objetivo de avaliar a hiperplasia neointimal
intra-stent, não tendo sido utilizado este método para guiar a implantação dos
stents. No entanto, os achados de angiografia coronária quantitativa, apesar das
conhecidas limitações do método da angiografia, revelaram que os stents foram
implantados adequadamente (relação balão:artéria de 1,1:1) e os achados de
ultrassonografia intracoronária mostraram adequada aposição das hastes dos stents em
todos os casos.
Tomografia de coerência óptica é um método amplamente utilizado em pesquisa de
validação pré-clínica e clínica de novos stents, porém esse método, à época da
realização do presente estudo, não estava disponível para uso em experimentação
animal em na instituição.
Conclusões
Neste estudo experimental, os stents farmacológicos recobertos com sirolimus e polímero
bioabsorvível em artérias coronárias porcinas apresentaram menor hiperplasia neointimal
quando comparados a stents não farmacológicos de controle. O stent recoberto com
polímero bioabsorvível e sirolimus liberado apenas da face abluminal (stent Inspiron(r))
apresentou mesma eficácia antiproliferativa neointimal que o stent com sirolimus
liberado das faces luminal e abluminal.
Fontes de Financiamento do Estudo
Secretaria de Ciência e Tecnologia e Insumos Estratégicos (SCTIE)/Departamento de
Ciência e Tecnologia (DECIT) do Ministério da Saúde (MS), Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Financiadora de Estudos e Projetos
(FINEP) do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) e Fundação de Amparo à Pesquisa
do Estado de São Paulo (Fapesp).
Contribuição dos autores
Concepção e desenho da pesquisa: Takimura CK, Campos CAH; Obtenção de dados: Takimura
CK, Campos CAH, Campos JC, Gutierrez PS; Análise e interpretação dos dados: Takimura
CK, Análise estatística: Takimura CK; Rascunho do manuscrito: Takimura CK, Craveiro
PHM; Supervisão/ como investigador principal: Takimura CK; Revisão crítica do
manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Campos CAH, Craveiro PHM,
Borges TFC, Curado L, Morato SP, Laurindo FRM, Lemos Neto PA.
Fontes de Financiamento
O presente estudo foi financiado parcialmente por SCTIE/ DECIT do Ministério da
Saúde, CNPQ, FINEP, FAPESP.
Vinculação Acadêmica
Não há vinculação deste estudo com dissertações e teses de pós-graduação.
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arteries of rabbitsArq Bras Cardiol201299611231128Original ArticlesPreclinical Study of a Biodegradable Polymer-based Stent
with Abluminal Sirolimus ReleaseTakimuraCelso Kiyochi1CamposCarlos Augusto Homem M.1MeloPedro Henrique Magualhães Craveiro1CamposJulliana Carvalho1GutierrezPaulo Sampaio1BorgesThiago Francisco Costa2CuradoLuciano2MoratoSpero Penha3LaurindoFrancisco Rafael Martins1NetoPedro Alves Lemos1Instituto do CoraçãoHospital das ClínicasFaculdade de MedicinaUniversidade de São PauloSão PauloSPBrazilInstituto do Coração do Hospital das Clínicas da
Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo USP, São Paulo, SP -
BrazilScitech Produtos Médicos LtdaSão PauloSPBrazilScitech Produtos Médicos Ltda, São Paulo, SP -
Brazil Lasertools Tecnologia LtdaSão PauloSPBrazilLasertools Tecnologia Ltda, São Paulo, SP -
BrazilCorrespondência: Celso Kiyochi Takimura, Avenida Açocê 92, apto. 162,
Indianópolis. CEP 04075-020, São Paulo, SP - Brasil. E-mail:
celsotakimura@hotmail.com,
celso.takimura@incor.usp.br
Potential Conflict of Interest
The authors Celso Kiyochika Takimura, Francisco Rafael Martins Laurindo Alves and
Pedro Lemos Neto are scientific consultants of Scitech Medical Products. The
authors Luciano Spero Penha Morato Curado and are employed of Scitech Medical
Products.
