СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ИСКУССТВЕННОГО КРОВЕНОСНОГО СОСУДА Российский патент 2010 года по МПК A61F2/06 A61L27/38 A61L33/10 

ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Данное изобретение относится к средству протезирования, предназначенному для вживления в человеческий организм, а в частности к искусственному кровеносному сосуду, используемому в качестве замены поврежденным сосудам или для обхода пораженных участков сосудов, а также к способу его изготовления.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Заболевания кровеносных сосудов стали одними из самых распространенных заболеваний, ставящих под угрозу человеческое здоровье и даже жизнь. Одним из методов лечения сосудистых заболеваний является использование искусственных сосудов для замены больных, или же для обхода пораженных участков сосудов. В настоящее время самыми распространенными искусственными кровеносными сосудами для медицинского применения являются трубки из дакрона или растянутого политетрафтороэтилена, производимые из синтетических материалов, которые могут использоваться для создания внутренних псевдомембран и обеспечивать длительный и беспрепятственный ток крови. К сожалению, все инородные тела, имплантируемые в человеческий организм, в определенной степени подвергаются риску хронического отторжения, что может привести к неблагоприятным последствиям. Кроме того, такие искусственные сосуды обладают плохими антикоагуляционными свойствами, и, как правило, лишь сосуды диаметром не меньше 6 мм обеспечивают правильный ток крови, и поэтому искусственные сосуды малых диаметров (особенно диаметром менее 4 мм) зачастую приводят к закупорке после имплантации.

[0003] Было проведено множество исследований, в которых кровеносные сосуды животных использовались в качестве искусственных сосудов для человека, однако они не привели к положительным результатам, поскольку технологии лечения являются устаревшими и недостаточными. К примеру, обычные методы лечения включают фиксацию молекул кровеносного сосуда животного глутаральдегидом, затем - обезжиривание и удаление клеток, после чего полученный продукт имплантируется в организм человека. Обработка глутаральдегидом необходима для фиксации молекул белка в тканях животного путем сшивания через ацетальную реакцию, однако в результате распада кровеносного сосуда, обработанного таким образом и пересаженного в человеческий организм, выделяется токсичный глутаральдегид. Это препятствует производству эндотелиальных клеток в кровеносном сосуде. Кроме того, обычные методы включают удаление клеток как способ сокращения количества или удаления антигенов, однако согласно исследованиям молекулярной биологии и молекулярной иммунологии, антигенность исходит не только из клеток, но также и из активных групп в определенных участках белков и полисахаридов, или же из определенных конформаций. Эти особые группы или конформации называют скоплениями антигенных детерминантов, и антигены могут быть ликвидированы только путем блокирования активных групп антигенных детерминантов и изменения особых конформаций антигенных детерминантов; антигены не могут быть эффективно уничтожены путем удаления клеток.

[0004] Соответственно, обычные методы обработки кровеносных сосудов животных не полностью преодолевают хроническое иммунное отторжение, возникающее в результате наличия в них токсичных глутаральдегидов и недостаточного удаления антигенов, что затрудняет рост и миграцию эндотелиальных и других клеток сосудов человека в искусственные сосуды, и поэтому ожидаемые результаты не могут быть достигнуты.

[0005] Предметом данного изобретения является искусственный биологический кровеносный сосуд, лишенный всех вышеперечисленных недостатков и имеющий хорошую биосовместимость, минимальную токсичность и минимальное хроническое иммунное отторжение.

[0006] Еще одним предметом данного изобретения является разработка способа изготовления искусственного биологического кровеносного сосуда, лишенного всех вышеперечисленных недостатков и имеющего хорошую биосовместимость, минимальную токсичность и минимальное хроническое иммунное отторжение.

[0007] Искусственный биологический кровеносный сосуд, рассматриваемый в данном тексте, состоит из субстрата, изготовленного из кровеносного сосуда животного, а также активного покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность субстрата. Кровеносные сосуды животного происхождения фиксируются путем сшивания фиксирующим агентом и обрабатываются с целью удаления антигенов. Активное покрытие содержит антикоагуляционные компоненты.

