Способ повышения гемосовместимости изделий медицинского назначения Российский патент 2023 года по МПК C08B37/10 C07K14/765 C08K5/07 A61L33/10 

Изобретение относится к области медицины, а именно к медицинской технике, может быть использовано для повышения гемосовместимости полимерных изделий медицинского назначения, предназначенных для контакта с кровью.

Изобретение предназначено для использования в сердечнососудистой хирургии, как способ повышения гемосовместимости протезов сосудов, клапанов сердца, магистралей аппаратов искусственного кровообращения.

Известен способ ионного присоединения гепарина к поверхности полимеров [RU 2679615, С1]. Однако органические аминосодержащие соединения, применяемые для ионной иммобилизации гепарина, цитотоксичны, а присоединенный посредством ионной связи гепарин склонен к вымыванию и время его функционирования недостаточно, для обеспечения долговременного эффекта.

Известны способы ковалентной иммобилизации гепарина, обеспечивающие прочное, долговременное связывание гепарина с поверхностью [Biran R, Pond D. Heparin coatings for improving blood compatibility of medical devices. Adv Drug Deliv Rev. 2017 Mar; 112:12-23. doi: 10.1016/j.addr.2016.12.002]. Однако поверхность большинства медицинских полимеров не имеет достаточного количества функциональных химических групп и требует дополнительной обработки для формирования на их поверхности дополнительных функциональных химических групп, пригодных для ковалентной иммобилизации гепарина.

Известны физические способы генерации функциональных химических групп на поверхности полимеров с применением ультрафиолетового излучения [Inam Ul Ahad, Bartnik A, Fiedorowicz H, Kostecki J, Korczyc B, Ciach T, Brabazon D. Surface modification of polymers for biocompatibility via exposure to extreme ultraviolet radiation. J Biomed Mater Res A. 2014 Sep;102(9):3298-310. doi: 10.1002/jbm.a.34958], плазмы с добавлением аммиака для генерации аминогрупп [Huang F, Hsieh YF, Qiu X, Patel S, Li S. Engineering the Composition of Microfibers to Enhance the Remodeling of a Cell-Free Vascular Graft. Nanomaterials (Basel). 2021 Jun 20;11(6): 1613. doi: 10.3390/nanol 1061613], а также с добавлением кислорода [Mi HY, Jing X, Thomsom JA, Turng LS. Promoting Endothelial Cell Affinity and Antithrombogenicity of Polytetrafluoroethylene (PTFE) by Mussel-Inspired Modification and RGD/Heparin Grafting. J Mater Chem B. 2018 Jun 7;6:3475-3485. doi: 10.1039/C8TB00654G] для генерации гидроксильных и карбоксильных групп.

Известны химические способы генерации функциональных химических групп на поверхности полимеров за счет аминолиза [Guo J, Li К, Ning С, Liu X. Improved cellular bioactivity by heparin immobilization on polycarbonate film via an aminolysis modification for potential tendon repair. Int J Biol Macromol. 2020 Jan 1; 142:835-845. doi: 10.1016/j.jjbiomac.2019.09], a также обработки растворами окислителей [Р.С.Caracciolo, P. Diaz-Rodriguez, I. Ardao, D. Moreira, F. Montini-Ballarin, G.A. Abraham, A. Concheiro, C. Alvarez-Lorenzo Evaluation of human umbilical vein endothelial cells growth onto heparin-modified electrospun vascular grafts, Int. J. Biol. Macromol., 2021, Vol.179, P. 567-575. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.03.008].

Важным недостатком физических и химических методов обогащения поверхности полимеров функциональными химическими группами является невозможность одновременной обработки изделий сложной формы, состоящих из различных по составу материалов.

Этих недостатка лишена группа методов, основанных на способности белков плазмы крови образовывать необратимо адсорбированный слой на поверхности большинства медицинских полимеров, что позволяет обрабатывать изделия сложной формы, состоящие из материалов различного состава. Кроме того, молекула альбумина обладает широким набором функциональных групп, которые могут быть использованы для ковалентного связывания гепарина.

Известен способ формирования ковалентного коньюгата альбумина и гепарина, который может быть адсорбирован на поверхности полимеров [Hennink WE, Kim SW, Feijen J. Inhibition of surface induced coagulation by preadsorption of albumin-heparin conjugates. J Biomed Mater Res. 1984, Vol.18, pp.911-26. doi: 10.1002/jbm.820180806]. Недостатком этого способа иммобилизации гепарина является недостаточная прочность связывания конъюгата с поверхностью, поэтому данное модифицирующее покрытие нуждается в дополнительной ковалентной сшивке.

Наиболее близким к предлагаемому (прототип) является способ получения гепаринизированнх полимерных изделий, путем их последовательной обработки белком, гепарином и сшивки глутаровым альдегидом (ГА) [SU 1097336, А].

Недостатками указанного способа являются относительно высокая степень активации тромбоцитов человека, адгезированных на поверхности обработанных полимеров, высокие концентрации альбумина, гепарина и токсичного сшивающего агента - глутарового альдегида (ГА), а также использование белков, выделенных из крови человека.