Background:
Bioabsorbable polymer stents with drug elution only on the abluminal surface may
be safer than durable polymer drug-eluting stents.
Objective:
To report the experimental findings with the Inspiron(tm) stent - a bioabsorbable
polymer-coated stent with sirolimus release from the abluminal surface only,
recently approved for clinical use.
Methods:
45 stents were implanted in the coronary arteries of 15 pigs. On day 28 after
implantation, angiographic, intracoronary ultrasonographic and histomorphological
data were collected. Five groups were analyzed: Group I (nine bare-metal stents);
Group II (nine coated with bioabsorbable polymer on the luminal and abluminal
surfaces); Group III (eight stents coated with bioabsorbable polymer on the
abluminal surface); Group IV (nine stents with bioabsorbable polymer and sirolimus
on the luminal and abluminal surfaces); and Group V (ten stents with bioabsorbable
polymer and sirolimus only on the abluminal surface).
Results:
The following results were observed for Groups I, II, III, IV and V, respectively:
percentage stenosis of 29 ± 20; 36 ± 14; 33 ± 19; 22 ± 13 and 26 ± 15 (p = 0.443);
late lumen loss (in mm) of 1.02 ± 0.60; 1.24 ± 0.48; 1.11 ± 0.54; 0.72 ± 0.44 and
0.78 ± 0.39 (p = 0.253); neointimal area (in mm2)) of 2.60 ± 1.99; 2.74 ± 1.51; 2.74 ± 1.30; 1.30 ± 1.14
and 0.97 ± 0.84 (p = 0.001; Groups IV and V versus Groups I, II and III); and
percentage neointimal area of 35 ± 25; 38 ± 18; 39 ± 19; 19 ± 18 and 15 ± 12 (p =
0.001; Groups IV and V versus Groups I, II and III). Injury and inflammation
scores were low and with no differences between the groups.
Conclusion:
The Inspiron(tm) stent proved to be safe and was able to significantly inhibit the
neointimal hyperplasia observed on day 28 after implantation in porcine coronary
arteries.
In the years of 2002 and 2003, the Cypher(tm) (Cordis Corp, Miami Lakes, USA) and
Taxus(tm) (Boston Scientific, Natick, USA) drug-eluting coronary stents were approved
for clinical use and provided a major breakthrough in the percutaneous treatment of
coronary stenoses, thanks to a significant reduction of the incidence of in-stent
restenosis and of the need for a new target-vessel revascularization1,2. However, the occurrence of cases of late and very late thrombosis3,4 after implantation was an alert for the safety of these drug-eluting
stents.
Among the multiple pathophysiological processes pointed as predisposing factors for
late and very late thrombosis are: delayed strut endothelialization; positive
remodeling with acquired poor apposition; endothelial dysfunction; and inflammatory
reaction due to the presence of a durable polymer5.
With the purpose of overcoming the limitations and adverse events related to
first-generation stents, several new drug-eluting stents have been developed. These
new stents show variations either in the composition of the alloy, in the strut
thickness, in the mesh design, in the drug-carrying polymer, in the drug class and
dosage, or in the place on the stent surface from which the drug is released.
We hypothesized that, after drug release and degradation of the biodegradable
polymer, only the metallic platform would remain in the arterial wall (like in a
bare-metal stent), thus reducing the late and very late thrombosis rates of these
stents, without compromising the anti-restenotic efficacy. Drug release from the
abluminal surface only (stent surface in contact with the vessel wall) could also
prevent delayed endothelialization of the stent struts, which is another mechanism
pointed as responsible for thrombosis.
This study presents preclinical data on the Inspiron(tm) stent (Scitech (r) Medical
Products Inc., Goiânia, Goiás, Brazil) - a stent composed of a chromium-cobalt L605
alloy, which is coated with a sirolimus and biodegradable polymer mixture only on its
abluminal surface, and was recently approved for clinical use.