[0008] Ткани кровеносных сосудов состоят в основном из коллагенов и глюкозаминогликанов, которые легко разлагаются микроорганизмами. Поэтому для фиксации и сшивания тканей с целью повышения их устойчивости используются альдегиды (формальдегид, глутаральдегид и т.д.). Однако альдегиды проходят процесс сшивания с белками через альдольное присоединение, а при распаде сшитых тканей освобождаются токсичные альдегиды, поэтому продукт, зафиксированный с помощью альдегида, обладает долгосрочной остаточной токсичностью. Если вместо альдегидов используются эпоксиды, диамиды, диисоцианаты или карбодиимиды, проблема токсичности исчезает. К примеру, если для данной цели используется эпоксид, белки сшиваются с помощью реакции раскрытия цикла эпоксида, а реакция закрытия цикла не происходит. Продуктами распада становятся полиолы, которые могут усваиваться организмом, и, таким образом, токсичные альдегидные радикалы не образуются. Устойчивость кровеносных сосудов животных после такой обработки выше, чем устойчивость сосудов, зафиксированных альдегидами. Согласно современной теории иммунологии, антигенность животных тканей происходит основным образом от активных групп, расположенных в определенных местах и в определенных конформациях. Такие активные группы включают -ОН, -NH₂, -SH и т.д. Особые конформации происходят в основном от особых водородных связей, образованных спиральными белковыми цепями. Определенные участки и конформации называют антигенными детерминантами. При обработке кровеносных сосудов животных используются один или несколько активных реагентов (например, кислотные ангидриды, кислотные хлориды, ациламиды, эпоксиды и т.д.), которые могут вступать в связь с этими группами и связывать их, что в свою очередь сводит к минимуму антигенность. В то же время сильные связывающие реагенты (например, гуанидиновые смеси) используются для образования новых водородных связей и замены водородных связей, присущих определенным конформациям, что меняет такие определенные конформации и в дальнейшем сводит к минимуму антигенность.

[0009] После сшивания и фиксации эпоксидами структуру сосудов животных сложно изменить, в результате чего токсичность отсутствует. Иммуногенность эффективно сводится к минимуму путем блокирования активных групп белков и изменения конформаций, а получаемый субстрат является устойчивым, при этом не проявляет иммунного отторжения и имеет прекрасную биосовместимость. Более того, активное покрытие, содержащее антикоагуляционные компоненты и связанное с внутренней поверхностью субстрата ковалентной связью, не может быть смыто, что обеспечивает долгосрочный антикоагуляционный эффект и, следовательно, беспрепятственный ток крови на протяжении длительного периода после пересадки.

[0010] Антикоагуляционные агенты - это вещества, имеющие отрицательный заряд на поверхностном слое, однако слишком сильный отрицательный заряд на поверхности может нарушить рост и размножение эндотелиальных клеток в кровеносных сосудах (которые, в свою очередь, тоже переносят отрицательный заряд). Исходя из этого, предпочтительным антикоагулянтом является гепарин.

[0011] В оптимальном случае поверхность также содержит определенные полипептиды, которые имеют широкий диапазон молекулярного притяжения и влияют на факторы роста (например, фактор роста эндотелия, фактор роста фибробластов, тромбоцитарный фактор роста, фактор проникновения сосудов), таким образом, способствуя формированию кровеносных сосудов. Один из полипептидов состоит из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С) а его последовательность такова: K16-G-R-G-D-S-P-C.

[0012] В некоторых вариантах осуществления изобретения субстрат имеет форму прямой трубки, U-образной трубки, С-образной трубки или Y-образной трубки для адаптации к различным участкам трансплантации.

[0013] При использовании кровеносных сосудов животных в качестве субстрата метод получения искусственных сосудов включает следующие этапы.

1) Предварительная обработка: Обеззараживание с помощью высокоэффективного бактерицидного вещества широкого спектра и низкой токсичности, затем - обрезание лишних частей.

2) Обезжиривание: Жировые вещества извлекаются из субстрата с помощью органических растворителей.

3) Фиксация: Молекулы белка в субстрате сшиваются и фиксируются с помощью фиксирующего вещества.

4) Удаление антигенов: Особые активные группы белков в субстрате, такие как -ОН, -NH₂, -SH и т.д., блокируются активными реагентами, а их определенная конформация меняется путем замены особых водородных связей в спиральных цепях белковых молекул в субстрате реагентами с сильными водородными связями

5) Антикоагуляция: Антикоагуляционные компоненты связываются с внутренней поверхностью субстрата с помощью сопрягающего агента, в результате чего образуется покрытие с высокими антикоагуляционными качествами.

[0014] В оптимальном варианте осуществления изобретения поверхность покрытия образуется путем сопряжения полипептида с помощью сопрягающего агента. Полипептид имеет широкий диапазон молекулярного притяжения и влияет на факторы роста.

[0015] В методе получения искусственного биологического кровеносного сосуда эпоксидным составом, используемым в качестве фиксирующего вещества, является моноэпоксидный состав, структура которого соответствует следующей формуле:

, диэпоксидный состав, описанный следующей формулой

, или

олигоэпоксидный состав, такой как полипропиленоксид; R=-C_nH_2n+1, а n=0-10.

