СПОСОБ ОБРАБОТКИ БИОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ХИРУРГИИ Российский патент 2003 года по МПК A01N1/02 

Изобретение относится к медицине, а именно к предимплантационной обработке биологических протезов для сердечно-сосудистой хирургии. Основными целями предимплантационной обработки изделий, контактирующих с кровью, являются повышение тромборезистентности с одновременным подавлением кальцификации и придание им антибактериальных свойств.

В настоящее время разработки по приданию протезам антибактериальных свойств ведут, в основном, по двум направлениям: создание синтетических изделий с биодеградируемыми матрицами, в состав которых включены антибиотики, и обработка синтетической манжеты механических протезов солями металлов, например серебра. Такая обработка позволяет получить кратковременный эффект, т.к. антибактериальные свойства проявляются лишь при разрушении матрицы и выделении антибактериальных препаратов в кровоток, а соли металлов обладают лишь бактериостатическим эффектом и не в состоянии защитить поверхность от массивного инфицирования при сепсисе, инфекционных эндокардитах и др.

Известно применение хлоргексидина для антибактериальной обработки операционного поля, стерилизации хирургического инструментария и др., а также при гнойно-септических процессах (Машковский М.Д. Лекарственные средства. Часть 2., М.: Медицина, 1985, с.411). Хлоргексидин обладает бактерицидным действием в отношении широкого спектра грамположительиых и грамотрицательных бактерий. Хлоргексидин использовали в эксперименте также для обработки кардиоваскулярных нмплантатов, изготовленных из синтетических материалов, при этом хлоргексидин заключали в полимерную матрицу.

Основными недостатками известного способа антибактериальной обработки протезов с использованием хлоргексидина являются:
- кратковременный эффект от обработки, который проявляется только при разрушении матрицы;
- исследования проводили на кардиоваскулярных имплантатах только из синтетических материалов, и механизм прочного химического связывания хлоргексидина на поверхности биологического материала не разработан;
- процессы обработки биопротезов с целью улучшения биомеханических свойств, повышения гемосовместимости и резистентности к кальцификации выполняются, как правило, па основе консервации глутаровым альдегидом. Иммобилизация биологически активных веществ выполняется последовательно, что приводит к формированию сложных "сэндвичевых" структур на поверхности и в объеме матрицы. Кроме того, в процессе обработки биологически активные вещества реагируют между собой. Все это делает непредсказуемым конечный эффект модификации.

В последние годы в России и ряде других стран (Канада, США, Япония) ведутся работы по использованию эпоксисоединений при консервации ксенобиопротезов с целью обеспечения высокой плотности поперечной сшивки коллагеновой основы биопротеза и придания нмплантату ряда дополнительных свойств - в первую очередь, устойчивости к кальцификации.

Известен способ обработки биоматериалов для сердечно-сосудистой хирургии, предусматривающий использование для этих целей эпоксисоединений, например, диглицидилового эфира этиленгликоля или эпоксидных смесей различного состава (например, патент РФ 2122321, МКИ 6А N 1/02, 1996). Способ заключается в том, что биоматериал помещают на 1-21 суток в 2-5% раствор эпоксидных соединений, приготовленный на буфере при рН 3.0-11,0 при температуре 4-45^oС, затем промывают физиологическим раствором в течение 1 часа и обрабатывают раствором гепарина с концентрацией не менее 75 МЕ/мл при рН 3,0-8,0 и температуре 20-45^oС в течение 2-16 часов и повторно промывают до отсутствия гепарина в промывных водах. На заключительной стадии биоматериал обрабатывают 70% водным раствором этанола в течение 40-60 минут с последующей отмывкой в физиологическом растворе и помещают для хранения в 2-5% раствор используемого эпоксисоединения.

В результате обработки биоматериала по известному способу возникает более высокая плотность сшивки и возможность ее регулирования, при этом обеспечивается высокий антикальцифицирующий эффект. Недостатком известного способа обработки биологических протезов является невысокая эффективность в части придания им антибактериальных свойств.