In this experimental study, the results observed in porcine coronary arteries by
means of angiographic, intracoronary ultrasonographic, and histomorphological
assessment on day 28 after implantation of the Inspiron(tm) stent versus stents with
polymer and sirolimus on the luminal and abluminal surfaces, and bare-metal stents
were compared.
MethodsEthical Aspects
The study protocol was approved by the Institutional Research Ethics Committee and
was carried out according to the Good Laboratory Practices guidelines.
Animal species
A total of 15 non-atherosclerotic juvenile pigs from a commercial farm were used.
Their mean weight was 28.9 kg (26 to 31.5 kg), and they received oral
acetylsalicylic acid (200 mg) and clopidogrel (300 mg) one day prior to stent
implantation.
Stents
Forty five pre-assembled stents manufactured by Scitech(tm) Medical Products,
Inc., with 2.5, 3.0 and 3.5-mm diameters and 19-mm length were used. These stents
are made of a chromium-cobalt L605 alloy, and have a thin strut
(75-µm thickness), forming rings with short cells (1.1 mm)
linked to each other by 65-µm struts6.
Except for 9 stents with no polymer or drug coating, the other stents were coated
with biodegradable polymer, a mixture of poly (lactic acid) and poly (lactic
acid-co-glycolic acid); this layer was 5-µm thick, and water- and
CO2 degradable within 6 to 9 months (Figure 1).
The drug used in the drug-eluting stents was sirolimus, with 60% release in the
first week and 90% within up to 4 weeks. The sirolimus dose used was 8.8
µg per mm of stent in the sirolimus-releasing stent from the
luminal and abluminal stent surfaces; or 4.4 µg per mm of stent,
on the sirolimus-releasing stent only from the abluminal surface (Inspiron(tm)
stent).
Thus, five types of stents were assessed: nine stents without polymer or
antiproliferative drug coating (Group I, bare-metal stent); nine bioabsorbable
polymer-coated stents on the luminal and abluminal surfaces (Group II); eight
bioabsorbable polymer-coated stents on the abluminal surface (Group III); nine
bioabsorbable polymer and sirolimus coated stents on the luminal and abluminal
surfaces (Group IV) and ten bioabsorbable polymer- and sirolimus-coated stents
only on the abluminal surface (Group V, Inspiron(tm) stent).
Stent implantation procedure
Intramuscular preanesthetic medications were administered (ketamine 3 mg/kg and
midazolam 0.5 mg/kg). Then, after intravenous infusion of thiopental, the animals
underwent endotracheal intubation, mechanical ventilation, maintenance of the
anesthetic plan with isoflurane and monitoring of their heart rhythms, heart
rates, and oxygen saturation.
An arterial line for the stent implantation procedure was obtained by dissecting
the common femoral artery, with arterial puncture under direct visualization and
insertion of a 6-French valved introducer. Under fluoroscopy (Philips BV - The
Netherlands), a 6-French Judkins Right therapeutic catheter was manipulated for
selective catheterization of the coronary arteries; next, intracoronary
nitroglycerin (200 µg) was administered and coronary angiography
was performed in the left anterior oblique view at 45 degrees.
Then, a 0.014-inch Choice PR(tm) guidewire (Boston Scientific, Natick, USA) was
inserted with its distal tip positioned in the target-coronary artery. Following a
previous raffle, one stent per artery was implanted, preferably in an arterial
segment with few lateral branches and without significant lumen reduction and
deployment pressure enough to reach a stent deployment balloon diameter: artery
rate of 1.1:1 (Table 1).
