Способ получения композиции термопластичных биосовместимых и биодеградируемых привитых сополимеров на основе хитозана и полилактида Российский патент 2024 года по МПК C08L5/08 C08L67/04 C08B37/08 C08F251/00 

Настоящее изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, касается вариантов состава термопластичных привитых композиций на основе L-лактида и хитозана, которые могут быть применены в регенеративной медицине как композиция для 3D печати имплантатов для костного замещения.

Данное изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, точнее к термопластичным биосовместимым биодеградируемым привитым композициям хитозана с L-лактидом. Полученная композиция обладает различными механическими и термопластическими свойствами в зависимости от соотношений компонентов.

Изобретение может быть применено в медицине, ветеринарии, фармакологии, биотехнологии. Заявляемые термопластичные биосовместимые биодеградируемые привитые композиции предназначены для использования в изделиях медико-биологического назначения, например, в качестве исходной композиции, из которой возможно напечатать костнозамещающие имплантаты для регенерации поврежденных твердых тканей.

Хитозан, является природным катионный полисахарид, широко используется благодаря своей биосовместимости, биологической активности, биоразлагаемости, низкому иммунному ответу, антимикробным и ранозаживляющим свойства, обеспечивает высокую клеточную адгезию благодаря сходству с гликозаминогликанами, которые составляют основу костного внеклеточного матрикса и способствует пролиферации остеобластных и мезенхимальных клеточных линий, а также стимулирует неоваскуляризацию, усиливая формирование функциональной кости in vivo.

Однако использование хитозана в тканевой инженерии ограничено его невысокой прочностью и нерастворимостью в водных некислых и органических средах. Для улучшения его технологичности и физико-химических свойств предлагается объединение с полилактидом, хиральным полимером, который существует в виде стереоизомеров L и D: поли (l-лактид) и поли (d-лактид). Полилактид - это термопластичный полиэфир, получаемый с использованием мономеров из возобновляемых источников. Он характеризуется биоразлагаемостью, нетоксичностью, имеет высокие механические характеристики и удобен в обработке. Более того, полилактид во многих странах одобрен для клинического применения. Необходимо отметить, что чистый полилактид используется для биомедицинских применений, однако он не обеспечивает клеточной адгезии, не способствует росту клеток фибробластов, а так же при ферментативном разложении дает молочную кислоту, что вызывает воспалительные процессы в организме.

Комбинация хитозана и полилактида позволяет получить многофункциональный биоматериал с улучшенными свойствами, сочетающий в себе механическую прочность полилактида с биосовместимостью хитозана, при этом простой и удобный в обработке.

Удобным способом обработки полилактида в медицинских применениях является экструдирование, позволяющее использовать метод 3D печати для формования изделий из него. Для того, чтобы таким же способом можно было обрабатывать и сополимер хитозана с полилактидом, он должен быть термопластичным. При этом полилактид является термопластичным, а хитозан не является термопластичным. Возможно экструдировать смесь, содержащую до 4 мас. % хитозана в качестве наполнителя, однако такое низкое содержание хитозана не имеет смысла, так как в таком количестве он не способен усилить биосовместимость полилактида. Таким образом необходимо получить композицию, содержащую значительное (до 50 мас. %) количество хитозана, который будет обладать свойством термопластичности, то есть который можно будет экструдировать.

В последнее время немало сведений об успешной сополимеризации L-лактида с хитозаном для получения привитого сополимера хитозана с полилактидом. Однако до сих пор не удалось получить привитой сополимер, обладающий свойством термопластичности, содержащий при этом значительную долю хитозана.

