ИСКУССТВЕННАЯ ТВЕРДАЯ МОЗГОВАЯ ОБОЛОЧКА И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2013 года по МПК A61L27/20 A61L27/24 A61L27/54 A61L27/56 A61F2/02 D01D5/00 

Область техники изобретения

Изобретение направлено на изучение искусственных биопленок, а именно искусственных твердых мозговых оболочек, и способы их производства.

Уровень техники

Повреждение твердой мозговой оболочки - это общая проблема в нейрохирургии. Открытые черепно-мозговые травмы (полученные на производстве, в результате ДТП или военных действий), инвазия опухоли, врожденные повреждения мягких мозговых оболочек или другие заболевания черепа могут привести к повреждению твердой мозговой оболочки. Такие повреждения твердой мозговой оболочки требуют своевременного лечения, чтобы предотвратить истечение цереброспинальной жидкости, образования грыжи головного мозга и нагрузок от воздействия атмосферного давления. В ином случае это может угрожать жизни.

В настоящее время, несмотря на то, что существует большое количество заменителей твердой мозговой оболочки, материалы, используемые в заменителях, можно разделить на четыре типа: аутологическая фасция, аллотрансплантат, натуральное или искусственное вещество, а также ксенотрансплантат. Однако применение данных материалов в медицинской практике неизбежно ведет к таким проблемам, как высокий уровень инфекций. По статистике уровень инфекций при краниотомии составляет 4%; твердая мозговая оболочка, изготовленная из слизистой оболочки свиного тонкого кишечника, дает уровень инфекций 3,4%; а твердая мозговая оболочка, изготовленная из коллагена, - уровень инфекций 3,8%. Ввиду гематоэнцефалического барьера, как только происходит внутричерепное заражение, невозможно будет обеспечить требуемую концентрацию противоинфекционных препаратов в мозговой плазме, при этом инфекцию будет, трудно контролировать. Также, существующие искусственные заменители твердой мозговой оболочки не имеют возможности доставки лекарственных средств в мягкие мозговые оболочки. Следовательно, послеоперационный контроль инфекции часто не эффективен.

Более того, одна из основных причин необходимости восстановления твердой мозговой оболочки с использованием трансплантата твердой мозговой оболочки - это повреждения мягких мозговых оболочек из-за инвазии опухоли. Более половины случаев опухоли головного мозга не могут быть полностью удалены хирургическим путем и поэтому после операции необходима химиотерапия. Многие химиотерапевтические препараты токсичны и не могут преодолеть гематоэнцефалический барьер, поэтому невозможно достичь эффективной концентрации препаратов, что приводит к снижению результатов химиотерапии.

Существующие искусственные заменители твердой мозговой оболочки обычно не содержат представляющих интерес лекарственных средств. Например, ввиду плотной структуры невозможно обеспечить введение препаратов в аутологическую фасцию естественным путем, также сложно ввести препараты в аллотрансплантат или ксенотрансплантат. Однако заменители твердой мозговой оболочки на основе синтетического материала ввиду их хорошей эластичности могут быть легко заполнены препаратами. С другой стороны, из-за ограничения способов введения препарата, также нелегко ввести препарат в искусственную твердую мозговую оболочку, а также обеспечить возможность освобождения препарата после пересадки для достижения терапевтических целей. На сегодняшний день основной способ введения противоинфекционного препарата в искусственный заменитель твердой мозговой оболочки - пропитывание заменителя препаратом. При использовании данного метода большая часть лекарственного средства остается на поверхности искусственной твердой мозговой оболочки, при этом ее сложно контролировать, что затрудняет достижение регулируемого высвобождения.

В заключение необходимо отметить, что существующие искусственные заменители твердой мозговой оболочки имеют такие недостатки, как высокий уровень инфекций, низкая биосовместимость, неполная всасываемость, трудность с введением лекарственного средства и контролем его эффективного высвобождения.

Описание изобретения

Для решения хотя бы одной из технических проблем, описанных выше, согласно настоящему изобретению предусмотрена искусственная твердая мозговая оболочка, которая отличается отличной тканевой совместимостью, идеальной антиадгезионностью, полным всасыванием, хорошими механическими свойствами, низким уровнем инфекций и возможность введения лекарственных средств.

Кроме того, предусмотрен способ изготовления искусственной твердой мозговой оболочки.

Согласно изобретению, искусственная твердая мозговая оболочка состоит из электропряденых слоев. Вышеупомянутые электропряденые слои состоят, по крайней мере, из одного гидрофобного электропряденого слоя, который изготавливается из одного или нескольких гидрофобных полимеров методом электропрядения. Вышеупомянутый гидрофобный полимер выбирается из группы, состоящей из гидрофобного алифатического полиэфира, полиэфир-эфирного сополимера, полиортоэфира, полиуретана, полиангидрида, полифосфазена, полиаминокислоты, сополимеров, а также их смесей.

Также, гидрофобный алифатический полиэфир является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полимолочной кислоты, полигликолида, поликапролактона и полигидроксибутирата (PHB). Вышеупомянутый полиэфир-эфирный сополимер является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полидиоксанона (PDO), сополимера гликоль-молочной кислоты и сополимера полибутилен терефталата/гликоля. Вышеупомянутый полиангидрид является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полиангидрида полисебациновой кислоты (PSPA)-цетанового двукислотного ангидрида, полиангидрида типа-I, полиангидрида типа-II, полиангидрида типа-III и полиангидрида типа-IV.

Искусственная твердая мозговая оболочка, состоящая из гидрофобного слоя, имеет прочность, аналогичную прочности твердой мозговой оболочки человека. Она может герметизировать мозговые повреждения и предотвратить истечение цереброспинальной жидкости во время регенерации собственной твердой мозговой оболочки человека. Гидрофобный слой неблагоприятен для перемещения и связывания клеток, посредством чего может быть достигнута цель антиадгезии. Фактически можно использовать несколько гидрофобных слоев с тем, чтобы обеспечить соответствие различным требованиям к прочности.

Кроме того, согласно изобретению в искусственной твердой мозговой оболочке, по крайней мере, один гидрофильный электропряденый слой может быть размещен на вышеупомянутом гидрофобном электропряденом слое. Вышеупомянутый гидрофильный слой подготовлен методом электропрядения, с помощью одного или нескольких типов гидрофильных полимеров, выбранных из группы, состоящей из хондроитин сульфата, гепарина, агара, глюкана, альгина, целлюлозы, модифицированной целлюлозы, альгината натрия, крахмала, желатина, фибриногена, протеина шелка, полимер-пептида имитации эластина, коллагена, хитозана, модифицированного хитозана, гидрофильного полиуретана, полиэтиленгликоля, полиметилметакрилата, полиметилметакрилата, гидроксибутират со-гидроксивалерата, РНВННх (полигидроксибутират-со-гидроксигексаноат), поливинилалкоголя, полилактида, а также их смесей.

При трансплантации твердой мозговой оболочки в мозг гидрофобный слой, играющий роль антиадгезионного вещества, размещается близко к поверхности мозга, в то время как гидрофильный слой, обеспечивающий тонкий нановолоконный скаффолд для адгезии, перемещения, разрастания, а также дифференциации клеток, находится далеко от мозга. Так как гидрофильный слой изготавливается из гидрофильных материалов хорошей биосовместимости, он может значительно усилить процессы перемещения и разрастания стволовых клеток и фибробластов, и, следовательно, способствовать росту аутологической твердой мозговой оболочки. Фактически можно использовать несколько гидрофобных слоев с тем, чтобы обеспечить соответствие различным требованиям.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, обладающая признаками изобретения твердая мозговая оболочка может также иметь переходный слой между гидрофобным и гидрофильным слоями. Переходный слой изготавливается методом электропрядения с использованием одного или нескольких полимеров, при этом он обладает гидрофильностью, которая постепенно возрастает от стороны, ближайшей к вышеупомянутому гидрофобному электропряденому слою, к стороне, ближайшей к вышеупомянутому гидрофильному электропряденому слою. Наличие переходного слоя может улучшить гидрофильность между гидрофобным и гидрофильным слоями.

Согласно другому варианту осуществления изобретения каждый из гидрофобных, гидрофильных, а также переходных слоев можно смешать с цитокином и/или лекарственным средством. Смешивающиеся слои могут обеспечить высвобождение цитокина и/или лекарственного средства в мозг при трансплантации, наряжу с всасыванием скаффолда полимера. Затем цитокин и/или лекарственное средство могут достичь цели предотвращения местной инфекции, адгезии и/или рецидива опухоли или способствовать восстановлению аутологической твердой мозговой оболочки.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения сцепление гидрофобного и гидрофильного слоев можно обеспечить при помощи цитокина и/или лекарственного средства.

Цитокин, упомянутый в изобретении, - это фактор, играющий важную роль в адгезии, перемещении, разрастании и дифференциации фибробластов, который выбирается из группы, состоящей из интерлейкина, колониестимулирующего фактора, фактора некроза опухоли, тромбоцитарного фактора роста, основного фактора роста фибробластов и их комбинаций. Цитокин может ускорить процесс восстановления поврежденной твердой мозговой оболочки.