[0016] В методе получения искусственного биологического сосуда активными реагентами являются ангидриды органической кислоты с малой молекулярной массой, ацетил хлориды, акриламиды или моноциклические оксиды, а реагентами, образующим сильные водородные связи, являются гуанидиновые составы.

[0017] Антикоагуляционными компонентами, описанными выше, являются вещества, заставляющие поверхность накапливать отрицательный заряд, а также гепарин с повышенным антикоагуляционным действием. Сопрягающим агентом является эпоксид, ангидрид, диацилхлорид и т.д.

[0018] В методе получения искусственного биологического сосуда связующим веществом, используемым для связывания с полипептидным составом, является диакрилдиамид, диэпоксидат или другой реагент с двойными функциональными группами, вступающими в реакцию альдольного присоединения с -NH₂, -ОН и -СООН.

[0019] Преимуществами данного изобретения являются следующие: (а) в результате полного удаления антигенов обработанный кровеносный сосуд животного происхождения обладает высокой устойчивостью, биосовместимостью с кровью, что предотвращает коагуляцию и обеспечивает долговременный ток крови после пересадки трансплантата в человеческое тело; (б) по причине того, что основные компоненты схожи с компонентами, присутствующими в человеческом теле, а продуктами распада являются 20 аминокислот и сахар, они могут поглощаться тканями человеческого тела, а сосуды обладают хорошей тканевой совместимостью; (в) данное изобретение стимулирует регенерацию кровеносных сосудов, что может вызвать рост их тканей; (г) сопряжение полипептида влияет на факторы роста и может повлечь рост эндотелиальных клеток и образование новых кровеносных сосудов, и в результате ткани имплантата могут быть ассимилированы новообразованными тканями кровеносных сосудов; и (д) показатели рассматриваемых искусственных сосудов значительно выше показателей синтетических материалов, используемых в качестве протезов, поскольку данные искусственные сосуды могут использоваться при создании эндопротезов диаметром менее чем 6 мм.

[0020] Фиг.1. Перспективное изображение искусственного кровеносного сосуда в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения.

[0021] Фиг.2 Вид в разрезе искусственного кровеносного сосуда, изображенного на Фиг.1

[0022] Фиг.3. Перспективное изображение искусственного кровеносного сосуда в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.

[0023] Фиг.4. Перспективное изображение искусственного кровеносного сосуда в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.

[0024] Фиг.5. Перспективное изображение искусственного кровеносного сосуда в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.

1. Субстрат 2. Покрытие

ПРИМЕРЫ

[0025] Пример 1

[0026] Согласно рисункам 1 и 2, искусственный биологический кровеносный сосуд в соответствии с настоящим изобретением состоит из субстрата 1, полученного из натурального кровеносного сосуда животного, сшитого и зафиксированного эпоксидом и освобожденного от антигенов, а также из покрытия 2, содержащего антикоагуляционный компонент и расположенного на внутренней поверхности субстрата 1. Субстратом может быть прямая трубка, а антикоагулянтом в поверхности 2 - гепарин. Поверхность 2 также содержит полипептид, состоящий из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С).

[0027] Этапами получения данного искусственного биологического сосуда были следующие.

1. Предварительная обработка: Обеззараживание с помощью высокоэффективного бактерицидного вещества широкого спектра и низкой токсичности, такого как бензалконий хлорид или хлоргексидин, затем - обрезание лишних тканей.

2. Обезжиривание: Жировые вещества субстрата 1 извлекались с помощью органических растворителей, таких как хлороформ, этилацетат, абсолютный спирт или их смеси.

3. Фиксация: Молекулы белка в субстрате 1 сшивались и фиксировались с помощью фиксирующего вещества.

,

где n=0-10.

4. Удаление антигенов: Для блокирования определенных активных групп, таких как -ОН, -NH₂, -SH и т.д., в белках субстрата 1 использовался активный реагент с малой молекулярной массой, такой как ангидрид органической кислоты, хлорангидрид, ациламид или моноциклический оксид, а для замены определенных водородных связей спиральных цепей молекул белков в субстрате, а также изменения их определенной конформаций использовался реагент с сильными водородными связями, такой как гуанидиновый состав.

5. Антикоагуляционная модификация: Для сопряжения антикоагулянта (гепарина) с внутренней поверхностью субстрата с целью образования активного покрытия с повышенным антикоагуляционным действием использовался сопрягающий агент.

6. Сопряжение полипептида: В качестве вещества для сопряжения полипептида, состоящего из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С), способных влиять на множество факторов роста на поверхностном слое 2, был использован диамид, а последовательность полипептида такова: K16-G-R-G-D-S-P-C.