Individual data on the stent implantation procedure
Animal number
Weight (kg)
Target coronary-artery
Group
Stent size (mm) (diameter x length)
Implantation pressure (ATM)
1
31
CD
I
3.0 x 19
8
CX
III
3.0 x 19
6
DA
IV
3.0 x 19
7
2
30
CD
I
3.0 x 19
10
CX
III
3.5 x 19
8
DA
II
3.0 x 19
10
3
30
CD
II
3.0 x 19
6
CX
IV
3.5 x 19
10
DA
III
3.0 x 19
5
4
31.5
CD
IV
3.0 x 19
8
CX
I
3.0 x 19
6
DA
II
3.0 x 19
9
5
28.5
CD
IV
3.0 x 19
10
CX
II
3.0 x 19
6
DA
III
3.0 x 19
7
6
30
CD
III
3.0 x 19
10
CX
V
3.0 x 19
10
DA
I
3.5 x 19
10
7
30
CD
V
3.0 x 19
10
CX
I
3.0 x 19
12
DA
III
3.0 x 19
11
8
26
CD
III
3.0 x 19
10
CX
V
2.5 x 19
8
DA
I
2.5 x 19
9
9
31
CD
V
2.5 x 19
6
CX
II
3.0 x 19
7
DA
IV
2.5 x 19
10
10
27.5
CD
II
3.0 x 19
8
CX
I
3.5 x 19
8
DA
V
2.5 x 19
7
11
26.5
CD
IV
3.0 x 19
12
CX
IV
3.5 x 19
10
DA
V
3.0 x 19
10
12
27.5
CD
III
3.5 x 19
7
CX
V
3.0 x 19
5
DA
II
3.5 x 19
10
13
27
CD
II
3.5 x 19
8
CX
IV
3.0 x 19
7
DA
V
3.0 x 19
11
14
26.5
CD
V
3.0 x 19
11
CX
III
3.5 x 19
5
DA
I
3.0 x 19
7
15
31.5
CD
I
3.0 x 19
10
CX
IV
3.5 x 19
10
DA
V
3.5 x 19
10
RC: right coronary artery; CX: circumflex artery; AD: anterior descending
artery; Group I: bare-metal stents; Group II: stents with bioabsorbable
polymer on the luminal and abluminal surfaces; Group III: stents with
bioabsorbable polymer on the abluminal surface; Group IV: stents with
bioabsorbable polymer and sirolimus on the luminal and abluminal
surfaces; Group V: stents with bioabsorbable polymer and sirolimus only
on the abluminal surface.
Post-Procedure follow-up
After the procedure, the animals were observed regarding their anesthetic recovery
and were given prophylactic intramuscular antibiotic therapy with benzyl
penicillin 1,200,000 units and gentamicin 40 mg. They were extubated when well
awake, and sent to individual pens. They later received commercial feed for
growing pigs (Cooper(tm), São José dos Campos, São Paulo, Brazil) and water
ad libitum. For 28 days, oral antiplatelet agents were
administered (acetylsalicylic acid 100 mg a day and clopidogrel 75 mg a day); the
animals were seen daily by veterinarians, who observed them and made notes on
their general status, level of physical activity, feed intake, and presence of
fever; they also diagnosed and treated occasional surgical wound infections.
On day 28 after stent implantation, the animals were sent back to the animal
experimentation laboratory and underwent control coronary angiography with
quantitative coronary angiography and intracoronary ultrasonography. They were
euthanized by deepening the level of anesthesia and administration of a lethal
intravenous injection of potassium chloride (30 to 40 mL).
Histological processing
After euthanasia and left paramedian thoracotomy, the heart of each animal was
carefully removed, with minimal handling, to prevent external stent compression;
the blood in the cardiac chambers was washed out with drinking water and 0.9%
saline solution. A 10% formaldehyde solution was then infused in the aortic root
at a 100-mmHg pressure for 30 minutes. The arterial segments containing the stents
were dissected from the adjacent tissues, removed, and placed in a 10%
formaldehyde solution for 24 hours, and later, in 70% absolute alcohol. These
arterial segments containing the stents were desiccated in alcohol solutions,
embedded in methacrylate plastic resins, and subsequently subjected to cross
sections (mean thickness of 3.5 µm), with a tungsten knife in a
proper microtome (RM 2265, Leica, Germany).