Лекарственное средство, упомянутое в изобретении, - это одно или несколько веществ, выбранных из группы, состоящей из антибиотиков, кровоостанавливающих средств, антиадгезионных веществ и противоопухолевых препаратов. Данные лекарственные средства помещаются на искусственной твердой мозговой оболочке в соответствии с фактической потребностью. После трансплантации искусственной твердой мозговой оболочки лекарственные средства постепенно высвобождаются так, чтобы обеспечить выполнение лечебной цели во время распада полимеров и регенерации поврежденной твердой мозговой оболочки. Таким образом, преодолен гематоэнцефалический барьер к лекарственному средству.

Кроме того, цитокин и/или лекарственное средство можно заключить в гидрогель. Ввиду эффектов адгезии и фиксации гидрогеля в соответствии с положением на месте лекарственное средство может высвобождаться равными порциями или особым образом. Вышеупомянутый гидрогель состоит из одной или нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из полисахаридного полимера, полипептидного полимера и синтетического гидрофильного высокомолекулярного полимера.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения гидрофобный электропряденый слой вышеупомянутой искусственной твердой мозговой оболочки состоит из волокон диаметром 50-1000 нм. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения гидрофобный электропряденый слой состоит из пор, размер которых меньше 3 мкм, в то время как гидрофильный электропряденый слой состоит из волокна диаметром 5-200 мкм и размером пор 20-200 мкм. Размер пор в значительной степени зависит от диаметра волокна. Если диаметр волокна уменьшается, размер пор также уменьшается. Таким образом, контроль диаметра волокна может осуществлять контроль размера пор электропряденого слоя. Средний диаметр клеток человека составляет 10-50 мкм. Мягкие мозговые оболочки главным образом состоят из фибробластов и коллагеновых волокон, выделяемых из фибробластов. Большинство фибробластов имеют диаметр 20-30 мкм. Размер пор гидрофобного слоя менее 3 мкм, что может предотвратить проникновение клетки и адгезию между твердой мозговой оболочкой и мозговой тканью. Гидрофильный слой состоит из пор, размер которых равен или больше, чем средний диаметр клетки, что может способствовать проникновению и перемещению клетки.

Согласно другому аспекту изобретения способ получения искусственной твердой мозговой оболочки также включает следующие этапы:

A) растворение гидрофобного полимера в растворителе в целях получения гидрофобного раствора для электропрядения, в котором вышеупомянутый гидрофобный полимер выбирается из группы, состоящей из гидрофобного алифатического полиэфира, полиэфир-эфирного сополимера, полиортоэфира, полиуретана, полиангидрида, полифосфазена, полиаминокислот, сополимеров, а также их смесей;

B) изготовление путем электропрядения гидрофобного электропряденого слоя типа пленки (или типа полотна) из вышеупомянутого гидрофобного раствора для электропрядения, тем самым изготавливая вышеупомянутую искусственную твердую мозговую оболочку.

Кроме того, вышеупомянутый гидрофобный алифатический полиэфир является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полимолочной кислоты, полигликолида, поликапролактона и полигидроксибутирата. Вышеупомянутый полиэфир-эфирный сополимер является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полидиоксанона (PDO), сополимера гликоль/молочной кислоты и сополимера полибутилен терефталата терефталевой кислоты/гликоля. Вышеупомянутый полиангидрид является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полиангидрида полисебациновой кислоты-цетанового двукислотного ангидрида, полиангидрида типа I, полиангидрида типа II, полиангидрида типа III и полиангидрида типа IV.

Способ, применимый к принципу электропрядения, создает искусственную твердую мозговую оболочку с помощью определенного полимера. Твердая мозговая оболочка может эффективно предотвратить его адгезию с мозговой тканью.

Для дальнейшего предотвращения адгезии искусственной твердой мозговой оболочки с мозговой тканью необходимо контролировать диаметр волокон, и в результате также обеспечивается контроль размера пор скаффолда. Таким образом можно остановить перемещение клеток. Диаметр волокон гидрофобного электропряденого слоя можно контролировать в диапазоне 50-1000 нм. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения размер пор гидрофобного электропряденого слоя менее 3 мкм.

В способе, описанном выше, в пункте В), вышеупомянутое электропрядение выполняется с помощью микровпрыскивающего насоса, работающего с производительностью 0,1-5,0 мл/ч, и генератора высокого напряжения, работающего с напряжением 5-40 кВ и расстоянием подачи 5,0-30,0 см.

Для достижения лучшего эффекта в клинической терапии изобретение также предусматривает способ, подобный электропрядению для создания гидрофильного электропряденого слоя на вышеупомянутом гидрофобном слое, который включает следующие этапы:

а') Растворение гидрофильного полимера в растворителе для получения гидрофильного раствора для электропрядения, при котором вышеупомянутый гидрофильный полимер выбирается из группы, состоящей из хондроитин сульфата, гепарина, агара, глюкана, альгина, модифицированной целлюлозы, альгината натрия, крахмала, целлюлозы, желатина, фибриногена, протеина шелка, полимер-пептида имитации эластина, коллагена, хитозана, модифицированного хитозана, гидрофильного полиуретана, полиэтиленгликоля, полиметилметакрилата, полиметилметакрилата, гидроксибутират со-гидроксивалерата, РНВННх (полигидроксибутират-со-гидроксигексаноат), поливинилалкоголь полилактида.

b') Размещение вышеупомянутого гидрофильного раствора для электропрядения путем электропрядения на вышеупомянутом гидрофобном слое для создания вышеупомянутого гидрофильного электропряденого слоя.

Гидрофильный элекгропряденый слой устанавливается на большом расстоянии от поверхности мозга, чтобы способствовать перемещению клеток и регенерации твердой мозговой оболочки. Для облегчения проникновения клеток гидрофильный электропряденый слой состоит из волокон диаметром 5-200 мкм и пор, размер которых составляет 20-200 мкм.

В пункте b'), создание гидрофильного электропряденого слоя, вышеупомянутое электропрядение выполняется с помощью микровпрыскивающего насоса, работающего с производительностью 0,1-20,0 мл/ч и генератора высокого напряжения, работающего с напряжением 10-40 кВ, и с расстоянием подачи 5,0-30,0 см.

В процессе электропрядения обычно гидрофобный и гидрофильный полимеры необходимо растворить в соответствующих растворителях соответственно для того, чтобы создать электропряденые растворы. Часто, вышеупомянутые растворители являются летучими органическими растворителями, которые включают в себя, помимо прочего, метановую кислоту, уксусную кислоту, этиловый спирт, ацетон, диметилформамид, диметилацетамид, дигидрофуран, диметилсульфоксид, гексафторизопропиловый спирт, трифторэтиловый спирт, дихлорметан, трихлорметан, метиловый спирт, этиловый спирт, хлороформ, диоксан, трифторэтан, трифторэтиловый спирт и их смеси. Летучие органические растворители быстро улетучатся во время процесса создания электропряденых слоев, при этом финальные электропряденые слои не буду содержать или будут содержать в незначительной степени остаточный органический растворитель, который можно удалить на более поздних этапах. В некоторых случаях в качестве растворителя может быть использована вода, котораая затем может быть удалена путем нагревания в печи или естественного высыхания после создания электропряденых слоев.

Кроме того, способ изготовления искусственной твердой мозговой оболочки, предусмотренный в настоящем изобретении, также включает, создание, до изготовления вышеупомянутого гидрофильного электропряденого слоя, переходного слоя путем электропрядения между вышеупомянутым гидрофильным и гидрофобным слоями, при этом вышеупомянутый переходный слой обладает гидрофильностью, которая постепенно возрастает от стороны, ближайшей к вышеупомянутому гидрофобному электропряденому слою, к стороне, ближайшей к вышеупомянутому гидрофильному электропряденому слою. Материалы, растворители и параметры электропрядения для изготовления переходного слоя можно определить, исходя из фактической ситуации и необходимости. Наличие переходного слоя может улучшить гидрофильность между гидрофильным и гидрофобным слоями.

В одном варианте осуществления изобретения во время создания каждого электропряденого слоя путем электростатического прядения в соответствующие растворы для электропрядения можно добавить цитокин и/или лекарственное средство. При использовании техники смешивания смешанные слои полимеров и цитокин и/или лекарственное средство лучше подходят для клинического применения и обладают лучшим терапевтическим эффектом.

Способ изготовления искусственной твердой мозговой оболочки, представленный в настоящем изобретении, также включает распределение цитокина и/или лекарственного средства на вышеупомянутом гидрофобном электропряденом слое и/или вышеупомянутом гидрофильном электропряденом слое путем биопечати. Биопечать - это технология печати цитокина и/или лекарственного средства на биобумаге, состоящей из скаффолдов вышеупомянутых гидрофобных электропряденых слоев и/или вышеупомянутых гидрофильных электропряденых слоев.

Для того чтобы равномерно распределить вышеупомянутый цитокин и/или лекарственное средство и зафиксировать их в определенной точке на слоях, можно заключить цитокин и/или лекарственное средство в гидрогель.

В частности, вышеупомянутая биопечать состоит из следующих этапов:

а'') смешивание раствора гидрогеля с цитокином и/или лекарственным средством для создания раствора;

и

b'') печать вышеупомянутого раствора на вышеупомянутых гидрофобных электропряденых слоях и/или гидрофильных электропряденых слоях при помощи технологиии биопечати.