В исследовании (Li W., Sun Q., Mu B., Luo G., Xu H., Yang Y. Poly(l-lactic acid) bio-composites reinforced by oligo(d-lactic acid) grafted chitosan for simultaneously improved ductility, strength and modulus//International Journal of Biological Macromolecules,  2019,  Vol. 131,  P. 495-504.) олиго (D-лактид) был привит к хитозану для усиления полилактидной матрицы. Использование D-лактида приводит к снижению прочности продукта прививки, по сравнению с прививкой L-лактида, в результате чего он не может быть использован самостоятельно, без поддерживающей полилактидной матрицы. Исследователи использовали катализатор на основе октоата олова. Несмотря на то, что это стандартный катализатор для полимеризации с раскрытием цикла, сейчас есть более продвинутые катализаторы на основе титана, которые и были использованы в нашей работе. Катализаторы на основе титана имеют повышенную термическую стабильность по сравнению с катализаторами на основе олова, в результате чего предпочтительнее использование катализаторов на основе титана в процессах, требующих длительной термической обработки, так как менее вероятно, что катализатор разложится или потеряет активность из-за нагрева. Исследователи сообщают, что процесс сополимеризации успешно завершается спустя 18 часов после начала реакции. В нашей работе удалось сократить время сополимеризации до 16 часов, что существенно для экономии ресурсов на нагревание системы и поддержание атмосферы инертного газа даже в условиях лаборатории, а тем более при масштабировании на производстве. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Wu Y., Zheng Y., Yang W., Wang C., Hu J., Fu S. Synthesis and characterization of a novel amphiphilic chitosan/polylactide graft copolymer//Carbohydrate Polymers,  2005,  Vol. 59,  Synthesis and characterization of a novel amphiphilic chitosan,  No. 2,  P. 165-171.) была проведена сополимеризация D,L-лактида с водорастворимым хитозаном. Таким образом, способ получения привитого сополимера, использованный исследователями, не подходит для обычного хитозана. При этом перевод хитозана в водорастворимую форму сопряжен со значительными энергозатратами, и неэффективен, особенно на промышленном производстве. Кроме того, в исследовании в качестве катализатора взаимодействия хитозана с лактидом используется триэтиламин, а реакция полимеризации лактида никак не катализируется. В результате получаются крайне короткие цепи ди- и тримеризованного лактида. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Демина Т. С., Владимиров Л. В., Акопова Т. А., Зеленецкий А. Н. Твердофазная сополимеризация l,d-лактида с хитозаном / Демина Т. С. и др. - 2013. - C. 631-637.) предлагается метод совмещения хитозана с лактидом с помощью твердофазной сополимеризации. Применение этого метода требует нагревания хитозана до температуры 120°С, что с точки зрения промышленного производства ведет к удорожанию продукта по сравнению с нашей методикой, в которой происходит нагревание до 100°С. Так же с экономической точки зрения увеличение масштабов твердофазной сополимеризации сложнее и дороже, чем увеличение масштабов сополимеризации в растворе. Для поддержания того же уровня контроля и качества продукции требуется специальное дорогостоящее оборудование. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Tian Y., Zeng Q.H., Ren Y.Q., He X.F. Graft Copolymerization of Chitosan with L-Lactide under Microwave Irradiation//Applied Mechanics and Materials,  2015,  Т. 778,  C. 120-123.) сополимер хитозана с L-лактидом было получен методом полимеризации под микроволновым излучением. Этот способ включает в себя суспендирование полимеров в гексане, что неприемлемо при биомедицинском применении конечного продукта, так как материал со следами этого вещества не может быть использован in vivo. Так же необходимо отметить, что микроволновое нагревание может приводить к трудностям в контроле кинетики реакции. Быстрый нагрев может привести к побочным реакциям, неожиданным путям полимеризации, большому количеству гомополимера, неравномерной сополимеризации. В случае перегрева небольшой части синтеза, хитозан в этой части синтеза будет испорчен деградацией под действием высокой температуры. Микроволновые реакторы, предназначенные для полимеризации, намного дороже стандартных для полимеризации в растворе, что окажется серьезным недостатком для перехода от лабораторного производства к промышленному. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Feng H., Dong C.-M. Synthesis and characterization of phthaloyl-chitosan-g-poly(l-lactide) using an organic catalyst//Carbohydrate Polymers,  2007,  Vol. 70,  No. 3,  P. 258-264) поли(L-лактид) был привит на хитозан через гидроксильные группы, в отличие от остальных перечисленных методов, в том числе и от метода этой работы, где прививка идет по аминогруппе хитозана. Хитозан превращали во фталоилхитозан путем фталоилирования аминогрупп хитозана на первой стадии, чтобы защитить ее от прививки, а затем проводили сополимеризацию привитого материала с использованием 4-диметиламинопиридина в качестве органического катализатора. В результате были получены гомополимерные частицы полилактида, окруженные сополимерным слоем полилактида с хитозаном. Таким образом, был получен не однородный материал, применимый для 3D печати костных имплантатов, а частицы с различным содержанием полимеров в центре частицы и на поверхности, неприменимый для 3D печати костных имплантатов.