Quantitative Coronary Angiography
All angiographies of the stent implants and the control studies performed at day
28 were analyzed by means of off-line quantitative coronary angiography using the
CASS II software (Pie Medical, Maastrich, The Nederlands). The minimum lumen
diameter (MLD, in mm), reference diameters (RD, in mm), percentage angiographic
stenosis (%), and late lumen losses (in mm) were determined.
Intracoronary ultrasonography
40-MHZ Atlantis(tm) SR Pro (Boston Scientific, Natick, MA, USA) intracoronary
sonography catheters were used, with automatic pull back at 0.5 mm/s. The images
acquired were analyzed by the built-in measurement software of the intracoronary
ultrasound imaging system (Ilab(r), Boston Scientific, Natick, MA, USA); using
planimetry, the lumen areas (in mm2), stent areas (in mm2),
neointimal hyperplasia areas (in mm2), and percentage neointimal
hyperplasia areas (%) were determined.
Histomorphology
Three histological slides were obtained per third of stent segment (proximal,
mid-, and distal). These slides were stained with hematoxylin-eosin and Verhoeff's
method for elastic fibers; later, they underwent histomorphological analyses.
These analyses were blind as regards the type of stent implanted and
semiquantitative scores were used for the assessment of inflammation7, fibrin deposits8, and degree of injury9.
Statistical Analysis
Quantitative data are expressed as mean ± standard deviation (SD) or median. After
verifying that the data were normally distributed, the simple analysis of variance
(one-way ANOVA) was calculated for comparison of the means between the groups;
post-hoc analysis was carried out when statistically significant differences were
observed between these groups. The Statistical Package for the Social Sciences
(SPSS) software, version 20.0, was used for data analysis and the significance
level was set at 5%.
Financial disclosure
Office of Science and Technology and Strategic Inputs (SCTIE)/Department of
Science and Tecnnology (DECIT) of the Ministry of Health (MS), National Council of
Scientific and Technological Development (CNPq), Studies and Projects Financer
(FINEP) of the Ministry of Science and Technology (MCT) and Foundation for
Research Support of the State of São Paulo (Fapesp).
Results
The stents were successfully implanted in all target coronary arteries, with no
complications during the implantation procedures or in the immediate post-procedure
period.
One animal (number 10) died on day six after stent implantation. The death cause
determined by pathological study of the heart was acute inferior myocardial
infarction due to occlusion of the right coronary artery in which a stent coated with
biodegradable polymer on the luminal and abluminal surfaces had been implanted (Group
II stent). The other arteries - anterior descending and circumflex, and the stents
implanted in these arteries, were patent, with no firmly adherent intraluminal
thrombi. This early death determined an early mortality rate of 6.6% (one in 15
animals), which, according to an Investigators Consensus, is representative of "good
implantation technique and stent technology"10
(rate should be lower than 10%).
On day 28 after stent implantation, control coronary angiography performed in the
surviving animals showed arterial segments with patent stents and no image suggestive
of thrombus.
Findings of quantitative coronary angiography, intracoronary ultrasonography and
histopathology are described in Table 2.