Вышеупомянутый раствор гидрогеля в изобретении состоит из водных растворов полисахаридного полимера, полипептидного полимера, синтетического гидрофильного полимера или их смесей. При этом вышеупомянутый полисахаридный полимер включает, помимо прочего, крахмал, целлюлозу, альгинат натрия, гиалуроновую кислоту и хитозан. Вышеупомянутый полипептидный полимер включает, помимо прочего, коллаген, поли-L-лизин и сополимер молочной и гликолевой кислот (PLGA). Вышеупомянутый синтетический гидрофильный полимер включает, помимо прочего, акриловую кислоту, полиметакриловую кислоту, полиакриламид и N-изопропилакриламид.

При нормальных условиях гидрогель жидкий. При соответствующей температуре или при определенных условиях он может на короткое время превратиться в гель, при этом он обладает хорошей адгезией. Согласно изобретению для участия в реакции некоторые гидрогели требуют наличия перекрестносшивающего агента. Следовательно, способ также включает обработку вышеупомянутых гидрофобного и/или гидрофильного слоев раствором, содержащим перекрестносшивающий агент до биопечати. При обработке вышеупомянутым раствором, содержащим перекрестносшивающий агент, перекрестносшивающий агент прилипает к слою или слоям. После этого цитокин и/или лекарственное средство будут добавлены в раствор гидрогеля, а смешанный раствор будет помещен в печатающую головку. Во время печати, когда раствор гидрогеля с цитокином и/или лекарственным средством достигает электропряденых слоев, он затвердевает и прилипает к слоям.

При равномерной и стабильной печати можно обеспечить равномерное высвобождение цитокина и/или лекарственного средства. В то время как при индивидуальной печати с различными скоростями и положениями в частном случае можно обеспечить высвобождение цитокина и/или лекарственного средства на конкретном участке. Выбор перекрестносшивающего агента зависит от типа гидрогеля. Например, если гидрогель - это альгинат натрия, перекрестносшивающий агент представляет собой хлористый кальций; если гидрогель - это фибриноген, перекрестносшивающий агент представляет собой тромбин.

По сравнению с известным уровнем техники изобретение обладает следующими преимуществами:

(1) Его механические свойства отвечают требованию прочности при растяжении и эластичности, кроме того, он влагостойкий и обладает антиадгезионными свойствами.

(2) Материалы, состоящие из оболочек, нетоксичны и безвредны для человеческого организма, обладают хорошей совместимостью, обеспечивают полное всасывание после пересадки, что позволяет избежать появление опухоли или рака.

(3) При изготовлении оболочки не используются ткани животных, следовательно можно избежать таких рисков, как иммунное отторжение, распространения вирусов и заражение.

(4) Предусмотренные двойные слои могут предотвратить адгезию, способствовать росту аутологичных клеток, которые, в свою очередь способствуют своевременному восстановлению твердой мозговой оболочки.

(5) При помощи технологии биопечати лечебные вещества могут быть введены в оболочку и могут высвобождаться после пересадки регулируемым способом.

(6) Материалы, представленные в большом количестве в документе, недорогие и удобные при транспортировке и хранении.

(7) Способ получения включает в себя простые процедуры, характеризуется низкими расходами и является простым для промышленной реализации.

(8) Несложное применение в медицинской практике, возможно также индивидуальное применение для пациента.

Дополнительные аспекты и преимущества изобретения будут представлены в дальнейшем описании. По прочтении и применении на практике некоторые вопросы станут более очевидными.

Краткое описание сопроводительных чертежей

Вышеприведенные и/или дополнительные аспекты и преимуществами или дополнительные аспекты и преимуществами настоящего изобретения станут более очевидными, и их будет легче понять по прочтении следующего описания совместно с чертежами и вариантами осуществления, в которых:

Фигура 1 - изображение процесса электропрядения для изготовления искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению.

Фигура 2 - изображение процесса приготовления искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению, который сочетает в себе электропрядение и биопечать.

Фигура 3 - изображение искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению, состоящей из вышеупомянутого гидрофобного электропряденого слоя (слоев).

Фигура 4 - изображение искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению, состоящей из вышеупомянутого гидрофобного электропряденого слоя и вышеупомянутого гидрофильного электропряденого слоя.

Фигура 5 - изображение искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению, состоящей из гидрофобного, гидрофильного и переходного слоев.

Фигура 6А - изображение вышеупомянутой смешанной искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению, состоящей из гидрофобного электропряденого слоя и гидрофильного электропряденого слоя.

Фигура 6В - увеличенное изображение вида I на Фигуре 6А.

Фигура 7А - изображение вышеупомянутой смешанной искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению, состоящей из гидрофобного электропряденого слоя, гидрофильного электропряденого слоя и переходного слоя.

Фигура 7В - увеличенное изображение вида II на Фигуре 7А.

Фигура 8А - изображение вышеупомянутой искусственной твердой мозговой оболочки согласно изобретению, полученной в сочетании с технологией биопечати.

Фигура 8В - увеличенное изображение вида III на Фигуре 8А.

Позиции на фигурах означают следующее:

1. Электропрядильный распылительный аппарат;

2. Прядильные волокна;

3. Источник питания высокого напряжения;

4. Приемное устройство;

5. Биопечатающая головка;

6. Сосуд;

7. Гидрофобное прядильное волокно;

8. Лекарственное средство;

9. Гидрофильные прядильные волокна;

10. Цитокин или лекарственное средство;

11. Прядильные волокна переходного слоя;

А. Гидрофобный электропряденый слой;

В. Гидрофильный электропряденый слой;

С. Переходный слой.

Лучший вариант осуществления изобретения

Теперь рассмотрим примеры осуществления изобретения более подробно. Примеры будут проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, на которых один и тот же номер представляет одинаковые элементы. Примеры, описанные со ссылкой на чертежи, являются лишь изображениями, которые предназначены для объяснения изобретения и не обозначают ограничения изобретения.

Теперь вместе с Фигурами с 1 по 8 перейдем к описанию искусственной твердой мозговой оболочки согласно настоящему изобретению и способу ее производства.

Изображение процесса электропрядения для получения искусственной твердой мозговой оболочки показано на Фигуре 1, электропрядильный распылительный аппарат 1 содержит полимерный раствор, конец высокого напряжения источника питания высокого напряжения 3 соединен с распылительным аппаратом 1. Приемное устройство 4 имеет цилиндрическую форму, и его можно перемещать влево и/или вправо по оси цилиндра или направлению штока длинной оси цилиндра. Перемещение приемного устройства 4 можно установить с помощью компьютерной программы так, что формируемый электропряденый слой будет иметь одинаковую толщину. Фактически приемное устройство можно установить как ровную поверхность, а посредством перемещения влево и вправо или вперед и назад можно обеспечить равномерный прием. Приемное устройство 4 соединено с концом низкого напряжения источника питания высокого напряжения 3, так что между распылительным аппаратом 1 и приемным устройством 4 существует большая разность напряжений.

Прежде чем начать электропрядение, необходимо подготовить соответствующий полимерный раствор для электропрядения.

Можно выбрать раствор гидрофобного полимера для электропрядения, такой раствор изготавливается путем растворения гидрофобного полимера в растворителе. При этом вышеупомянутый гидрофобный полимер включает, помимо прочего, гидрофобный алифатический полиэфир (включающий полимолочную кислоту, полигликолид, поликапролактон и полигидроксибутират), полиэфир-эфирный сополимер (например, полидиоксанон), полиортоэфир, полиуретан, полиангидрид (например, полиангидрид полисебациновой кислоты-цетановый двукислотный ангидрид), полифосфазен, полиаминокислота и их смеси.

В зависимости от исполнения, если гидрофильный электропряденый слой необходим после того, как гидрофобный электропряденый слой будет закончен, необходимо приготовить раствор гидрофильного полимера для электропрядения. При этом вышеупомянутый гидрофильный полимер включает, помимо прочего, хондроитин сульфат, гепарин, агар, тоюкан, альгин, модифицированную целлюлозу, альгинат натрия, крахмал, целлюлозу, желатин, фибриноген, протеин шелка, полимер-пептида имитации эластина, коллаген, хитозан, модифицированный хитозан, гидрофильный полиуретан, полиэтиленгликоль, полиметилметакрилат, полиметилметакрилат, гидроксибутират со-гидроксивалерат, полигидроксибутират-со-гидроксигексаноата (РНВННх), поливинилалкоголь и полилактид. Исходя из фактических потребностей можно установить несколько распылительных аппаратов 1, в которых соответственно помещаются вышеупомянутый гидрофобный полимерный раствор и вышеупомянутый гидрофильный полимерный раствор. Или можно заменить раствор в распылительном аппарате 1 после того, как будет выполнен гидрофобный слой.

Растворителем раствора для электропрядения может быть вода или летучий органический растворитель, который включает, помимо прочего, метановую кислоту, уксусную кислоту, этиловый спирт, ацетон, диметилформамид, диметилацетамид, диметилсульфоксид, гексафторизопропиловый спирт, трифторэтиловый спирт, дихлорметан, трихлорметан, метиловый спирт, этиловый спирт, хлороформ, диоксан, трифторэтан и трифторуксусную кислоту.