В исследовании (Ge W., Li D., Chen M., Wang X., Liu S., Sun R. Characterization and antioxidant activity of β-carotene loaded chitosan-graft-poly(lactide) nanomicelles//Carbohydrate Polymers,  2015,  Vol. 117,  P. 169-176.) L-лактид был привит на хитозан в среде ионной жидкости 1-аллил-3-метилимидазолия хлорида, при нагревании до 130°С в атмосфере азота. Такой способ позволил исследователям получить гомогенный раствор обоих полимеров, однако использование такого способа сополимеризации экономически невыгодно по сравнению с использованием растворов в ДМСО, применяемым в нашей работе. Так же необходимо отметить, что в отличие от ДМСО, 1-аллил-3-метилимидазолия хлорид является раздражителем, и материал со следами этого вещества не может быть использован in vivo. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Liu Y., Tian F., Hu K.A. Synthesis and characterization of a brush-like copolymer of polylactide grafted onto chitosan//Carbohydrate Research,  2004,  Vol. 339,  No. 4,  P. 845-851.) лактид был привит на хитозан в толуоле при при нагревании до 70°С. При этом лактид образует раствор в толуоле, однако хитозан образует суспензию и не растворяется в толуоле. Полученный сополимер со следами толуола не может быть использован in vivo. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен при соотношении хитозан:лактид менее 1:10. Однако материал с таким высоким содержанием лактида не способствует клеточной регенерации при использовании в качестве костного имплантата.

В исследовании (Liu P., Hu Y., Fan Z., Li S. Synthesis, Characterization and Self-assembly Behavior of Chitosan-graftpolylactide Copolymers//Nanoscience &Nanotechnology-Asia,  2012,  Vol. 2,  No. 1,  P. 38-46.) лактид был привит на хитозан в растворе ДМСО с добавлением 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)карбодиимида и N-гидроксисукцинимида. При этом лактид образует раствор в ДМСО, однако хитозан добавлен в виде водной суспензии, и не растворяется в ДМСО. Кроме того, добавление воды способствует гидролитическому разложению лактида, и ограничивает растворимость сополимера в растворе. Добавки, которые позволили провести синтез, являются дорогостоящими, и такой метод синтеза использовать в лаборатории и на производстве экономически нецелесообразно. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Luo B., Zhong C.-H., He Z.-G., Zhou C. Microwave-Assisted Synthesis of a Brush-Like Copolymer of Poly(D,L-Lactide) Grafted onto Chitosan // 2009 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering / 2009 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE). – Beijing, China: IEEE, 2009. – C. 1-3.) лактид был привит на хитозан в н-гексане в присутствии катализатора на основе олова под действием микроволнового излучения. При этом лактид образует раствор в н-гексане, однако хитозан образует суспензию и не растворяется в н-гексане. Полученный сополимер со следами н-гексана не может быть использован in vivo. Исследователи использовали катализатор на основе октоата олова. Несмотря на то, что это стандартный катализатор для полимеризации с раскрытием цикла, сейчас есть более продвинутые катализаторы на основе титана, которые и были использованы в нашей работе. Катализаторы на основе титана имеют повышенную термическую стабильность по сравнению с катализаторами на основе олова, в результате чего предпочтительнее использование катализаторов на основе титана в процессах, требующих длительной термической обработки, так как менее вероятно, что катализатор разложится или потеряет активность из-за нагрева. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В исследовании (Yuan H., Qiao X., Ren J. Synthesis and Application of Chitosan‐g‐PLLA Copolymers//Journal of Macromolecular Science, Part A,  2008,  Vol. 45,  No. 9,  P. 754-760.) были получены привитые сополимеры хитозана с L-лактидом в органической среде в присутствии триэтиламина. Однако способ получения сополимеров не подразумевает растворения хитозана в органической среде, и процесс сополимеризации проходит в суспензии хитозана. В результате получены образцы с соотношением хитозана к полилактиду от 1:8 до 1:20. Образцы, содержащие восемь и более долей лактида на одну долю хитозана не способствуют клеточной регенерации при использовании в качестве костного имплантата. Так же стоит отметить, что хотя метод синтеза и имеет некоторые общие черты с нашим изобретением, исследователи преследовали цель привить на хитозан как можно больше полилактида, чтобы получить в последствии микрофсеры для контролируемого высвобождения лекарства, которое можно поместить внутрь микросфер. Наше изобретение напротив имеет цель получить материал, содержащий как можно меньше полилактида, и при этом остающийся термопластичным.