Results of quantitative coronary angiography, intracoronary ultrasonography
and histomorphology
Group
p value
I (N = 9)
II (N = 9)
III (N = 8)
IV (N = 9)
V (N = 10)
Baseline RD (mm)
2.59 ± 0.21
2.62 ± 0.20
2.63 ± 0.30
2.61 ± 0.24
2.50 ± 0.43
0.901
Ballon inflation pressure (ATM)
9.0 ± 1.9
8.0 ± 1.7
7.6 ± 2.2
9.3 ± 1.6
9.0 ± 2.1
0.348
Balloon diameter (mm)
2.76 ± 0.27
2.79 ± 0.24
2.89 ± 0.32
2.83 ± 0.19
2.71 ± 0.26
0.716
Balloon/artery ratio
1.06 ± 0.04
1.06 ± 0.08
1.10 ± 0.07
1.09 ± 0.10
1.10 ± 0.10
0.845
MLD at procedure termination (mm)
2.67 ± 0.23
2.74 ± 0.22
2.69 ± 0.21
2.73 ± 0.22
2.59 ± 0.26
0.749
RD on control angiography (mm)
2.30 ± 0.30
2.49 ± 0.32
2.39 ± 0.30
2.48 ± 0.22
2.54 ± 0.30
0.470
MLD on control angiography (mm)
1.64 ± 0.61
1.59 ± 0.45
1.57 ± 0.49
1.95 ± 0.43
1.85 ± 0.36
0.379
Percentage stenosis (%)
29 ± 20
36 ± 14
33 ± 19
22 ± 13
26 ± 15
0.443
Late lumen loss(mm)
1.02 ± 0.60
1.24 ± 0.48
1.11 ± 0.54
0.72 ± 0.44
0.78 ± 0.39
0.253
Luminal area (mm2)
4.49 ± 2.16
4.29 ± 1.53
4.33 ± 1.40
5.77 ± 3.32
6.03 ± 2.18
0.001 *
Vessel area (mn2)
6.95 ± 1.40
6.90 ± 1.27
6.97 ± 0.87
7.00 ± 1.10
7.00 ± 1.58
0.305
Stent area (mm2)
7.09 ± 1.40
7.03 ± 1.27
7.07 ± 0.87
7.07 ± 1.10
7.00 ± 1.70
0.676
Neointimal area (mm2)
2.60 ± 1.99
2.74 ± 1.51
2.74 ± 1.30
1.30 ± 1.14
0.97 ± 0.84
0.001 *
Percentage neointimal area (%)
35 ± 25
38 ± 18
39 ± 19
19 ± 18
15 ± 12
0.001 *
Inflammation (median) (min-max)
1 (0 - 2)
1 (0 - 2)
1 (0 - 3)
1 (0 - 1)
1 (0 - 1)
0.999
Schwartz injury (median) (min-max)
1 (0 - 3)
1 (0 - 2)
1 (1 - 3)
1 (0 - 2)
1 (0 - 2)
0.999
Group IV versus Groups I, II, III and Group V versus Groups I, II, III.
Group I: bare-metal stents; Group II: stents with bioabsorbable polymer on
the luminal and abluminal surfaces; Group III: stents with bioabsorbable
polymer on the abluminal surface; Group IV: stents with bioabsorbable
polymer and sirolimus on the luminal and abluminal surfaces; Group V: stents
with bioabsorbable polymer and sirolimus only on the abluminal surface; RD:
reference diameter; MLD: minimum lumen diameter.
Quantitative Coronary Angiography
On quantitative coronary angiography, the porcine coronary arteries had a
reference diameter of approximately 2.6 mm during the stent implantation
procedure. The inflation pressure for stent implantation was, on average, of 8.5
ATM (5 to 12 ATM; p = 0.348), reaching a balloon: artery ratio of 1.1:1 to cause
moderate injury to the arterial wall.
Control quantitative coronary angiography on day 28 after the procedure did not
show any statistically significant difference between the groups.
Intracoronary ultrasonography
On intracoronary ultrasonography, adequate stent strut apposition was observed in
all cases on day 28 after implantation. Also, statistically significant larger
luminal areas (mm2) were observed in the drug-eluting stents (Groups IV
and V) in relation to control stents (Groups I, II and III) (p = 0.001). Likewise,
the neointimal area and percentage neointimal area were significantly smaller in
these drug-eluting stents in relation to control stents (p = 0.001 for comparisons
of Groups IV and V individually versus Groups I, II and III), as shown in Figure 2.
