Polyurethanes for vascular applications : Effect of polyol blend composition on biomechanics

Abstract

Cardiovascular diseases are the lead cause of death around the world. Ischemic heart attacks and stroke are the top pathologies related to the narrowing and occluding of blood vessels. Despite governmental and non-governmental organizations' considerable efforts to improve lifestyle and prevention, surgical interventions are widely performed to repair the damaged vessel. The vascular bypass is a surgical alternative where the broken vein or artery is replaced with another blood vessel (autologous) or prosthesis. Like the saphenous vein, an autologous graft is a gold standard; however, there is a lack of suitable blood vessels in patients due to other blood vessel diseases. On the other hand, the revascularization and compliance mismatch between the native vessel and the graft persist. In the past, polyurethanes were used for vascular grafts because of high compliance and similar mechanical properties to native tissue. The polyurethanes segment made it a special group of heterochain polymers that can be tailored from monomers selection. This thesis proposes studying the polyol composition on the physic properties and biomechanics of polyurethane-based vascular graft. Here, we studied a novel group of polyurethanes synthesized from polycaprolactone diol, polyethylene glycol and, a novel crosslinker, the pentaerythritol, using isophorone diisocyanate. The first section of this dissertation provides a comprehensive description of the physic-chemical properties and the cell-material interaction. Four compositions were selected for further numerical and computational analysis. The four compositions: 5- 90-5, 45-45-10, 46.3-46.3-7.5, 47.5.47.5-5, provide a homogenous phase distribution between segments and the best damping behavior in the experimental space.

Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en todo el mundo. Los ataques cardíacos isquémicos y los accidentes cerebrovasculares son las principales patologías, las cuales están relacionadas con el estrechamiento y la oclusión de los vasos sanguíneos. A pesar de los enormes esfuerzos de las organizaciones gubernamentales y no gubernamentales para mejorar el estilo de vida y la prevención, las intervenciones quirúrgicas se realizan ampliamente para reparar el vaso dañado. El bypass vascular es una alternativa quirúrgica en la que la vena o arteria dañada se reemplaza por otro vaso sanguíneo (autólogo) o prótesis. El injerto autólogo, como la vena safena, es el estándar de oro; sin embargo, hay una falta de vasos sanguíneos viables, en pacientes, debido a otras enfermedades de los vasos sanguíneos. Por otro lado, persisten los desafíos relacionados con la revascularización y el discordancia de compliancia entre el vaso nativo y el injerto. En el pasado, los poliuretanos se usaban para injertos vasculares debido a la alta elasticidad y propiedades mecánicas similares a las del tejido nativo. La estructura segmentada de los poliuretanos lo convirtió en un grupo especial de polímeros de heterocadena cuyas propiedades se pueden adaptar a partir de la selección de monómeros. Esta tesis propone el estudio de la composición del poliol sobre las propiedades físicas y biomecánicas del injerto vascular a base de poliuretano. Aquí, estudiamos un grupo novedoso de poliuretano sintetizado a partir de una mezcla de policaprolactona diol, polietilenglicol y un nuevo reticulante, pentaeritritol, usando diisocianato de isoforona. La primera sección de esta disertación proporciona una descripción amplia de las propiedades físico-químicas y la interacción célula-material donde se seleccionaron cuatro composiciones para el análisis numérico y computacional posterior. Las cuatro composiciones: 5-90-5, 45-45-10, 46.3-46.3-7.5, 47.5.47.5-5 proporcionan una distribución de fase homogénea entre segmentos y el mejor comportamiento de amortiguación dentro el espacio experimental.