Как только раствор для электропрядения будет готов, необходимо установить параметры. После этого, включается питание, и электропрядильное устройство активируется. Так как прядильные волокна 2 формуются прядением из распылительного аппарата 1, приемное устройство 4 будет перемещаться в установленном порядке так, чтобы создать однородную структуру электропряденой оболочки.

Параметры процесса создания вышеупомянутого гидрофобного электропряденого слоя устанавливаются следующие: микровпрыскивающий насос, работающий с производительностью 0,1-5,0 мл/ч, генератор высокого напряжения, работающий с напряжением 5-40 кВ, и расстояние подачи 5,0-30,0 см. Вышеупомянутый гидрофобный электропряденый слой состоит из волокна, диаметр которого можно контролировать в диапазоне от 50 до 1000 мкм, и пор, размер которых меньше 3 мкм.

Параметры процесса создания вышеупомянутого гидрофильного электропряденого слоя устанавливаются следующие: микровпрыскивающий насос, работающий с производительностью 0,1-20,0 мл/ч, генератор высокого напряжения, работающий с напряжением 10-45 кВ, и расстояние подачи 5,0-30,0 см. Вышеупомянутый гидрофильный электропряденый слой состоит из волокна, диаметр которого можно контролировать в диапазоне от 5 до 200 мкм, и пор, размер которых составляет 20-200 мкм.

Фактически процедуры, описанные выше, можно повторить, чтобы создать многослойные гидрофобные слои и/или многослойные гидрофильные слои, как показано на Фигурах 3 и 4.

На Фигуре 3 изображена искусственная твердая мозговая оболочка с тремя гидрофобными слоями, прочность которых аналогична прочности твердой мозговой оболочки человека. Так как слои сформированы гидрофобными материалами, они не подходят для перемещения и связывания клеток. Вместе с тем, что материалы безопасносны, нетоксичны и всасываются человеческим организмом, они обеспечивают достижение антиадгезии.

На Фигуре 4 изображена искусственная твердая мозговая оболочка, состоящая из двух гидрофобных слоев (А) и трех гидрофильных слоев (В). При трансплантации твердой мозговой оболочки в мозг, антиадгезивные гидрофобные слои (А) размещаются недалеко от поверхности мозга, в то время как гидрофильные слои (В) размещаются далеко от поверхности мозга, обеспечивая тонкий нановолоконный скаффолд для адгезии, перемещения, разрастания и дифференциации клеток. Так как гидрофильные слои изготавливают из гидрофильных материалов, которые обеспечивают хорошую биосовместимость и имеют больший размер пор, который подходит для перемещения стволовых клеток и фибробластов, который, следовательно, благоприятен для роста аутологической твердой мозговой оболочки.

Как только электропряденые слои будут созданы, их необходимо высушить в печи или естественным образом, в зависимости от состава раствора. Если растворитель раствора для электропрядения - летучий органический растворитель, такой как гексафторизопропиловый спирт, процедурой высыхания можно пренебречь, так как растворитель полностью улетучивается, в то время как прядильные волокна 2 изготавливаются выдавливанием в приемном устройстве 4, а также разность напряжений.

Так как гидрофобный слой очень сильно отличается от гидрофильного слоя в том, что касается гидрофильности, сохранить устойчивость структуры на практике непросто. Для разрешения такого проблематичного увеличения гидрофильности между двумя этими слоями, необходимо использовать переходный слой. Вышеупомянутый переходный слой обладает гидрофильностью, которая постепенно возрастает со стороны, ближайшей к вышеупомянутому гидрофобному электроспряденому слою, к стороне, ближайшей к вышеупомянутому гидрофильному электропряденому слою. Фактически раствор для электропрядения вышеупомянутого переходного слоя может содержать один или несколько полимеров и соответствующий растворитель, которые определяются, исходя из требований к гидрофильности. Затем вышеупомянутым способом раствор помещают в распылительный аппарат для получения вышеупомянутого переходного слоя до вышеупомянутого гидрофильного слоя. Параметры процесса создания переходного слоя устанавливаются следующие: микровпрыскивающий насос, работающий с производительностью 0,1-5,0 мл/ч, генератор высокого напряжения, работающий с напряжением 5-40 кВ и расстояние подачи 5,0-30,0 см.

Искусственная твердая мозговая оболочка с переходным слоем изображена на Фигуре 5. На данной фигуре вышеупомянутый гидрофобный слой состоит из двух слоев, вышеупомянутый гидрофильный слой состоит из трех слоев. Между вышеупомянутыми гидрофобными слоями (А) и вышеупомянутыми гидрофильными слоями (В) предусмотрен переходный слой, состоящий из двух слоев (С), слой, ближайший к вышеупомянутым гидрофобным слоям (А), обладает более слабой гидрофильностью, чем слой, ближайший к вышеупомянутым гидрофильным слоям.

Кроме того, для добавления цитокина и/или лекарственного средства в искусственную твердую мозговую оболочку можно воспользоваться смешивающим электропрядением. В частности, цитокин и/или лекарственное средство можно смешать с каким-либо одним или несколькими слоями вышеупомянутыми гидрофобными, гидрофильными и переходными слоями. Цитокин и/или лекарственное средство необходимо поместить в соответствующий раствор. После этого проводится электропрядение и цитокин и/или лекарственное средство будут смешены с прядильными волокнами 2 по мере формирования прядильных волокон. Структура оболочки будет сформирована на приемном устройстве 4. Кроме того, данную процедуру можно повторить. Цитокин и/или лекарственное средство, добавляемые каждый раз, могут быть одинаковыми или разными. Полученная искусственная твердая мозговая оболочка показана на Фигуре 6. На Фигуре 6А гидрофобный слой имеет двухслойную структуру, а гидрофильный слой имеет трехслойную структуру. На Фигуре 6В гидрофобное прядильное волокно 7 содержит лекарственное средство 8, а гидрофильное прядильное волокно 9 смешивается с цитокином 10.

Фигура 7А имеет два переходных слоя С на основании Фигуры 6. Один из них, ближайший к вышеупомянутому гидрофобному слою А, обладает более слабой гидрофильностью, чем слой, ближайший к гидрофильному слою В. Из Фигуры 7 В гидрофобное прядильное волокно 7 смешивается с лекарственным средством 8, гидрофильное прядильное волокно 9 смешивается с цитокином 10, прядильные волокна двух переходных слоев 11 соответственно смешиваются с лекарственным средством 8 и цитокином 9.

Кроме того, изобретение предусматривает способ, который сочетает электропрядение и биопечать для получения искусственной твердой мозговой оболочки. Вышеупомянутая биопечать - новейшая технология, которая была недавно разработана и в последние годы используются в биомедицинской сфере. Данная технология использует специальный клеточный раствор или биологически активный раствор, такой как «биочернила», и в соответствии с разработкой обеспечивает выполнение печати точно на месте определенного субстрата (именуемого «биобумага»), который может разлагаться в человеческом организме. После печати биобумага укладывается в определенной последовательности. При использовании технологии печати биочернила, состоящие из клеток и/или цитокина, можно поместить точно на требуемые участки. Биобумага, складываемая в определенном порядке, образует трехмерную структуру.

Конкретный пример реализации приведен на Фигуре 2. Исходя из устройства, представленного на Фигуре 1, устанавливается биопечатающая головка 5, такая головка может быть получена путем модификации существующего промышленного струйного принтера, аналогично способу, например, раскрытому в патенте US 7051654. Головка содержит цитокин и/или лекарственное средство. Способ печати и печатаемую рабочее положение при печати можно заранее установить через компьютерную программу. Определенные процедуры печати могут быть основаны на современных технологиях.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения цитокин и/или лекарственное средство можно включить в гидрогель. Вышеупомянутый раствор гидрогеля может быть водным раствором полисахаридного полимера, полипептидным полимером или синтетическим гидрофильным полимером. Вышеупомянутый полисахаридный полимер включает, помимо прочего, крахмал, целлюлозу, альгинат натрия, гиалуроновую кислоту и хитозан. Вышеупомянутый полипептидный полимер включает, помимо прочего, коллаген, поли-L-лизин и сополимер молочной и гликолевой кислот (PLGA). Вышеупомянутый синтетический гидрофильный полимер включает, помимо прочего, акриловую кислоту, полиметакриловую кислоту, полиакриламид и N-изопропилакриламид. В нормальных условиях вышеупомянутый гидрогель жидкий и превращается в гель при определенной температуре или при определенных условиях. Гидрогель обладает хорошей адгезией, что способствует равномерному распределению цитокина и/или лекарственного средства по электростатическому прядильному слою.