Luminal area (mm<sup>2</sup>), neointimal area (mm<sup>2</sup>), and
percentage neointimal area (%) observed in the experimental groups I to V. *
p value < 0.05 for Group IV versus Groups I, II and III, and Group V
versus Groups I, II and III.
The neointimal hyperplasia observed in the stents coated with bioabsorbable
polymer and sirolimus only on the abluminal surface (Group V, Inspiron(tm) stent)
was equivalent to that observed in stents with the same coating on the luminal and
abluminal surfaces (Group IV), with no statistically significant difference (p =
0.913).
Histomorphology
The injury and inflammation scores were low and showed no statistically
significant differences between the groups (p = 0.999). Figure 3 shows histological images of the neointimal
hyperplasia on day 28 after implantation of a bare-metal stent (on the left) and
of a drug-eluting stent (on the right) in arteries.
Cross-sectional views of porcine coronary arteries on day 28 after
bare-metal stent implantation (Group I, left) and biodegradable
polymer-coated stent with sirolimus elution on the abluminal surface (Group
V) (right). Magnification 40X.
Discussion
Preclinical studies in laboratory animals for the development and improvement of
coronary stents are important to provide an initial idea of the mechanical
performance, safety and efficacy profile of the stents, in addition to being required
by regulatory agencies for the approval of these devices for clinical use11.
Despite all the benefits from the first-generation drug-eluting stents which brought
a revolution in the treatment of atherosclerotic coronary disease, questions arose on
the long-term safety of these devices, especially in relation to late thrombosis12.
After the initial reduction in the number of drug-eluting stents implantation
observed at that time, new efforts have focused on the development of stents with the
use of different alloys (chromium-cobalt and platinum-chromium), new biocompatible or
biodegradable polymers, and the incorporation of new drugs (everolimus, zotarolimus
and biolimus A9), aiming to increase the safety of these devices.
Although the pathophysiology of stent thrombosis is multifactorial, several animal
and clinical evidences have pointed to the presence of durable polymers as
responsible for inflammation and delayed vascular repair13. These evidences have fostered the development of
biodegradable polymer-based stents and bioabsorbable stents.
In the present preclinical study on porcine coronary arteries, we observed that
biodegradable polymer-coated stents with sirolimus release only from the abluminal
surface (Group V, Inspiron(tm) stent) showed neointimal hyperplasia quantitatively
similar to that of polymer and sirolimus-coated stents on the luminal and abluminal
surfaces (Group IV). The groups with sirolimus-releasing stents (Groups IV and V)
showed lower neointimal area in relation to the bare-metal stents (Groups I, II and
III). No difference was observed between the five groups in relation to the injury
and inflammation scores, thus showing that both the bioabsorbable polymer and the
antiproliferative drug used were safe and effective.
The Inspiron(tm) eluting-stent is characterized by being composed of a
chromium-cobalt L605 alloy, biodegradable polymer coating, and sirolimus elution only
on the abluminal surface. Possibly because of being coated with a biodegradable
polymer, it is safer than durable-polymer stents. In a meta-analysis of randomized
clinical trials comparing stent thrombosis rates up to 4 years after use of the Yukon
(Translumina, Hechingen, Germany) and Biomatrix(tm) Flex (Biosensors International,
Singapore) biodegradable polymer-based drug-eluting stents versus the Cypher(tm)
(Cordis Corp, Miami Lakes, Fl, USA) durable-polymer stent, the biodegradable
polymer-based stents showed less definitive stent thrombosis, less clinical endpoints
and less target-lesion revascularization than the Cypher(tm) durable-polymer
stent14.
An experimental study in a porcine model compared the endothelial activity and
inflammation scores in animals undergoing Nobori(tm) stent implantation - a stent
coated with bioabsorbable polymer and biolimus only on its abluminal surface, to that
of animals undergoing Cypher(tm) stent implantation, and found increased endothelial
relaxation, decreased production of superoxide anion, and less inflammation in the
coronary segments in the group receiving the Nobori(tm) stent15.