Техническая проблема, решаемая с помощью заявляемого изобретения, заключается в повышении гемосовместимости полимерных изделий медицинского назначения, предназначенных для контакта с кровью.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в:

- повышении гемосовместимости изделий медицинского назначения из полимеров за счет снижения степени активации адгезированных тромбоцитов и увеличения количества иммобилизованного на их поверхности гепарина;

- обеспечении возможности одновременной обработки изделий сложной формы, состоящих из различных по составу материалов;

- профилактике осложнений, связанных с воздействием на полимерные изделия агрессивных веществ, путем снижения в 5 раз концентрации токсичного ГА в растворе при обработке поверхности полимера;

исключении осложнений, связанных с необходимостью использования препаратов крови человека за счет замены белка крови человека (сывороточного альбумина человека) на бычий сывороточный альбумин;

- снижении более чем в 2 раза концентрации альбумина в растворе при обработке поверхности полимера,

- снижении в 10 раз концентрации гепарина в растворе при обработке поверхности полимера,

- расширении арсенала гемосовместимых медицинских изделий, на поверхность которых может быть нанесено предлагаемое покрытие, за счет расширения диапазона температурного режима, необходимого для сшивки ГА.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения гемосовместимости полимерного изделия медицинского назначения, предназначенного для контакта с кровью, сначала проводят термическую денатурацию бычьего сывороточного альбумина. Для чего инкубируют 0,1-1,0% водный раствор бычьего сывороточного альбумина при температуре 65°С в течение 1,5 часов. Затем обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации при температуре 30-40°С в течение 1,0-2,5 часов в полученном растворе термически денатурированного бычьего сывороточного альбумина (ТДА). После чего осуществляют трехкратную промывку изделия дистиллированной водой. Затем обрабатывают медицинское изделие при температуре 30-40°С в течение 1-1,5 часов путем его инкубации в водном растворе гепарина. При этом концентрация гепарина в водном растворе составляет 40-200 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является гладкой, и 300-500 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является пористой. После чего осуществляют трехкратную промыву изделия дистиллированной водой. Далее обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в 0,2-0,4% водном растворе ГА при температуре 50-60°С в течение 30-50 минут или при температуре 20-25°С в течение 15-20 часов. После чего осуществляют трехкратную промывку медицинского изделия дистиллированной водой.

Способ осуществляется следующим образом:

Сначала производилась необратимая термическая денатурация бычьего сывороточного альбумина инкубацией 0,1-1,0%) водного раствора данного белка при 65°С в течение 1,5 часов с получением ТДА. Выбор температуры обработки определяется тем, что при температуре менее 50°С денатурация не идет, в интервале 50-60°С имеет место обратимая денатурация, а при температуре более 70°С наблюдается образование геля.

Затем производили последовательную обработку поверхности медицинских полимерных изделий путем их инкубации:

1. в ТДА при температуре 30-40°С в течение 1,0-2,5 часов, после чего осуществляли трехкратную промывку дистиллированной водой;

2. в водном растворе гепарина в концентрации 40-200 ед/мл в случае не пористых (гладких) образцов и 300-500 ед/мл для пористых образцов при 30-40°С в течение 1-1,5 часов, после чего осуществляли трехкратную промывку дистиллированной водой;

3. в 0,2-0,4%) водном растворе ГА при 50-60°С в течение 30-50 минут или при температуре 20-25°С в течение 15-20 часов; причем последний вариант предпочтителен в случае материалов, нагрев которых до 50°С и более нежелателен, после чего осуществляли трехкратную промывку дистиллированной водой.

Предлагаемым способом возможна обработка как двумерных поверхностей в виде пленок, так и изделий сложной формы в виде трубок, например, магистралей систем экстракорпорального кровообращения, катетеров, мешков, например, емкостей для хранения крови, пористых изделий, например, протезов кровеносных сосудов или мембран для гемодиализа или оксигенаторов крови, и т.д., а также сложных медицинских изделий, включающих две или более компоненты, состоящие из различных полимеров и отличающихся как формой, так и размерами.

Пример 1.

Образец в виде пленки из политетрафторэтилена погружают в 1,0%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 1 ч при 40°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1 час при 40°С раствором гепарина в концентрации 200 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,2%-ным водным раствором ГА при 60°С в течение 30 мин, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.

Пример 2. Образец в виде трубки из поливинилхлорида погружают в 0,1%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 ч при 30°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1,5 час при 30°С раствором гепарина в концентрации 40 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,2%-ным водным раствором ГА при 25°С в течение 15 часов, окончательно промывают дистиллированной водой и сушат при 37°С.

Пример 3. Катетер из полиэтилена погружают в 0,1%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 часа при 40°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1 час при 40°С раствором гепарина в концентрации 200 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,4%-ным водным раствором ГА при 50°С в течение 50 мин, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.