[0028] Пример 2

[0029] Согласно фиг.3, субстратом 1 является U-образная трубка. Для фиксации молекул белка использовался диизоцианат, а остальные технические характеристики аналогичны характеристикам, описанным в Примере 1.

[0030] Пример 3

[0031] Согласно фиг.4, субстратом 1 является С-образная трубка. Для фиксации молекул белка использовался диизоцианат, а остальные технические характеристики аналогичны характеристикам, описанным в Примере 1.

[0032] Пример 4

[0033] Согласно фиг.5, субстратом 1 является Y-образная трубка. Для фиксации молекул белка использовался диизоцианат, а остальные технические характеристики аналогичны характеристикам, описанным в Примере 1.

Изобретение относится к медицине. Описан искусственный биологический кровеносный сосуд, который состоит из субстрата 1, изготовленного из кровеносного сосуда животного, а также покрытия 2, нанесенного на внутреннюю поверхность субстрата 1. Кровеносные сосуды животных фиксируются путем сшивания фиксирующим агентом и обрабатываются с целью удаления антигенов. Активное покрытие 2 содержит антикоагуляционные компоненты. Способ изготовления искусственного биологического кровеносного сосуда состоит из следующих этапов: отбор кровеносных сосудов животных в качестве субстрата 1, обработка, обезжиривание, иммобилизация, удаление антигенов и антикоагуляционная модификация субстрата 1. Искусственный биологический кровеносный сосуд имеет хорошую биосовместимость, минимальную токсичность и минимальное хроническое иммунное отторжение. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда с использованием кровеносных сосудов животных в качестве субстрата 1, включающий следующие этапы:
предварительная обработка, включающая обеззараживание с помощью высокоэффективного бактерицидного вещества широкого спектра и низкой токсичности, затем - обрезание лишних частей;
обезжиривание, при котором жировые вещества извлекаются из субстрата с помощью органических растворителей;
фиксация, при которой молекулы белка в субстрате сшиваются и фиксируются с помощью фиксирующего вещества;
удаление антигенов, при котором особые активные группы белков в субстрате, такие как -ОН, -NH₂, -SH и т.д. блокируются активными реагентами, а их специфическая конформация меняется путем замены особых водородных связей в спиральных цепях белковых молекул в субстрате реагентами с сильными водородными связями;
антикоагуляция, при которой антикоагуляционные компоненты связываются с внутренней поверхностью субстрата 1 с помощью сопрягающего агента, в результате чего образуется покрытие 2 с высокими антикоагуляционными качествами.

2. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.1, отличающийся тем, что указанное покрытие 2 образуется путем сопряжения полипептида, который имеет широкий диапазон молекулярного притяжения и влияет на факторы роста.

3. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.2, отличающийся тем, что указанный полипептид состоит из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С), а его последовательность такова: K16-G-R-G-D-S-P-C.

4. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.2 или 3, отличающийся тем, что указанным фиксирующим веществом является эпоксидный состав, ацетилдиамидный состав, диизоцианат или карбодиимид, легко сшивающие молекулы белка.

5. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.4, отличающийся тем, что указанным эпоксидным составом, используемым в качестве фиксатора, является моноэпоксидный состав, описанный следующей формулой:
,
или же диэпоксидный состав, описанный следующей формулой:
,
или олигоэпоксидный состав, такой как полипропиленоксид; R=-C_nH_2n+1, и n=0-10.

6. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.3, отличающийся тем, что активными реагентами являются ангидриды органической кислоты с малой молекулярной массой, ацетилхлориды, акриламиды или моноциклические оксиды, а реагентами, образующими сильные водородные связи, являются гуанидиновые составы.

7. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.1, отличающийся тем, что сопрягающим агентом является эпоксидный состав, ангидридный состав или диацилхлоридный состав.

8. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.2, отличающийся тем, что сопрягающим агентом является ацетилдиамидный, диангидридный или диэпоксидный состав или другие составы с двойными функциональными группами, вступающие в реакцию конденсации с такими группами, как -NH₂, -ОН или -СООН.

9. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.1, отличающийся тем, что субстрат 1 проходит процесс сшивания и удаления антигенов, а с его внутренней поверхностью сопряжен антикоагулянт, образуя поверхность 2.

10. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.9, отличающийся тем, что указанными компонентами покрытия 2 являются вещества, которые содействуют накоплению покрытием отрицательного заряда, либо же гепарины с повышенным антикоагуляционным действием.

11. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по п.2, отличающийся тем, что один из указанных полипептидов состоит из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С).

12. Способ получения искусственного биологического кровеносного сосуда по пп.9, 10 или 11, отличающийся тем, что указанный субстрат 1 имеет форму прямой, U-образной, С-образной трубки или Y-образной трубки.