В изобретении (RU 2007 115 853 A, C08L 63/00 (2006.01), публикация WO 2006/041942 (20.04.2006)) предполагается получение композиции, включающей хитозан, среди других полимеров, на основе биоразлагаемого биосовместимого термопластичного полимера. Однако по тексту изобретения не понятно, будет ли композиция жидкой или твердой, таким образом, невозможно установить, какой из нее получится тип имплантата: жидкий или твердый. Так же в изобретении не указан метод получения таких композиций, поэтому невозможно повторить или как-то применить данную методику. Так же полимеры хитозан и полилактид перечислены среди многих других полимеров, без уточнения, каковы свойства конкретных композиций из этих полимеров.

В изобретении (RU 2 394 558 C2, A61K 9/08 (2006.01), A61K 47/34 (2006.01), A61L 31/04 (2006.01), A61L 27/14 (2006.01), A61L 29/04 (2006.01), Публикация PCT: WO 2006/063794 (22.06.2006) предполагается получение композиции, включающей хитозан, среди других полимеров, на основе биоразлагаемого биосовместимого термопластичного полимера. Однако данное изобретение относится к жидким имплантатам, введение которых предусмотрено с целью обеспечения пролонгированного действия лекарственного препарата, содержащегося в имплантате. Отметим, что в отличие от этого изобретения, наше изобретение предполагается для использования в костном замещении, а не как носитель лекарственного препарата. Так же наше изобретение имеет твердое фазовое состояние, и вводится через разрез, а не с помощью шприца. Так же в формуле изобретения указано, что композиция является механческой смесью полимеров, выполненной в органическом растворителе, а в нашем изобретении предполагается получение привитой композиции, то есть образование химических связей между полимерами, а не получение механической смеси.

В изобретении (RU 2 292 354 C1, C08B 37/08 (2006.01), C08F 251/02 (2006.01), Опубликовано: 27.01.2007) описан способ получения привитых сополимеров хитозана с различными полимерами, включая лактид. Предполагается получение сополимеров в твердом агрегатном состоянии при температуре ниже температуры плавления полимеров, включая лактид, методом реакционной экструзии. Способ не включает использование катализаторов или растворителей. Способ имеет недостатки, связанные в основном с методом сополимеризации. Во-первых, стоит учитывать, что для применения получаемого материала в качестве костного имплантата необходимо обеспечить постоянные и равномерные свойства продукта. В случает реакционной экструзии эффективный тепло- и массоперенос внутри реакционной смеси может быть затруднен, что приводит к неравномерному протеканию реакции и неравномерным свойствам продукта. Так же стоит учитывать, что хотя реакционно-экструзионную сополимеризацию можно проводить в лабораторных масштабах, масштабирование до уровня промышленного производства может вызвать проблемы. Обеспечение стабильного качества продукции и поддержание безопасности в больших масштабах может быть затруднено. Так же необходимо отметить, что материал, полученный в данной работе, нетермопластичен.