Пример 4. Образец сосудистого протеза из поликапролактона погружают в 1,0%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 часа при 30°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1,5 часа при 30°С раствором гепарина в концентрации 500 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,4%-ным водным раствором ГА при 20°С в течение 20 часов, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.

Пример 5. Образец сосудистого протеза из полиэтилентерефталата погружают в 1,0%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 часа при 30°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1,5 часа при 30°С раствором гепарина в концентрации 300 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,4%-ным водным раствором ГА при 20°С в течение 20 часов, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.

Всего с помощью предлагаемого способа было обработано 60 образцов, с помощью способа-прототипа способа было обработано также 60 образцов.

Общую концентрацию иммобилизованного гепарина определяли спектрофотометрическим методом по связыванию красителя - толлуидинового синего (ТС). Падение концентрации ТС в результате контакта с гепаринизированными образцами оценивали по изменению оптической плотности раствора красителя (λ=627 нм). Инкубацию гепаринизированных образцов в растворе красителя осуществляли в течение 40 минут при комнатной температуре, затем исследуемый образец удаляли и регистрировали падение концентрации ТС в растворе. Концентрацию иммобилизованного гепарина рассчитывали согласно предварительно построенной калибровочной кривой.

Активацию тромбоцитов исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии после инкубации исследуемых образцов с тромбоцитарной плазмой человека в условиях in vitro. Для проведения количественного анализа на поверхности каждого из образцов произвольным образом выбирали 25 полей размером 55x80 мкм (увеличение х1500). В каждом поле вели подсчет общего числа адгезированных тромбоцитов, а также их активированных форм. Степень активации тромбоцитов определяли как отношение количества активированных тромбоцитов (клетки с псевдоподиями, полностью распластанные или агрегаты клеток) к суммарному количеству клеток всех типов, адгезированных на поверхности образца. Чем меньше степень активации тромбоцитов, тем выше гемосовместимость исследуемого материала.

В таблице 1 представлены данные о количестве гепарина (мкг/см2), иммобилизованного на поверхности медицинских полимеров различного состава, обработанных в соответствии с предлагаемым способом и способом-прототипом.

В таблице 2 представлены данные о степени активации тромбоцитов на поверхности модифицированных полимеров, обработанных в соответствии с предлагаемым способом и способом-прототипом.

Как следует из таблиц, при обработке изделий предлагаемым способом количество иммобилизованного гепарина оказывается выше (Табл. 1), а степень активации тромбоцитов - ниже (Табл. 2), по сравнению с обработкой согласно способу-прототипу, что обеспечивает увеличение времени действия антикоагулянтного покрытия и повышение гемосовместимых свойств, соответственно.

Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с прототипом является повышение количества иммобилизованного гепарина, а также повышение гемосовмесимости за счет снижение степени активации тромбоцитов человека при сравнимом количестве адгезированных клеток.

Изобретение относится к области химии и медицины, а именно к способу повышения гемосовместимости полимерного изделия медицинского назначения, предназначенного для контакта с кровью, включающему иммобилизацию гепарина на его поверхности, отличающемуся тем, что проводят термическую денатурацию бычьего сывороточного альбумина в его водном растворе; затем обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в полученном растворе, после чего осуществляют промывку изделия; затем обрабатывают медицинское изделие путем его инкубации в водном растворе гепарина; после чего осуществляют промывку изделия; далее обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в водном растворе глутарового альдегида, после чего осуществляют промывку медицинского изделия. Технический результат заключается в повышении гемосовместимости изделий медицинского назначения из полимеров за счет снижения степени активации адгезированных тромбоцитов и увеличения количества иммобилизованного на их поверхности гепарина; профилактике осложнений, связанных с воздействием на полимерные изделия агрессивных веществ, путем снижения концентрации глутарового альдегида в растворе при обработке поверхности полимера; отсутствии необходимости использования препаратов крови человека. 2 табл., 5 пр.

Способ повышения гемосовместимости полимерного изделия медицинского назначения, предназначенного для контакта с кровью, включающий иммобилизацию гепарина на его поверхности путем последовательной обработки изделия растворами альбумина, гепарина, глутарового альдегида, отличающийся тем, что сначала проводят термическую денатурацию бычьего сывороточного альбумина, для чего инкубируют 0,1-1,0% водный раствор бычьего сывороточного альбумина при температуре 65°С в течение 1,5 часов; затем обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации при температуре 30-40°С в течение 1,0-2,5 часов в полученном растворе термически денатурированного бычьего сывороточного альбумина, после чего осуществляют трехкратную промывку изделия дистиллированной водой; затем обрабатывают медицинское изделие при температуре 30-40°С в течение 1-1,5 часов путем его инкубации в водном растворе гепарина при концентрации гепарина 40-200 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является гладкой, и при концентрации гепарина 300-500 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является пористой; после чего осуществляют трехкратную промывку изделия дистиллированной водой; далее обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в 0,2-0,4% водном растворе глутарового альдегида при температуре 50-60°С в течение 30-50 минут или при температуре 20-25°С в течение 15-20 часов, после чего осуществляют трехкратную промывку медицинского изделия дистиллированной водой.