Um novo modelo desenvolvido no Instituto de Tecnologia da Geórgia poderia fornecer um roteiro para o desenvolvimento de melhores stents metálicos, que são usados ​​para sustentar artérias e vasos sanguíneos estreitados e abertos para mantê-los fluindo livremente.

O modelo é baseado em um tipo de análise topológica que mede a complexidade da geometria do stent. Quanto maior a complexidade, menos tensões uniformes serão experimentadas no stent quando implantado.

"Nosso modelo pode prever quais estruturas geométricas causarão regiões de concentração de tensão", disse Yongjie Jessica Zhang, professora assistente da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff da Georgia Tech. “Usando essas informações, é possível redesenhar a geometria do stent para que essas concentrações de tensão sejam eliminadas, reduzindo a probabilidade de falhas por fadiga”.

A pesquisa foi publicada em 1º de junho de 2022, na revista Acta Biomaterialia. O primeiro autor do artigo é Jiahan Zhou, Ph.D. estudante trabalhando com Zhang.

Os stents metálicos são dispositivos médicos comuns usados ​​para tratar doenças arteriais e venosas. No entanto, a eficácia a longo prazo é prejudicada pelas complicações associadas às suas falhas estruturais, tais como trombose (coágulos sanguíneos), reestenose (artérias bloqueadas) e fracturas de stent.

A geometria do stent foi identificada como um factor crítico na determinação da sua estabilidade estrutural e funcionalidade. No entanto, prever como a geometria específica do stent afetará o desempenho é um desafio porque requer a avaliação de estruturas extremamente complexas.

“O desafio aqui é que as geometrias são muito complexas”, disse Zhou. "A forma tradicional de analisá-los e melhorá-los depende principalmente de experimentos de tentativa e erro. Isso é demorado e caro."

Para superar esses desafios, Zhang e Zhou recorreram a um método de análise geométrica conhecido como “homologia persistente”. Ao contrário de uma análise típica que olha apenas para a geometria espacial, a homologia persistente captura não apenas a geometria, mas também a sua topologia, que se refere a características essenciais que não podem ser alteradas através de deformação ou alongamento.

"Nós analisamos como a geometria é organizada e como essas características estruturais impactam a tensão no material", disse Zhang.

Neste estudo, a equipe utilizou análise de homologia persistente para criar um mapa de topologia-estresse de diferentes geometrias de stent. Eles analisaram 10 variações de um stent autoexpansível amplamente utilizado, chamado stent Palmaz-Schatz. Seus modelos previram que o aumento da complexidade da geometria do stent aumentava as concentrações de tensão.

A equipe está agora trabalhando no desenvolvimento de estratégias para reduzir as concentrações de tensão na geometria do stent. Eles também estão aplicando o método de análise topológica para estudar os efeitos das propriedades da parede arterial no desempenho do stent.