В изобретении (RU 2 802 337 C1, МПК C08J 3/09 (2006.01), C08L 5/08 (2006.01), C08L 67/04 (2006.01), A61L 15/28 (2006.01), СПК C08J 3/097 (2023.05), C08L 5/08 (2023.05), C08L 67/04 (2023.05), A61L 15/28 (2023.05), Опубликовано: 25.08.2023 Бюл. № 24) описано получение композиции на основе хитозана и полиэфиров. Однако способ приготовления композиции предполагает механическое смешение компонентов, не подразумевающее образования химических связей между полимерами. Необходимо отметить, что заявленная в этом изобретении термопластичность никак не подтверждена.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является способ (Luckachan G.E., Pillai C.K.S. Chitosan/oligo L-lactide graft copolymers: Effect of hydrophobic side chains on the physico-chemical properties and biodegradability//Carbohydrate Polymers,  2006,  Vol. 64,  Chitosan/oligo L-lactide graft copolymers,  No. 2,  P. 254-266) получения привитой композиции на основе хитозана и лактида. В данном исследовании были получены привитые сополимеры хитозана с L-лактидом в органической среде. Однако способ получения сополимеров не подразумевает растворения хитозана в органической среде, и процесс сополимеризации проходит в суспензии хитозана. В результате получены образцы с соотношением хитозана к полилактиду от 1:2 до 1:30, при этом в пяти образцах из шести доля лактида по отношению к хитозану составляет пять и более по массе. Образцы, содержащие одну и пять долей лактида не термолпастичны, и не могут быть использованы как материал для имплантатов костного замещения. Образцы с более высоким содержанием полимолочной не способствуют клеточной регенерации при использовании в качестве костного имплантата.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, - получение термопластичных биосовместимых и биодеградируемых привитых композиций на основе хитозана и L-лактида.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении и расширении области применения привитых композиции на основе биосовместимых и биодеградируемых полимеров - хитозана и полилактида за счет придания композиции термопластических свойств при сохранении высокого содержания хитозана, а так же высоких физико-механических свойств, термопластичности, биосовместимости и биодеградируемости.

Указанный технический результат достигается тем, что термопластичные биосовместимые и биодеградируемые привитые композиции на основе хитозана и полилактида получают растворением хитозана и L-лактида в органическом растворителе, предварительно растворяют хитозан в диметилсульфоксиде с добавлением салициловой кислоты, герметизируют в атмосфере инертного газа и нагревают до 100°С. Систему термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. При перемешивании добавляют L-лактид и катализаторы: титана салицилат, спирт изопропиловый и спирт цетеариловый. При нагревании и перемешивании проводят синтез привитого сополимера в течение 16 часов. По окончании синтеза смесь высаживают дистиллированной водой, промывают и высушивают до постоянной массы. Используют следующее соотношение компонентов в исходном растворе:

Хитозан – 2-5 мас. %

L-лактид - 2-20 мас. %

Салициловая кислота – 1 мас. %

Салицилат титана – 0.001 мас. %

Изопропиловый спирт – 0.001 мас. %

Цетеариловый спирт - 0.001 мас. %

Диметилсульфоксид - остальное

Основой изобретения является получение биосовместимых и биодеградируемых термопластичных привитых композиций хитозана с L-лактидом путем растворения их в одном растворителе и последующем синтезе в растворе, а не в суспензии.

Предлагаемый способ получения композиции осуществляют следующим образом: в суспензию хитозана в диметилсульфоксиде добавляют салициловую кислоту до получения раствора хитозана. Систему термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Потом к раствору добавляют при постоянном перемешивании, при температуре 100°С и атмосфере инертного газа, L-лактид и катализаторы: титана салицилат, спирт изопропиловый и спирт цетеариловый. Проводят синтез в течение 16 часов. По окончании синтеза смесь высаживают дистиллированной водой, промывают и высушивают до постоянной массы. Полученная композиция характеризуется однородным распределением полимеров в смеси.

Помимо основных материалов: хитозана и полилактида, использование которых было обосновано выше, необходимо обосновать использование остальных материалов для получения композиции. Диметилсульфоксид в качестве органического растворителя был использован потому, что он позволяет совместить оба полимера: хитозан и полилактид в растворе, а так же не токсичен, и содержание диметилсульфоксида в следовых количествах в конечной композиции не является препятствием к ее использованию in vivo. Салициловая кислота была использована так как ее присутствие необходимо в органическом растворителе для образования гомогенного раствора хитозана, а не его суспензии. Катализаторы титана салицилат, спирт изопропиловый и спирт цетеариловый были использованы для упрощения раскрытия цикла L-лактида и процесса полимеризации мономерных звеньев на хитозане.

Необходимо отметить, что в данном изобретении упоминаются как L-лактид, так и полилактид, что может вызывать вопросы к содержанию композиции. Поясним, что для получения сополимера в исходный раствор добавляется мономер полилактида – L-лактид, поэтому, когда описание касается исходных растворов, мы называем компонент «L-лактидом». После окончания процесса сополимеризации и получения конечной композиции, мономер L-лактида становится полимером – полилактидом. По этой причине, когда описание касается конечных композиций, мы называем компонент «полилактидом». После окончания всех манипуляций в состав композиции входит именно полилактид.

