Способ формирования наноструктурированных композитных материалов Российский патент 2021 года по МПК A61L27/24 A61L27/26 B82B3/00 A61F2/30 C08J5/18 B82Y40/00 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для изготовления биорезорбируемого имплантата, предназначенного для пластики дефектов суставного хряща.

Восстановление дефектов хрящевой ткани суставов на сегодня является актуальной задачей современной ортопедии. Форма хрящевых дефектов и поверхности кости варьируется от пациента к пациенту и требует гибкости имплантата, его эластичности для лечения большего числа клинических случаев. Неполное закрытие поверхности дефекта хряща часто приводит к рецидиву и обострению патологии. Используемые в данной области медицины материалы не обладают требуемыми физическими свойствами, а их использование для восстановления дефектов хрящевой ткани суставов отличаются сложностью применения и требуют больших трудозатрат при хирургических операциях.

Известен способ изготовления биотрансплантата для восстановления дефектов хрящевой ткани суставов, выполненного из биосовместимого волокнистого материала в виде пластины, методом электроспиннинга из растворов синтетических полимеров или их смеси с природными полимерами, с толщиной 50÷500 мкм, имеющей поры с диаметром 5÷40 мкм. При изготовлении биотрансплантата природный полимер вводят в раствор синтетического полимера в количестве 0,05-10,0% от массы синтетического полимера (RU 2593011 C1 , опуб. 27.07.2016).

Основным недостатком известного способа являются низкие механические характеристики биотрансплантата, выражающиеся в недостаточной эластичности. Данный трансплантат состоит из нановолокон имеющих вид цилиндров. При растяжении и попытке удлинения более чем на 20% трансплантат разрушается. Данный недостаток не позволяет закрывать участки пораженного хряща произвольной формы. Зачастую, хирургу приходится удалять неповрежденные участки хрящевой ткани для придания дефекту более удобной геометрической формы. В противном случае, возможны “нестыковки” имплантата и дефекта, приводящие к рецидивам и осложнениям.

Технической проблемой изобретения является создание биотрансплантата, позволяющего закрывать участки хряща произвольной формы и не разрушающегося при значительном растяжении.

Технический результат, позволяющий решить эту проблему, заключается в повышении эластичности получаемого биотрансплантата.

Технический результат достигается способом формирования наноструктурированного композитного материала биорезорбируемой мембраны, заключающимся в том, что осуществляют электрораспыление раствора, содержащего смесь синтетического и природного полимеров, с получением мембраны, состоящей из нановолокон, отличающийся тем, что в качестве синтетического и природного полимеров используют полилактид и коллаген в следующем соотношении, мас.%:

полилактид 45-55 коллаген 45-55,

при этом полученная мембрана состоит из нановолокон, имеющих форму нанолент.

Технический результат также достигается биорезорбируемой мембраной из нановолокон, состоящих из смеси синтетического и природного полимеров, в которой синтетический и природный полимеры представляют собой полилактид и коллаген в следующем соотношении, мас.%:

полилактид 45-55 коллаген 45-55,

а нановолокна имеют форму нанолент.

При таком соотношении компонентов белковой и синтетической компонент при распылении раствора с помощью электроспиннинга получаются нановолокна, имеющие форму нанолент толщиной до 1 мкм. Данное обстоятельство приводит к существенному улучшению эластичности получаемой пленки. При растяжении данного имплантата на 100% от первоначального размера, разрушения не происходит, в то время как полилактидная мембрана с коллагеном или желатином в меньших пропорциях (в примере 8:2) удлиняется без разрушения только на 10%. Такой новый неожиданный технический результат, не очевидный из известного уровня техники, дает преимущества данной мембраны при закрытии сложных костных дефектов, где требуется эластичность и растяжение без разрушения.

Изобретение иллюстрируется чертежом и фотографиями.

На фиг. 1 представлена установка электроспиннинга для осуществления предложенного способа.

На фиг. 2 изображение мембраны, полученное методом сканирующей электронной микроскопии.

На фиг. 3 - фотографии, иллюстрирующие растяжение мембраны, полученной предложенным способом: слева мембрана в исходном состоянии, справа после ее растяжения.

На фиг. 4 - фотографии, иллюстрирующие растяжение мембраны, полученной известным способом по прототипу: слева мембрана в исходном состоянии, справа после ее растяжения.

Пример.

Для изготовления трансплантата (мембраны) брали раствор смеси полилактида и коллагена, взятых в массовом соотношении 1:1, концентрацией 100 мг/мл в 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропаноле-2.

Установка электроспиннинга (фиг. 1) состояла шприцевого насоса 1 из двух высоковольтных блоков 2 и 3 питания с напряжением +50 кВ и – 20 кВ, и алюминиевого коллектора 4. Положительное напряжение подавали на иглу шприца насоса 1, отрицательное – на коллектор 4. Электрораспыление осуществлялось из иглы с внутренним диаметром 0,8 мм. Расстояние до коллектора составляло 35 см, напряжение между электродами – 60 кВ. После изготовления матриксы оставляли под тягой на 24 часа для полного удаления растворителя. После формирования пленку разрезали на куски размером 25Х25 мм. Упакованные образцы стерилизовались методом радиационного облучения в соответствии с ГОСТ ISO 11137-1. Доза облучения составляла от 15 кГр до 25 кГр.

Образцы пленок исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа Merlin (Zeiss, Oberkochen, Germany). Ускоряющее напряжение составляло 1 кВ, ток эмиссии – 90 пА. Использовался детектор вторичных электронов HE-SE2. Типовое СЭМ-изображение мембраны представлено на фиг. 2, на котором видно, что нановолокна имеют форму нанолент.

Для сравнения физических свойств полученной мембраны из нанолент сравнили способность к растяжению её и мембраны из нановолокон. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны эти мембраны до и после растяжения.

Эксперименты показали, что при отклонении массового соотношения полилактида и коллагена от 1:1 на ±5 мас.% также достигается структура нановолокон в виде нанолент и способность мембраны к растяжению.

Изобретение относится к медицине и раскрывает способ формирования наноструктурированного композитного материала биорезорбируемой мембраны. Способ заключается в том, что осуществляют электрораспыление раствора, содержащего смесь синтетического и природного полимеров, а именно полилактида и коллагена, в следующем соотношении, мас.%: полилактид 45-55, коллаген 45-55, с получением мембраны, состоящей из нановолокон, имеющих форму нанолент. Изобретение обеспечивает возможность растяжения мембраны на 100% без ее разрушения, что является важным для закрытия поврежденных участков хрящевой ткани и может быть использовано для изготовления биорезорбируемого имплантата, предназначенного для пластики дефектов суставного хряща. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Способ формирования наноструктурированного композитного материала биорезорбируемой мембраны, заключающийся в том, что осуществляют электрораспыление раствора, содержащего смесь синтетического и природного полимеров, с получением мембраны, состоящей из нановолокон, отличающийся тем, что в качестве синтетического и природного полимеров используют полилактид и коллаген в следующем соотношении, мас.%:

Полилактид 45-55 Коллаген 45-55,

при этом полученная мембрана состоит из нановолокон, имеющих форму нанолент.

2. Биорезорбируемая мембрана из нановолокон, состоящих из смеси синтетического и природного полимеров, отличающаяся тем, что синтетический и природный полимеры представляют собой полилактид и коллаген в следующем соотношении, мас.%:

Полилактид 45-55 Коллаген 45-55,

при этом нановолокна имеют форму нанолент.