Minimally Invasive Catheter-Based Technologies

Joint degree programme between KI and KTH. 

QC 2023-08-10

Abstract

Med ett snitt i ett blodkärl tillgängliggörs hela kärlsystemet. Genom kontrastinjektion och röntgenvisualisering kan man kartlägga och navigera kärlträdet med hjälp av manuell manipulation av tunna rör och trådar. Användandet av kärlträdet som interna vägar kallas i dagligt tal för den endovaskulära tekniken. Med denna teknik kan man leverera implantat och mediciner, extrahera problematiska lesioner eller objekt, eller ta vävnadsprover. Jämfört med öppen kirurgi så är fördelen med denna teknik den minskade invasiviteten, där ett litet sår vid ingången till kärlträdet är det enda som återstår, i idealfallet. Vissa procedurer är dock fortfarande förknippade med vissa risker som kräver medicinering eller som försvårar vidare behandlingar. Utvecklingen av sekvenseringstekniker möjliggör förbättring och miniatyrisering av verktyg och på så sätt en minskning av dess invasivitet. Denna avhandling ämnar att minska riskerna som förknippas med endovaskulära procedurer och att kapitalisera på potentialen som sekvensering representerar. Genom tekniker för mikrofabrikation tillverkas verktyg som är mindre invasiva än nuvarande metoder eller som möjliggör en ny procedur.

Inledningsvis kommer endovaskulär hjärtbiopsi att beskrivas. Det första arbetet presenterar tillverkningen och in vivo-utvärderingen av ett nitinol-baserat kateterverktyg designat för att extrahera vävnad från myokardiet. Verktyget är tillverkat med laserbearbetning av nitinolrör och trådar, med hjälp av en pikosekundlaser. Verktyget är avsevärt mindre än de som används kliniskt idag. Proverna som tas utvärderas och jämförs med prover som tas med konventionella verktyg genom RNA-Sekvensering, där konceptets genomförbarhet bevisas. Det andra arbetet fördjupar utvärderingen av verktygets funktionalitet genom att utvärdera det i en sjukdomsmodell, specifikt en modell av hjärtinfarkt. Vävnad som påverkas av infarkten och omkringliggande, frisk vävnad extraheras med verktyget och dess genuttryck jämförs. Denna jämförelse avslöjar en genetisk diskrepans mellan sjuk och frisk vävnad, vilket verifierar potentialen med att använda RNA-sekvensering för diagnostik. Det tredje arbetet utvärderar säkerhetsaspekterna hos det nya verktyget genom en direkt jämförelse med det konventionella verktyget. Studien visar på en klar fördel i att använda det nya verktyget med avseende på incidensen av komplikationer under proceduren.

Det fjärde arbetet presenterar tillverkningen och in vivo-utvärderingen av ytterligare ett nitinol-baserat kateterverktyg designat för att provtagning av endotelceller. Verktyget tillverkas med hjälp av tvåfotonpolymerisering, där sub-mm borststrukturer tillverkas och monteras på nitinoltråd. För närvarande finns inga verktyg i kliniskt bruk som klarar att selektivt extrahera endotelceller. Det nya verktyget presenterar en lösning för att selektivt interagera med det innersta lagret av blodkärlet och motsvarar ett viktigt steg mot provtagning av endotelceller för diagnostiska syften och för forskning.

Det femte och sjätte arbetet presenterar två aspekter av ett tredje nitinol-baserat kateterverktyg designat för att ta prover från mjuka organ i kroppen. Verktyget tillverkas med laserbearbetning, slipning och tvåfotonpolymerisering. Arbetena är separerade i in vivo-utvärderingen och den tekniska lösningen. De tekniska aspekterna av verktyget utvärderas vad gäller kraftgenerering hos miniatyriserade kateter-system och de problem som uppstår med mekanisk skalning. Dessa problem löses genom att tillsätta pistonger längs tråden och applicera ett tryck för att öka kraftgenereringen. Provtagningsmekanismen liknar den som presenteras i det fjärde arbetet, där liknande sub-mm borststrukturer tillsatts på en tråd. In vivo-utvärdering av verktyget visar på framgångsrik provtagning från lever och njure, i storleksordningen 10-100 celler per prov.

Det sjunde arbetet presenterar in vivo- och in vitro-utvärderingen av en nanostruktur-beläggning på nitinol-baserade stentar. Patienter med ett stentimplantat ordineras en extensiv medicinering för att kontra effekterna som implantatet har på blodet och omkringliggande vävnad. Nya stentplattformar utvecklas löpande för att kontra dessa effekter, exempelvis genom beläggningen av ett polymerlager som innehåller medicin, genom resorberbara implantat och många andra sätt. Dessa implantat har ett transient beteende som resulterar i olika problem på längre sikt. Det sjunde arbetet presenterar en alternativ lösning till dessa problem genom att applicera en nanostruktur-beläggning som är designat att interagera med blodet till en mindre grad. Detta demonstreras med CT-angiografi och mätningen av flertalet blodmarkörer.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-333680