Необходимо сказать, каковы последствия несоблюдения указанных пропорций. При увеличении содержания хитозана выше указанных пределов либо при снижении содержания полилактида ниже указанных пределов материал потеряет свойство термопластичности. При увеличении содержания полилактида выше указанных пределов либо при снижении содержания хитозана ниже указанных пределов материал потеряет свойство биосовместимости.

Дополнительные материалы

Ниже приведены примеры получения привитых композиционных материалов на основе хитозана и L-лактида с различными вариантами массовых соотношений компонентов.

Пример 1

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере аргона. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:1 с хитозаном (то есть 3 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0015 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 2

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере аргона. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:1 с хитозаном (то есть 3 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0015 мас. %), добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0015 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 3

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере аргона. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:1 с хитозаном (то есть 3 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:200 с мономером, добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0015 мас. %), добавляют цетеариловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0015 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 4

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере азота. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:2 с хитозаном (то есть 6 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.003 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 5

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере азота. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:2 с хитозаном (то есть 6 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:200 с мономером, добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.003 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 6

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере азота. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:2 с хитозаном (то есть 6 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.003 мас. %), добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.003 мас. %), добавляют цетеариловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.003 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 7

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере аргона. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:3 с хитозаном (то есть 9 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0045 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 8

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере аргона. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:3 с хитозаном (то есть 9 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0045 мас. %), добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0045 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 9

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере аргона. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:3 с хитозаном (то есть 9 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0045 мас. %), добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0045 мас. %), добавляют цетеариловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.0045 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 10

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 5 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере азота. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:4 с хитозаном (то есть 20 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.01 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 11

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 5 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере азота. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:4 с хитозаном (то есть 20 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.01 мас. %), добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.01 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Пример 12

Готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 5 мас. %, термостатируют в течение 12 часов до получения однородного раствора. Нагревают раствор до 100°С, герметезируют систему в атмосфере азота. Спустя 1 час нагревания, при перемешивании вносят L-лактид в соотношении 1:4 с хитозаном (то есть 20 мас. %), добавляют салицилат титана в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.01 мас. %), добавляют изопропиловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.01 мас. %), добавляют цетеариловый спирт в соотношении 1:2000 с мономером (то есть 0.01 мас. %). Проводят синтез при нагревании и перемешивании в течение 16 часов.

Из полученных по примерам 1-12 составов сополимеров готовили пленки методом полива на лавсановую, силиконовую, стеклянную или тефлоновую подложку. Растворы дегазировали и сушили в условиях равномерного испарения растворителя течение суток при температуре 65°С до постоянной массы. Физико-механические характеристики (прочность при растяжении и удлинение при разрыве) материала определяли на разрывной машине Roell/Zwick Z005 в соответствии с ASTM D 882. Испытания проводили при скорости растяжения 10 мм/мин на образцах толщиной 60±5 мкм в виде прямоугольников длиной 79 мм и шириной 10 мм. Результаты испытаний представлены в табл.1, процентные соотношения относятся к исходным растворам, из которых изготовлены пленочные образцы для измерений.

Таблица 1 Доля хитозана, мас.% Доля полилактида, мас.% Разрывная прочность σ, МПа Деформация ε, % 3 0 20.8 ± 1.04 3.7 ± 0.1 3 6 36.9 ± 1.8 11.6 ± 0.1 3 9 44.5 ±2.2 20.2 ±1.0 3 12 50.3 ±2.5 29.1 ± 1.5 5 10 48.9 ± 2.4 18.6 ± 1.0 5 15 54.5 ±2.7 31.2 ±1.6 5 20 59.3 ±2.9 39.9 ± 1.9

Табл. 1. Результаты испытаний на деформацию, указанные в процентных соотношениях к исходным растворам, из которых изготовлены пленочные образцы для измерений.

Добавление полилактида значительно улучшает механические свойства пленок относительно чистого хитозана, причем, чем больше доля полилактида, тем выше прочностные свойства пленок. Однако добавление хитозана имеет ключевое значение для создания биосовместимого материала и целесообразно ввести в композицию максимальное допустимое количество хитозана, чтобы при этом сохранились высокие механические характеристики и термопластичность образцов. Оптимальной можно считать композицию с соотношением компонентов хитозан:полилактид 1:3.