Процедуры биопечати с гидрогелем включают следующие этапы: 1) Поместить цитокин и/или лекарственное средство, подготовленное и смешанное с жидким гидрогелем, в биопечатающую головку 5. 2) После формирования электропряденого слоя обеспечить печать на электропряденом слое при помощи струйного принтера согласно заданной программе; исходя из выбора гидрогеля, создать соответствующие условия для того, чтобы гидрогель быстро превратился в гель/стал желеобразным, обеспечивая хорошую адгезию, приклеить цитокин и/или лекарственное средство к электропряденым слоям. 3) Установить равномерное и однородное распределение биочернил и сформировать искусственную твердую мозговую оболочку, как показано на Фигуре 8А, где каждый из гидрофобных слоев напечатан с использованием слоя лекарственного средства, а каждый из гидрофильных слоев напечатан с использованием слоя цитокина. Как показано на увеличенной Фигуре 8 В, пленка, подготовленная биопечатью, отличается от пленки, подготовленной смешиванием. Цитокин и/или лекарственное средство наносят на поверхность слоев, которая формируется из гидрофобного прядильного волокна 7 и/или гидрофильного прядильного волокна 9. При трансплантации такой твердой мозговой оболочки в организм человека вышеупомянутый цитокин и/или лекарственное средство можно высвобождать равномерно. 4) При необходимости, установить концентрированное распределение на определенные точки и напечатать вышеупомянутый цитокин и/или вышеупомянутое лекарственное средство на определенных участках. При трансплантации такой твердой мозговой оболочки в организм человека вышеупомянутый цитокин и/иди вышеупомянутое лекарственное средство можно высвобождать главным образом на необходимые определенные участки.

Затвердевание некоторых гидрогелей требует использования перекрестносшивающего агента. В этом случае биопечать с использованием гидрогеля включает следующие процедуры: 1) Поместить определенное количество перекрестносшивающего агента в сосуд 6. Как только начнется электропрядение, приемное устройство 4, перемещающееся по оси или влево-вправо, начнет взаимодействовать с веществом, и сформированные электропряденые слои приклеятся к перекрестносшивающему агенту 2) Выполнить биопечать, как указано выше. При взаимодействии жидкого гидрогеля с перекрестносшивающим агентом на электропряденых слоях внутри головки 5, гидрогель быстро превращается в гель/становится желеобразным и способствует тому, что цитокин и/или лекарственное средство приклеивается к электропряденым слоям. Выбор перекрестносшивающего агента зависит от вида гидрогеля. Например, если гидрогель - это альгинат натрия, перекрестносшивающий агент - хлористый кальций; если гидрогель - фибриноген, агент - тромбин.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения вышеупомянутый раствор гидрофобного полимера может быть гидрофобным поли(L-лактид) (PLLA) и ε-капролактоном, растворенным в гексафторизопропиловом спирте или дихлорметане, соотношение вышеупомянутых двух полимеров может быть 50:50, 30:70 или 70:30. Как у сополимера, его среднечисленная молекулярная масса составляет 150000-500000. Если необходимо смешивание, в гидрофобный раствор можно добавить 0,01-3% раствор антибиотика и/или 0,001-3% лекарственное средство для гемостаза и антиадгезии. Вместе с раствором поли(L-лактидом) (PLLA) и ε-капролактоном получим финальный раствор.

Согласно другому варианту осуществления изобретения раствор гидрофильного полимера может включть гидрофильный полиуретан плюс натуральный желатин, хондроитин сульфат или полиэтиленгликоль в качестве растворителя(ей). Соотношение массы составляет 20-80:80-20. Прядильный раствор составляет 3-15% от общей массы. При смешивании в раствор гидрофильного полимера можно добавить раствор основного фактора роста фибробластов и обеспечить концентрацию цитокина 0,001-0,5%.

Лекарственное средство, добавляемое при смешивании или биопечати, можно выбрать в соответствии с фактической ситуацией:, антибиотик или препарат для гемостаза или антиадгезии. При трансплантации твердой мозговой оболочки, проводимой по причине удаления опухоли, можно добавить препараты для химиотерапии опухоли головного мозга.

Антибиотик включает, помимо прочего, цефалоспорин, ампициллин, спирамицин, сульфонамиды и хинолоны. Наиболее предпочтительный вариант - цефтриаксон натрия. При операциях на мягких мозговых оболочках часто возникает необходимость вскрытия черепа и в настоящее время внутричерепное заражение часто имеет бактериальную природу, главным образом, включающим золотистый стафилококк, стрептококк, пневмококк, кишечную палочку, сальмонеллу и синегнойную палочку. Самый распространенный вирус - золотистый стафилококк. Согласно клиническим отчетам цефтриаксон натрия обеспечивает лучший терапевтический эффект.

Противоопухолевое средство включает, помимо прочего, нимустин, семустин, липосомальный доксорубицин, дактиномицин D и винкристин. Винкристин - наиболее предпочтительный вариант.

Лекарственный препарат для гемостаза или антиадгезии может ускорить процесс заживления раны и предотвратить появление адгезии. Такое лекарственное средство включает, помимо прочего, фактор гемостаза (который способствует тому, что материал приобретает функцию гемостаза), замедлитель коллагенновой синтазы (например, траниласт и аламаст, который приостанавливает восстановление коллагена), противосвертываюший препарат (например, дикумарол, гепарин, натрий и гирудин), противовоспалительный препарат (например, прометазин, дексаметезон, гидрокортизон, преднизолон, ибупрофен и оксифенбутазон), блокатор кальциевых каналов (например, дилтиазем гидрохлорид, нифедипин и верапамил гидрохлорид), замедлитель клеточного роста (например, фторурацил), гидролаза (например, гиалуронидаза, стрептокиназа, урокиназа, пепсин и тканевой активатор плазминогена (tPA)) и препарат с окислительно-восстановительными свойствами (например, метиленовый синий).

Согласно одному варианту осуществления изобретения при смешивании в раствор для электропрядения добавляется цитокин и/или лекарственное средство по формуле: основной фактор роста фибробластов составляет 0,001-0,05% от массы раствора для электропрядения, ампициллин составляет 3% от массы раствора для электропрядения, фактор гемостаза составляет 0,001-0,05% от массы раствора для электропрядения. При операции по восстановлению мягких мозговых оболочек ввиду опухоли головного мозга может быть добавлен нимустин, который составляет 0,01-5% от массы.

Полученную искусственную твердую мозговую оболочку необходимо промыть, простерилизовать, упаковывать и отдать на хранение.

Пример 1

Поли (L-лактид) (PLLA) и ε-капролактон в массовом соотношении 50:50 и с среднечисленной молекулярной массой 260000 растворяются в растворителе гексафтороизопропилового спирта для создания гидрофобного раствора для электропрядения. Поместить раствор в распылительный аппарат для электропрядения. Микровпрыскивающий насос работает с производительностью 5 мл/ч; генератор высокого напряжения работает с напряжением 30 кВ и расстояние подачи составляет 20 см. Поступают волокна для создания структуры оболочки диаметром в среднем 300 нм. После завершения процесса подачи прядильное устройство закрывается.

Полученная искусственная твердая мозговая оболочка промывается пять раз этиловым спиртом и дистиллированной водой. Затем после лиофилизации твердая мозговая оболочка упаковывается в вакуум. После стерилизации 25 кГр кобальта-60 твердая мозговая оболочка хранится при температуре минус 20°С.

Пример 2

Способ получения такой же, как в Примере 1.

Для гидрофильного раствор для электропрядения выбрать поли щавелевую кислоту и хондроитин сульфат в массовом соотношении 70:30 и с массовой долей прядильной жидкости 9%.

Приводится в действие электропрядильное устройство, и формируется гидрофильный электропряденый слой на гидрофобном слое, уже сформированном в Варианте 1. Расстояние подачи составляет 11 см, напряжение - 20 кВ а полученный гидрофильный слой состоит из волокон, средний диаметр которых составляет 10 мкм.

Промыть и хранить так же, как в Варианте осуществления 1.

Пример 3

Гидрофобный электропряденый слой изготавливается так же, как в Варианте осуществления 1.

Переходный слой принимает полимерный раствор полиуретана и гиалуроновой кислоты в массовом соотношении 70:30 и имеет массовую долю 10%. Прядение активируется при расстоянии подачи 11 см и напряжении 20 кВ. Волокна имеют диаметр в среднем 5 мкм. На гидрофобном слое создается переходный слой.

Затем на переходном слое изготавливаются прядением гидрофильный слой, так же как в Примере 4. После этого прядение останавливается.

Промыть и хранить так же, как в Примере 1.

Пример 4

(1) подготовить гидрофобный электропряденый слой: Выбрать гидрофобный поликапролактон и смешанный растворитель хлороформа или метилового спирта в соотношении 1:1. Добавить цефтриаксон натрия с концентрацией 1%. Получить однородный раствор.

Добавить вышеупомянутый раствор в распылительный аппарат для электростатического прядения и выполнить электропрядение с помощью микровпрыскивающего насоса, работающего с производительностью 0,8 мл/ч, генератора высокого напряжения, работающего с напряжением 12 кВ, и с расстоянием подачи 15 см. Получить волокна в структуре оболочки. Волокна гидрофобного электропряденого слоя имеют диаметр 600 нанометров.

Закрыть прядильное устройство.

(2) подготовить гидрофильный электропряденый слой: Добавить гидрофильный протеин шелка и натуральный желатин в соотношении 20-80:80-20 и массовой долей прядильной жидкости 9%.

