El modelo se basa en un tipo de análisis topológico que mide la complejidad de la geometría del stent. Cuanto mayor sea la complejidad, menos tensiones uniformes se experimentarán en todo el stent cuando se implante.
"Nuestro modelo puede predecir qué estructuras geométricas causarán regiones de concentración de tensión", dijo Yongjie Jessica Zhang, profesora asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech. "Utilizando esta información, es posible rediseñar la geometría del stent para eliminar estas concentraciones de estrés, reduciendo la probabilidad de fallas por fatiga".
La investigación se publicó el 1 de junio de 2022 en la revista Acta Biomaterialia. El primer autor del artículo es Jiahan Zhou, Ph.D. estudiante que trabaja con Zhang.
Los stents metálicos son dispositivos médicos comunes que se utilizan para tratar enfermedades arteriales y venosas. Sin embargo, la eficacia a largo plazo está plagada de complicaciones asociadas con sus fallas estructurales, como trombosis (coágulos de sangre), reestenosis (arterias bloqueadas) y fracturas del stent.
La geometría del stent se ha identificado como un factor crítico para determinar su estabilidad estructural y funcionalidad. Sin embargo, predecir cómo afectará la geometría de un stent específico al rendimiento es un desafío porque requiere la evaluación de estructuras extremadamente complejas.
"El desafío aquí es que las geometrías son muy complejas", dijo Zhou. "La forma tradicional de analizarlos y mejorarlos se ha basado principalmente en experimentos de prueba y error. Esto requiere mucho tiempo y es costoso".
Para superar estos desafíos, Zhang y Zhou recurrieron a un método de análisis geométrico conocido como "homología persistente". A diferencia de un análisis típico que sólo analiza la geometría espacial, la homología persistente captura no solo la geometría sino también su topología, que se refiere a características esenciales que no se pueden cambiar mediante deformación o estiramiento.
"Analizamos cómo está dispuesta la geometría y cómo esas características estructurales impactan la tensión en el material", dijo Zhang.
En este estudio, el equipo utilizó análisis de homología persistente para crear un mapa de topología-estrés de diferentes geometrías de stent. Examinaron 10 variaciones de un stent autoexpandible ampliamente utilizado llamado stent Palmaz-Schatz. Sus modelos predijeron que al aumentar la complejidad de la geometría del stent aumentaban las concentraciones de tensión.
El equipo ahora está trabajando en el desarrollo de estrategias para reducir las concentraciones de tensión en la geometría del stent. También están aplicando el método de análisis topológico para estudiar los efectos de las propiedades de la pared arterial sobre el rendimiento del stent.