Индекс расплава определяли с помощью прибора для определения показателя текучести расплава. В экструзионной камере устанавливали температуру 170° С, масса навески составляла 5г, масса груза составляла 3 кг. Результаты представлены в табл.2, процентные соотношения относятся к исходным растворам, из которых изготовлены образцы для измерений.

Таблица 2 Доля хитозана, мас.% Доля полилактида, мас.% Индекс расплава, г/10 мин 3 0 - 3 6 - 3 9 - 3 12 2 5 10 - 5 15 3 5 20 5

Таблица 2. Результаты процентных соотношений к исходным растворам, из которых изготовлены образцы для измерений, для определения индекса расплава

В рамках данного изобретения удалось получить материал, содержащий 25% ХТЗ, который обладает термопластическими свойствами.

Был исследован рост клеток на поверхности пленки при культивировании фибробластов человека клеточной линии hTERT BJ-5ta. Пленки материала, после стерилизации автоклавированием при температуре 110 °C, помещали в лунки планшета для культивирования клеток со средой DMEM. Клетки высевали на поверхность пленки и культивировали в течение 24 часов и проводили оценку их адгезии к поверхности пленок. Результаты представлены в таблице 3, процентные соотношения относятся к исходным растворам, из которых изготовлены пленочные образцы для измерений.

Таблица 3 Доля хитозана, мас.% Доля полилактида, мас.% Процент адгезии, % (отношение количества клеток, прилипших к субстрату, к общему количеству клеток в исходной популяции) Относительная интенсивность роста, % (отношение средней оптической плотности в тестовой культуре к средней оптической плотности в контроле, период экстракции 24 часа) 3 0 87 42.01 3 6 79 38.71 3 9 75 35.67 3 12 70 31.93 5 10 80 39.12 5 15 76 36.87 5 20 69 32.81

Таблица 3, результаты процентных соотношений относяшихся к исходным растворам, из которых изготовлены пленочные образцы для измерений

Установлено, что образцы плёнок привитых композиций являются биоразлагаемыми, нетоксичными для клеток, и обладают достаточными адгезивными свойствами для прикрепления и развития клеток на их поверхности.

Таким образом, предлагаемые составы термопластичного привитого материала на основе биосовместимых биоразлагаемых полимеров хитозана и полилактида демонстрируют высокие прочностные свойства, термопластичность и биосовместимость.

Изобретение относится к биотехнологии и химии высокомолекулярных соединений. Предложен способ получения композиции термопластичных биосовместимых и биодеградируемых привитых сополимеров на основе хитозана и полилактида, включающий подготовку раствора салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавление хитозана 3-5 мас. % и термостатирование 12 ч; затем к полученному раствору добавляют при постоянном перемешивании при 100°С и атмосфере инертного газа L-лактид 3-20 мас. % и катализаторы: титана салицилат, спирт изопропиловый и спирт цетеариловый, каждый в количестве 0.0015-0.01 мас. %, и проводят синтез в течение 16 ч, по окончании которого смесь осаждают дистиллированной водой, промывают и высушивают до постоянной массы. Изобретение обеспечивает термопластические свойства биодеградируемым привитым композициям хитозана с L-лактидом при сохранении высокого содержания хитозана для использования в изделиях медико-биологического назначения. 3 табл., 12 пр.

Способ получения композиции термопластичных биосовместимых и биодеградируемых привитых сополимеров на основе хитозана и полилактида, отличающийся тем, что готовят раствор салициловой кислоты 1 мас. % в диметилсульфоксиде, добавляют хитозан 3-5 мас. %, термостатируют в течение 12 ч до получения однородного раствора хитозана, затем к полученному раствору добавляют при постоянном перемешивании при температуре 100°С и атмосфере инертного газа L-лактид 3-20 мас. % и катализаторы: титана салицилат, спирт изопропиловый и спирт цетеариловый, каждый в количестве 0.0015-0.01 мас. %, и проводят синтез в течение 16 ч, по окончании которого смесь осаждают дистиллированной водой, промывают и высушивают до постоянной массы.