Подготовить раствор основного фактора роста фибробластов. Равномерно смешать раствор с вышеупомянутым электропряденым раствором, окончательная концентрация цитокина должна быть 0,001%, расстояние подачи должно быть 10 см и напряжение - 20кВ. Начать электропрядение и создать гидрофильный слой на уже сформированном гидрофобном слое. Средний диаметр волокон из гидрофильного слоя - порядка микрона.

Промыть и хранить так же, как в Примере 1.

Пример 5

(1) подготовить гидрофобный электропряденый слой: выбрать гидрофобный поликапролактон и смешанный растворитель хлороформа и метиловый спирт в соотношении 1:1. Смешать с винкристином в концентрации 100 нг/мл и получить однородный раствор.

Добавить вышеупомянутый раствор в распылительный аппарат для электропрядения, настроить производительность микровпрыскивающего насоса на 0,8 мл в час, напряжение генератора высокого напряжения на 12 кВ и расстояние подачи приемного устройства на 15 см, и получить волокна в структуре оболочки. Волокна гидрофобного электропряденого слоя имеют диаметр 600 нанометров.

Закрыть прядильное устройство.

(2) подготовить переходный слой: Выбрать полиуретан и гиалуроновую кислоту в массовом соотношении 70:30. Массовая доля прядильного раствора должна быть 10%. Смешать с ампициллином в концентрации 3%. Подготовлен однородный раствор.

Начать прядение. Изготовить пряжением переходный слой на уже сформированном гидрофобном слое.

Расстояние подачи составляет 11 см, напряжения - 20 кВ и средний диаметр волокон - 5 мкм.

Закрыть прядильное устройство.

(3) подготовить гидрофильный электропряденый слой: Добавить гидрофильный протеин шелка и натуральный желатин в соотношении 20-80:80-20 и массовой долей прядильного раствора 9%. Смешать с раствором ампициллина с окончательной концентрацией 3%.

Включить прядильное устройство, настроить расстояние подачи на 10 см и изготовить прядением гидрофильный слой на уже сформированном переходном слое. Средний диаметр волокон должен быть порядка на микрона.

Промыть и хранить так же, как в Примере 1.

Пример 6

(1) подготовить гидрофобный электропряденый слой при помощи биопечати:

В качестве гидрофобного раствора используется гидрофобный поли(L-лактид) (PLLA) и ε-капролактон, в массовом соотношении 50:50, среднечисленная молекулярная масса сополимера, растворенного в гексафторизопропиловом спирте, составляет 260 000.

В качестве перекрестносшивающего агента используется 0,1 мол.% раствора хлористого кальция.

Гидрогель, содержащий цитокин, принимает альгинатный раствор фактора гемостаза. Фактор гемостаза имеет концентрацию 10 частиц на миллион по массе в цитокин альгинатном растворе.

Раствор с 0,1 мол.% хлористого кальция необходимо поместить в чашку Петри диаметром 150 мм. Часть приемного устройства, общая для прядильного устройства и биопечати, помещается в чашку Петри. При создании электропряденого слоя, приемное устройство должно взаимодействовать с раствором в чашке Петри. Печатающая головка устанавливается под иглой для электропрядения, которая находится внутри прядильного устройства, которое обеспечивает фиксированную печать на конкретное место с фактором гемостаза. Подготовленный цитокин альгинатный раствор помещается в картридж струйного принтера. В этом варианте, картридж - НР51626А.

Гидрофобный раствор для электропрядения помещается в распылительный аппарат для прядения. После этого, необходимо настроить скорость микровпрыскивающего насоса на 5 мл/ч, напряжение генератора высокого напряжения на 30 кВ и расстояние подачи приемного устройства на 20 см. Волокно размещается в структуре оболочки. Прядение длится 20 минут, прежде чем прядильное устройство будет закрыто.

Раствор гидрогеля, содержащий цитокин, печатается на вышеупомянутом нанобионическом скаффолде при помощи струйного принтера. Как только гидрогель затвердевает, при помощи биопечати получается гидрофобный электропряденый слой с цитокином.

(2) подготовить гидрофильный электропряденый слой при помощи биопечати:

Подготовить раствор для электропрядения, раствор гидрогеля с лекарственным средством и раствор перекрестносшивающего агента.

Использовать полигликоль и хондроитин сульфат, а также гидрофильные материалы в массовом соотношении 70:30. Прядильный раствор имеет массовую долю 9%. Раствор перекрестносшивающего агента - 0,1 мол.% раствор кальция хлорида.

Раствор гидрогеля, содержащий цитокин, принимает альгинатный раствор с основным фактором роста фибробластов. Вышеупомянутый основной альгинатный раствор имеет основной фактор роста фибробластов в концентрации 100 частиц на миллион.

Устанавливаются следующие параметры: настроить производительность микровпрыскивающего насоса на 0,8 мл/ч, напряжение генератора высокого напряжения на 20 кВ и расстояние подачи приемного устройства на 11 см. Другие подготовительные процедуры такие же, как на вышеупомянутом первом этапе. После размещения гидрофильного волокна в структуры оболочки при помощи биопечати раствор гидрогеля, содержащий основной фактор роста фибробластов, печатается на нанобионическом скаффолде. Как только гидрогель затвердевает, при помощи биопечати получается гидрофильный электропряденый слой с цитокином.

Промыть и хранить так же, как в Примере 1.

Пример 7

(1) подготовка гидрофобного электропряденого слоя при помощи биопечати так же, как в Примере 6.

(2) подготовить переходный слой при помощи биопечати.

Электропряденый жидкий раствор переходного слоя состоит из полиуретана и гиалуроновой кислоты в массовом соотношении 70:30. Массовая доля прядильного раствора составляет 10%. Концентрация смешанного ампициллина 3%.

Раствор перекрестносшивающего агента - 0,1 мол.% раствора кальция хлорида.

Раствор гидрогеля с цитокином - это альгинатный раствор фактора гемостаза, процент по массе фактора гемостаза составляет 10 частиц на миллион.

Параметры настраиваются следующим образом: производительность микровпрыскивающего насоса - 4 миллилитра/час, напряжение генератора высокого напряжения - 20 кВ и расстояние подачи - 11 см. Другие процедуры такие же, как описанные выше. Волокно размещается в структуре оболочки. Раствор гидрогеля, содержащий цитокин, будет напечатан на переходном слое. После того как гидрогель затвердевает, при помощи биопечати получается гидрофобный электропряденый слой с цитокином.

(3) Гидрофильный электропряденый слой подготавливается при помощи биопечати так же, как в Примере 6.

Промыть и хранить так же, как в вышеупомянутом Примере 1.

Пример эксперимента 1

Твердая мозговая оболочка, полученная из Примера 1, применяется к собакам для проведения эксперимента на животных, при этом используют серийное контрольное подопытное животное и восстанавливающий материал ксеногенных мягких мозговых оболочек, применимый в медицинской практике. Выбирают три здоровые собаки, мужского или женского пола, вес которых варьируется в диапазоне от 10 до 15 кг, за ними наблюдают 2-3 месяца. Собаки, выбранные для участия в эксперименте, находятся под общим наркозом. Их черепа вскрывают с левой и правой стороны. Их твердые мозговые оболочки удаляются хирургическим путем, таким образом, создаются повреждения твердых мозговых оболочек и травмы мозговой ткани. Затем, используются данные твердые мозговые оболочки, полученные по Варианту осуществления 1, для пересадки контрольному подопытному животному, соответственно в целях восстановления поврежденных твердых мозговых оболочек с левой и правой стороны мозга собаки. После операция собак кормят как обычно, и периодически за ними наблюдают. Из имплантированного участка в конце каждого периода наблюдения берется образец. В конце периода наблюдения после общего наркоза черепа собак вскрывают вышеупомянутым способом после общей анестезии. Открывают и отделяют наружную поверхность восстанавливающего материала. Для получения образцов этих собак умерщвляют путем внутривенного введения воздуха. Черепа вскрывают хирургическим путем. Вынимают имплантанты и окружающие ткани. Полученные образцы внимательно обследуют, в том числе их внешний вид, характерные черты, их взаимодействие со средой, защитную оболочку, омозолелость, а также адгезию между их внутренней поверхностью и мозговой тканью. Образец хранится в сосуде, обрабатывается формальдегидным раствором. Промаркировать сосуд. Через неделю извлечь местные ткани; залить парафиновый срез и гистологический краситель с гематоксилином и эозином.

Через несколько дней после пересадки три собаки быстро восстанавливаются, послеоперационные швы хорошо заживают без каких-либо явных выделений. Собаки питаются и пьют нормально, при этом их активность в норме без каких-либо очевидных нарушений функции движения. Через три месяца после имплантации, трех собак умерщвляют путем внутривенного введения воздуха. После этого, принимая операционное поле за центр, образец берется на один сантиметр больше, чем размер оперируемого места, и он включает восстанавливающий материал, окружающую твердую мозговую оболочку и часть мозговой ткани. После того как образец буден взят, отделить череп от мягких мозговых оболочек надлежащим образом. Установлено, что мягкие мозговые оболочки, куда была трансплантирована твердая мозговая оболочка, полностью сформированы; трансплантируемый материал был заменен фиброзной тканью, и крепко соединен с естественными мягкими мозговыми оболочками без рубцов. Внутренняя поверхность вновь сформированных мягких мозговых оболочек на месте пересадки защищена от адгезии с мозговой тканью, при этом поверхность соответствующей мозговой ткани гладкая и защищена от адгезии с имплантатом. При этом на имплантированном участке образцов контрольных подопытных животных трансплантированный материал не начал разрушаться и имеет место некоторая адгезия на месте пересадки на внутреннюю поверхность мягких мозговых оболочек.