Recent findings, however, suggest that the presence of a durable polymer per se does
not determine a greater risk of late thrombosis16,17. In an
experimental study, Kolandaivelu et al18
observed that drug-eluting stents with durable polymer (XIENCE) showed less early
thrombogenicity than a corresponding bare-metal stent (Multilink Vision), i.e.,
polymer and drug coating provided a protective effect for acute thrombogenicity.
Factors such as the stent design and strut thickness emerged as other important
factors predisposing stent thrombosis.
Several other stents using biodegradable polymer and antiproliferative drugs released
only from the abluminal surface have been developed. Examples of these stents are the
stainless steel biolimus A9-eluting Nobori(tm) (Terumo Corp., Japan) and
Biomatrix(tm) (Biosensors International, Singapore) stents ; the stainless steel
paclitaxel-eluting JACTAX(tm) stent (Boston Scientific, Natick, USA) , and the
chromium-cobalt sirolimus-eluting Firehawk(tm) stent (MicroPort Medical, Shanghai,
China).
The Inspiron(tm) stent has been extensively studied in experimental animals with
results comparable to those of other drug-eluting stents as regards safety,
stent-strut endothelialization, and neointimal hyperplasia19,20.
Clinical studies are underway to evaluate the efficacy of this new drug-eluting
stent. The preliminary clinical results of the Inspiron(tm) stent (INSPIRON I) have
shown a good angiographic response, with late lumen loss of 0.18 mm; good
ultrasonographic response, with percentage neointimal obstruction of 8.2%; and
target-vessel revascularization of 0%.
A randomized clinical trial (DESTINY) comparing the Inspiron(tm) stent with
Biomatrix(tm) stent is currently being conducted, expected to include 165 randomized
patients 2:1 (Inspiron(tm) stent versus Biomatrix(tm)).
Study limitations
The model used in the present study was healthy porcine coronary arteries, which
may not represent the progression in a vascular segment with atherosclerotic
disease. Atherosclerotic animal models have been developed in rabbits and pigs;
however, these models are still uncommonly used in preclinical studies for the
development and improvement of coronary stents.
Intracoronary ultrasonography was used only in the control on day 28 after stent
implantation with the purpose of assessing in-stent neointimal hyperplasia, and
not to guide stent implantation. However, despite the known limitations of
quantitative coronary angiography, the findings of this method revealed that the
stents were adequately implanted (balloon: artery ratio of 1.1:1) and the
intracoronary ultrasonographic findings showed adequate stent strut apposition in
all cases.
Optical coherence tomography is a method that has been widely used in preclinical
and clinical validation studies of new stents; however, this method was not yet
available for experimental animal use in our institution at the time the study was
carried out.
Conclusions
In this experimental study, the drug-eluting stents coated with sirolimus and
bioabsorbable polymer in porcine coronary arteries showed less neointimal hyperplasia
when compared to control bare-metal stents. The bioabsorbable polymer-based stent
with sirolimus released only from its abluminal surface (Inspiron(tm) stent) showed
the same neointimal antiproliferative efficacy as the stent with sirolimus released
from both the luminal and abluminal surfaces.
Author contributions
Conception and design of the research: Takimura CK, Campos CAH; Acquisition of
data: Takimura CK, Campos CAH, Campos JC, Gutierrez PS; Statistical analysis:
Takimura CK; Analysis and interpretation of the data: Takimura CK; Writing of the
manuscript: Takimura CK, Craveiro PHM; Supervision / as principal investigator:
Takimura CK; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Campos
CAH, Craveiro PHM, Borges TFC, Curado L, Morato SP, Laurindo FRM, Lemos Neto
PA.
Sources of Funding
This study was partially funded by SCTIE/ DECIT do Ministério da Saúde, CNPQ,
FINEP, FAPESP.
Study Association
This study is not associated with any thesis or dissertation work.