Предложен способ обработки биоматериалов для сердечно-сосудистой хирургии, включающий обработку их базовым раствором эпоксисоединений, например, 2-5% раствором диглицидилового эфира этиленгликоля или 2-5% раствором смесей эпоксисоединений различного состава при рН 3,0-11,0% и при температуре 4-45^oС в течение 2-21 суток с последующей промывкой дистиллированной водой или физиологическим солевым раствором.

Основным отличием предлагаемого способа является то, что после промывки биоматериал обрабатывают раствором хлоргексидина с концентрацией не менее 1% при рН 3,0-8,0 и температуре 15-45^oС в течение 2-16 часов с последующей промывкой и повторной обработкой базовым раствором в течение 1-3 суток.

Целью изобретения является предупреждение бактериальной контаминации биологической поверхности протезов, консервированных диглицидиловым эфиром этиленгликоля пли смесями этоксисоединений различного состава, а также возможность использования модифицированных биопротезов па фоне локального или генерализованного инфекционного процесса. Прочная химическая фиксация хлоргексидина на биоматериал достигается, с одной стороны, путем ионного связывания препарата с карбоксильными группами коллагеновой матрицы, с другой - путем взаимодействия иминогрупп хлоргексидина со свободными эпоксидными группами, несвязавшимися с коллагеном в процессе первичной обработки.

Ниже приведено описание способа обработки биоматериалов для сердечно-сосудистой хирургии.

Подготовленную по существующим методикам отбора нативную ткань помещают в базовый раствор, в качестве которого может быть использован 2-5% раствор диглицидилового эфира этиленгликоля или эпоксидных смесей различного состава, приготовленных на буфере при рН 3,0-11,0 при температуре 4-45^oС. Диглицидиловый эфир этиленгликоля является диэпоксидным соединением, которое является одновременно сшивающим и стерилизующим агентом для биоткани протезов и обеспечивает ковалентную связь с биологически активными веществами.

Смесь эпоксисоединений различного состава также является сшивающим и стерилизующим агентом. Смесь диэпоксисоединеиий и полиэпоксисоединений обеспечивает эффективное и большее по количеству связывание с такими веществами как хлоргексидин, гепарин и др. за счет непрореагировавших с биоматериалом эпоксигрупп.

Концентрация базового раствора ниже 2% не обеспечивает стерильности материала в процессе обработки, а концентрация базового раствора более 5% нецелесообразна, т.к. в указанных пределах достигается полная сшивка. Первичную обработку базовым раствором ведут в течение 2-21 суток. После окончания первичной обработки осуществляют промывку биоматериала дистиллированной водой или физиологическим солевым раствором в течение 1 часа с, по меньшей мере, трехкратной сменой избытка дистиллированной воды или физиологического солевого раствора. Антибактериальную обработку ткани проводят раствором хлоргексидина с концентрацией не менее 1% при рН 3,0-8,0 и температуре 15-45^oС в течение 2-16 часов.

В процессе антибактериальной обработки происходит связывание хлоргексидина с непрореагировавшими с биоматериалом эпоксидными группами, а также с карбоксильными группами коллагеновой матрицы. При концентрации хлоргексидина в растворе менее 1% процесс обработки занимает длительное время и является малоэффективным, т.к. связывается небольшое количество хлоргексидина. По мере увеличения концентрации эффективность обработки возрастает.