Пример эксперимента 2

Твердая мозговая оболочка, подготовленная в Примере 2, сейчас используется в эксперименте, проводимом на собаках. Пять собак весом 15-20 кг, в возрасте 1,5-2 лет мужского или женского пола. Они погружаются в общий наркоз путем внутримышечной инъекции кетамина. После анестезии и бритья животных помещают на операционный стол в положении на боковой части живота. Проводится дезинфекция 2% йодом и 75% этиловым спиртом. Головы животных вскрываются хирургическим путем в продольном направлении. Для отделения надкостницы от черепа используется зонд для экстирпации, при этом открывают два верхних участка черепа. Для вскрытия черепа используется высокоскоростная дрель. В верхушечной точке черепа образуются два проема, при этом две прямоугольных твердых мозговых оболочки размером 3 см×3см в верхней части головы вырезают ножницами. В конечном счете создаются повреждения верхней твердой мозговой оболочки для последующей пересадки искусственной твердой мозговой оболочки и контроля животного. На открытой поверхности мозга применяется электрокоагуляция для создания 6 поврежденных областей размером 1 мм×1 мм. Затем, искусственная твердая мозговая оболочка, изготовленная в Варианте осуществления 2, обрезается под форму и размер поврежденных участков твердой мозговой оболочки и устанавливается на поврежденный участок. Гидрофобный слой помещается на поверхности мозга, а швы для восстановления повреждения твердой мозговой оболочки собак делают из нитей 4/0 с интервалом 4 мм. Для соединения мышц используется хирургическая круглая игла и нить 4/0. В качестве контрольного подопытного животного применяется серийный клинически приемлемый восстановительный материал твердой мозговой оболочки животного происхождения. После операции собак кормят как обычно и периодически за ними наблюдают. Животные восстанавливаются хорошо, и послеоперационные швы быстро заживают. Явное истечение цереброспинальной жидкости или появление эпилепсии не обнаружено. Собаки питаются и пьют как обычно, их активность в норме без каких-либо очевидных нарушений функции движения, и они доживают до средней продолжительности жизни.

Через восемнадцать месяцев после пересадки, собак умерщвляют, и берут образец на операционном поле, который включает искусственную твердую мозговую оболочку, окружающую твердую мозговую оболочку, и часть окружающей мозговой ткани. Если внимательно рассмотреть образец, видно, что соединение между искусственной твердой мозговой оболочкой и естественной твердой мозговой оболочкой плотное и гладкое, без четкой границы, хорошо заживленное, кроме того, видно только нить. Собственная твердая мозговая оболочка не демонстрирует признаков гиперемии, кровоизлияния или других реакций отторжения. При этом результаты контроля показывают, что материал имплантанта еще не разложился, и на имплантированном участке внутренняя поверхность мягких мозговых оболочек ткани в некоторой степени прилипает к мозговой.

Пример эксперимента 3

Искусственная твердая мозговая оболочка, полученная из Примера 3, теперь используется в эксперименте, проводимом на новозеландском кролике.

Подопытным животным вскрывают череп и создают повреждение твердой мозговой оболочки и мозговой ткани хирургическим путем. Затем для восстановления повреждения используется искусственная твердая мозговая оболочка. После операции, кроликов кормят как обычно и периодически за ними наблюдают. Эти животные хорошо восстанавливаются. Через восемнадцать месяцев после пересадки кроликов умерщвляют, и берут образец на операционном поле. Образец включает искусственную - твердую мозговую оболочку, окружающую твердую мозговую оболочку, и часть окружающей мозговой ткани. Если внимательно рассмотреть образец, видно, что эпителиальные клетки покрывают внутреннюю поверхность твердой мозговой оболочки; под эпителием формируются фиброзные ткани, быстро разрастаются клетки-предшественники фибробласта, количество коллагеновых волокон увеличивается. Все это приводит к формированию новых васкуляризированных тканей, росту естественной твердой мозговой оболочки, разложению материала имплантанта, уменьшению общей массы имплантанта и образованию больших капиллярных сетей. На границе между старыми и новыми тканями реакция воспаления нейтрофильных, лимфоцитных или каких-либо других клеток не обнаружена, при этом не формируется защитная оболочка. Паутинная оболочка и мозговая ткань в норме.

Пример эксперимента 4

Твердая мозговая оболочка, полученная из Примера 4, теперь используется в эксперименте, проводимом на собаках, способ такой же, как в Примере эксперимента 2.

Через пятнадцать месяцев после пересадки собак умерщвляют, и берут образец на операционном поле. Образец включает искусственную твердую мозговую оболочку, окружающую твердую мозговую оболочку, и часть окружающей мозговой ткани. Если внимательно рассмотреть образец, видно, что соединение между искусственной твердой мозговой оболочкой и естественной твердой мозговой оболочкой плотное и гладкое, без четкой границы, полностью зажившее, и видно только нить. Естественная твердая мозговая оболочка не демонстрирует реакций гиперемии, кровоизлияния или других реакций отторжения.

Пример эксперимента 5

Твердая мозговая оболочка, полученная из Примера 5, теперь используется в эксперименте, проводимом на новозеландском кролике. В качестве восстанавливающегося материала применяется серийный клинически приемлемый продукт твердой мозговой оболочки животного происхождения.

Способ такой же как в Примере эксперимента 3. Через пятнадцать месяцев после пересадки кроликов умерщвляют и берут образец на операционном поле. Если внимательно рассмотреть образец, видно, что эпителиальные клетки покрывают внутреннюю поверхность твердой мозговой оболочки; под эпителием формируется фиброзная ткань, быстро разрастаются клетки-предшественники фибробласта, и вырабатываются коллагеновые волокна. Все это приводит к формированию новых васкуляризированных тканей, росту естественной твердой мозговой оболочки, разложению материала имплантанта, уменьшению общей массы имплантанта и образованию больших капиллярных сетей. На границе между старыми и новыми тканями реакция воспаления нейтрофильных, лимфоцитных или каких-либо других клеток не обнаружена, при этом не формируется защитная оболочка. Паутинная оболочка и мозговая ткань в норме. При этом результаты контроля показывают, что материал имплантанта еще не разложился, и на имплантированном участке внутренняя поверхность мягких мозговых оболочек ткани в некоторой степени прилипает к мозговой.

Пример эксперимента 6

Твердая мозговая оболочка, полученная из Примера 6, теперь используется в эксперименте, проводимом на собаках, способ такой же как в Примере эксперимента 2.

Через двенадцать месяцев после пересадки собак умерщвляют и берут образец на операционном поле. Образец включает искусственную твердую мозговую оболочку, окружающую твердую мозговую оболочку, и часть окружающей мозговой ткани. Если внимательно рассмотреть образец, видно, что соединение между искусственной твердой мозговой оболочкой и естественной твердой мозговой оболочкой плотное и гладкое, без четкой границы, полностью зажившее, при этом видна только нить. Естественная твердая мозговая оболочка не демонстрирует реакций гиперемии, кровоизлияния или других реакций отторжения.

Пример эксперимента 7

Твердая мозговая оболочка, полученная из Примера 7, теперь используется в эксперименте, проводимом на новозеландском кролике.

Способ такой же, как в Примере эксперимента 3. Через двенадцать месяцев после пересадки кроликов умерщвляют, и берут образец на операционном поле. Если внимательно рассмотреть образец, видно, что эпителиальные клетки покрывают внутреннюю поверхность твердой мозговой оболочки; под эпителием формируется фиброзная ткань, быстро разрастаются клетки-предшественники фибробласта, и увеличивается количество коллагеновых волокон. Все это приводит к формированию новых васкуляризированных тканей, росту естественной твердой мозговой оболочки, разложению материала имплантанта, уменьшению общей массы имплантанта и образованию больших капиллярных сетей. На границе между старыми и новыми тканями реакция воспаления нейтрофильных, лимфоцитных или каких-либо других клеток не обнаружена, и защитная оболочка не формируется. Паутинная оболочка и мозговая ткань в норме.

Независимо от представленных и описанных выше вариантов осуществления настоящего изобретения, специалист, квалифицированный в данной области техники, может, не отступая от принципов и теории, изменить, модифицировать и заменить данные варианты осуществления настоящего изобретения согласно указаниям в объеме изобретения и пунктах формулы.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой искусственную твердую мозговую оболочку, изготовленную из электропряденых слоев при помощи технологии электропрядения, при этом электропряденый слой, состоит, по крайней мере, из гидрофобного электропряденого слоя, который изготовлен из одного или нескольких гидрофобных полимеров, выбранных из полимолочной кислоты и поликапролактона. Изобретение обеспечивает создание искусственной твердой мозговой оболочки, обладающей хорошей тканевой совместимостью, антиадгезионностью, возможностью введения лекарственных средств, предотвращения вытекания спинномозговой жидкости во время регенерации собственной твердой мозговой оболочки человека. 2 н.п., 28 з.п. ф-лы, 7 пр. 11 ил.

1. Искусственная твердая мозговая оболочка, изготовленная из электропряденых слоев при помощи технологии электропрядения, при этом вышеупомянутый электропряденый слой состоит, по крайней мере, из гидрофобного электропряденого слоя, который изготовлен из одного или нескольких гидрофобных полимеров, выбранных из полимолочной кислоты и поликапролактона.

2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что она включает, по крайней мере, гидрофильный электропряденый слой, расположенный на указанном гидрофобном электропряденом слое.

3. Оболочка по п.2, отличающаяся тем, что вышеупомянутый гидрофильный электропряденый слой изготовлен методом, включающим электропрядение с использованием одного или нескольких гидрофобных полимеров, выбранных из группы, состоящей из хондроитин сульфата, гепарина, агара, глюкана, альгина, модифицированной целлюлозы, альгината натрия, крахмала, целлюлозы, желатина, фибриногена, протеина шелка, полимер-пептида имитации эластина, коллагена, хитозана, модифицированного хитозана, гидрофильного полиуретана, полиэтиленгликоля, полиметилметакрилата, гидроксибутират со-гидроксивалерата, РНВННх (полигидроксибутират-со-гидроксигексаноат), поливинилалкоголя, полилактида и их смесей.

4. Оболочка по п.2, отличающаяся тем, что она включает переходный слой, расположенный между гидрофобным и гидрофильным электропрядеными слоями.

5. Оболочка по п.4, отличающаяся тем, что вышеупомянутый переходный слой изготовлен методом, включающим электропрядение с использованием одного или нескольких гидрофобных полимеров, при этом вышеупомянутый переходный слой обладает гидрофильностью, которая постепенно возрастает от стороны, ближайшей к вышеупомянутому гидрофобному электропряденому слою, к стороне, ближайшей к вышеупомянутому гидрофильному электропряденому слою.

6. Оболочка по любому из пп.3 или 5, отличающаяся тем, что вышеупомянутые полимеры смешаны с цитокином и/или лекарственным средством.

7. Оболочка по любому из пп.1 или 6, отличающаяся тем, что дополнительно включает цитокин и/или лекарственное средство, которые прилипают к вышеупомянутому гидрофобному электропряденому слою и/или вышеупомянутому гидрофильному электропряденому слою.

8. Оболочка по п.7, отличающаяся тем, что вышеупомянутый цитокин выбран из группы, состоящей из интерлейкина, колониестимулирующего фактора, фактора некроза опухоли, тромбоцитарного фактора роста, основного фактора роста фибробластов и их комбинаций.

9. Оболочка по п.7, отличающаяся тем, что вышеупомянутое лекарственное средство является одним или несколькими, выбранными из группы, состоящей из антибиотиков, кровоостанавливающих средств, антиадгезионных веществ и противоопухолевых препаратов.

10. Оболочка по п.7, отличающаяся тем, что вышеупомянутый цитокин и/или лекарственное средство вводятся в гидрогель.

11. Оболочка по п.7, отличающаяся тем, что вышеупомянутый гидрогель состоит из одного или нескольких веществ, выбранных из группы, состоящей из полисахаридного полимера, полипептидного полимера и синтетического гидрофильного высокомолекулярного полимера.

12. Оболочка по любому из пп.1, 2 или 4, отличающаяся тем, что вышеупомянутый гидрофобный электропряденый слой состоит из волокна диаметром 50-1000 нм.

13. Оболочка по п.12, отличающаяся тем, что вышеупомянутый гидрофобный электропряденый слой состоит из пор, размер которых меньше 3 мкм.

14. Оболочка по п.2 или 4, отличающаяся тем, что вышеупомянутый гидрофильный электропряденый слой состоит из волокна диаметром 5-200 мкм и размером пор 20-200 мкм.

15. Способ изготовления искусственной твердой мозговой оболочки, включающий следующие этапы:
a) растворение гидрофобного полимера в растворителе в целях получения гидрофобного раствора для электропрядения, при этом вышеупомянутый гидрофобный полимер выбран из группы, состоящей из гидрофобного алифатического полиэфира, полиэфир-эфирного сополимера, полиортоэфира, полиуретана, полиангидрида, полифосфазена, полиаминокислоты, сополимеров и их смесей,
b) изготовление путем электропрядения гидрофобного электропряденого слоя типа пленки из вышеупомянутого гидрофобного раствора для электропрядения с изготовлением, таким образом, вышеупомянутой искусственной твердой мозговой оболочки.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что вышеупомянутый гидрофобный алифатический полиэфир является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полимолочной кислоты, полигликолида, поликапролактона и полигидроксибутирата.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что вышеупомянутый полиэфир-эфирный сополимер является, по крайней мере, одним веществом, выбранным из группы, состоящей из полидиоксанона, сополимера гликоль/молочной кислоты и сополимера полибутилен терефталата/гликоля.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что вышеупомянутый гидрофобный электропряденый слой состоит из волокна диаметром 50-1000 нм.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что вышеупомянутый гидрофобный электропряденый слой состоит из пор, размер которых менее 3 мкм.

20. Способ по п.15, отличающийся тем, что на этапе b) вышеупомянутое электропрядение выполняется с помощью микровпрыскивающего насоса, работающего с производительностью 0,1-5,0 мл/ч, генератора высокого напряжения, работающего с напряжением 5-40 кВ, и с расстоянием подачи 5,0-30,0 см.

21. Способ по п.15, отличающийся тем, что он дополнительно включает создание гидрофильного электропряденого слоя на вышеупомянутом гидрофобном электропряденом слое, который включает следующие этапы:
а') растворение гидрофильного полимера в растворителе в целях получения гидрофильного раствора для электропрядения, при этом вышеупомянутый гидрофильный полимер выбран из группы, состоящей из хондроитин сульфата, гепарина, агара, глюкана, альгина, модифицированной целлюлозы, альгината натрия, крахмала, целлюлозы, желатина, фибриногена, протеина шелка, полимер-пептида имитации эластина, коллагена, хитозана, модифицированного хитозана, гидрофильного полиуретана, полиэтиленгликоля, полиметилметакрилата, гидроксибутират со-гидроксивалерата, РНВННх (полигидроксибутират-со-гидроксигексаноат), поливинилалкоголя, полилактида и их смесей;
b') размещение путем электропрядения вышеупомянутого гидрофильного раствора для электропрядения на вышеупомянутом гидрофобном электропряденом слое для формирования вышеупомянутого гидрофильного электропряденого слоя.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что вышеупомянутый гидрофильный электропряденый слой состоит из волокна диаметром 5-200 мкм и пор, размер которых 20-200 мкм.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что на этапе b') вышеупомянутое электропрядение выполняют с помощью микровпрыскивающего насоса, работающего с производительностью 0,1-20,0 мл/ч, генератора высокого напряжения, работающего с напряжением 10-45 кВ, и с расстоянием подачи 5,0-30,0 см.

24. Способ по п.15 или 21, отличающийся тем, что вышеупомянутый растворитель выбран из группы, состоящей из метановой кислоты, уксусной кислоты, ацетона, диметилформамида, диметилацетамида, дигидрофурана, диметилсульфоксида, гексафторизопропилового спирта, трифторэтилового спирта, дихлорметана, трихлорметана, метилового спирта, этилового спирта, диоксана, трифторэтана и их смесей.

25. Способ по п.21, отличающийся тем, что он дополнительно включает до изготовления вышеупомянутого гидрофильного электропряденого слоя создание переходного слоя путем электропрядения соответствующих электропряденых растворов, состоящих из одного или нескольких полимеров между вышеупомянутым гидрофильным и гидрофобным слоями, при этом вышеупомянутый переходный слой обладает гидрофильностью, которая постепенно возрастает со стороны, ближайшей к вышеупомянутому гидрофильному электропряденому слою, к стороне, ближайшей к вышеупомянутому гидрофобному электропряденому слою.

26. Способ по любому из пп.15, 21 или 25, отличающийся тем, что вышеупомянутый раствор полимера для электропрядения также состоит из цитокина и/или лекарственного средства.

27. Способ по п.15 или 21, отличающийся тем, что он дополнительно включает распределение при помощи биопечати цитокина и/или лекарственного средства на вышеупомянутом гидрофобном электропряденом слое и/или вышеупомянутом гидрофильном электропряденом слое.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что вышеупомянутая биопечать включает следующие этапы:
a'') смешивание раствора гидрогеля с вышеупомянутым цитокином и/или лекарственным средством для создания раствора; и
b'') печать вышеупомянутого раствора на вышеупомянутом гидрофобном и/или гидрофильном электропряденых слоях при помощи технологии биопечати.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что он дополнительно включает предварительную обработку вышеупомянутого гидрофобного и/или гидрофильного электропряденого слоев раствором, состоящим из перекрестносшивающего агента, до биопечати.

30. Способ по п.28, отличающийся тем, что вышеупомянутый раствор гидрогеля состоит из полисахаридного полимера, полипептидного полимера, синтетического гидрофильного высокомолекулярного полимера или их смесей.