При антибактериальной обработке показатель рН должен находиться в пределах 3,0-8,0, т.к. за указанными пределами возможно выпадение хлоргексидина в осадок, что снижает эффективность обработки. Проведение обработки при температуре выше 45^oС нецелесообразно, т.к. возникает возможность термического поражения тканей, а при температуре ниже 15^oС интенсивность связывания со свободными эпоксигруппами резко снижается. Длительность обработки зависит от концентрации раствора, величины показателя рН и температуры. При длительности обработки менее 2 часов эффективность снижается вследствие того, что в химическую реакцию вступает малое количество хлоргексидина или произойдет насыщение только тонкого наружного слоя материала, а диффузия препарата в объем биологической матрицы и химическое взаимодействие его с коллагеном не произойдут. После антибактериальной обработки проводят промывку биоматериала дистиллированной водой до отсутствия хлоргексидина в промывных водах, а затем производят повторную обработку базовым раствором эпоксисоединений в течение 1-3 суток. Целью повторной обработки базовым раствором является стерилизация биопротезов.

Таким образом, в результате обработки возникает более высокая плотность сшивки и возможность ее регулирования, а также возможность регулирования биомеханических свойств структуры поверхности и придание материалу заданных биологических свойств (в частности, антибактериальных).

С целью определения эффективности антибактериальной обработки по предложенному способу были изготовлены образцы биоматериалов и проведены лабораторные испытания, результаты которых приведены в таблице. В процессе испытаний были использованы базовые растворы на основе диглицидилового эфира этиленгликоля (ДЭЭ) и разных смесей эпоксисоединений различного состава (ВК-1 и ВК-2). Эпоксидные смеси, получившие условное обозначение ВК-1 и ВК-2, были синтезированы в Институте органической химии СО РАН (г.Новосибирск).

Результаты испытаний показывают, что образцы биоматериалов, обработанные только базовыми растворами по прототипу (поз. 1-3), имеют низкие антибактериальные свойства - диаметры зон подавления роста равны нулю, а количество колониеобразующих клеток, адгезированных на биоматериале после контакта с инфицированной кровью, достигает 26,9-47,5% по отношению к общему количеству колониеобразующих клеток в крови.

В результате обработки по предложенному способу образцы биоматериала связывают до 380 мкт/мг хлоргексидина, что существенно повышает их антибактериальные свойства: диаметр зон подавления увеличивается до 10-12 мм, а количество колониеобразующих клеток, адгезированных на биоматериале после контакта с инфицированной кровью, снижается до 1-2%.

Испытания показывают, что способ позволяет предупредить бактериальную контаминацию биологической поверхности протеза и использовать модифицированные биопротезы в условиях локального или генерализованного инфекционного процесса.

Изобретение относится к медицине, а именно к предимплантационной обработке биологических протезов для сердечно-сосудистой хирургии. Биоматериал обрабатывают базовым раствором эпоксисоединений при рН 3,0-11,0 и при температуре 4-45^oС в течение 2-21 сут., промывают, обрабатывают раствором хлоргексидина с концентрацией не менее 1% при рН 3,0-8,0 и температуре 15-45^oС в течение 2-16 ч, а затем снова промывают и повторно обрабатывают базовым раствором. Повторную обработку базовым раствором осуществляют в течение 1-3 сут. , в качестве базового могут быть также использованы 2-5% раствор диглицидилового эфира этиленгликоля или 2-5% раствор смесей эпоксисоединений различного состава. Технический результат: способ позволяет предупредить бактериальную контаминацию биологической поверхности протеза и использовать модифицированные биопротезы в условиях локального или генерализованного инфекционного процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ обработки биоматериала для сердечно-сосудистой хирургии, включающий обработку их базовым раствором эпоксисоединений при рН 3,0-11,0 и при температуре 4-45^oС в течение 2-21 суток с последующей промывкой, отличающийся тем, что после промывки биоматериалы обрабатывают раствором хлоргексидина с концентрацией не менее 1% при рН 3,0-8,0 и температуре 15-45^oС в течение 2-16 ч, а затем снова промывают и повторно обрабатывают базовым раствором. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повторную обработку базовым раствором осуществляют в течение 1-3 суток. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве базового используют 2-5% раствор диглицидилового эфира этиленгликоля. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве базового используют 2-5% раствор смесей эпоксисоединений различного состава.