Способ получения биосовместимого полимерного материала

Способ получения биосовместимого полимерного материала

Реферат

 

Использование: в медицине, офтальмологии, для изготовления имплантатов (интаокулярных и контактных линз). Сущность изобретения: коллаген, водорастворимый этиленоненасыщенный мономер и сшивающий агент смешивают в водной среде и подвергают радиационному облучению при pH 3,2 - 5,0 и 30 - 24^oC. После облучения полимер отмывают физраствором при 25 - 80^oC и выдерживают в сбалансированном солевом растворе. Предпочтительно используют коллаген из склеры глаз с/х животных. Используют фибриллярный коллаген или смесь фибриллярного и ателоколлагена. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии. Предлагаемый способ может быть использован для изготовления материала для имплантатов (например интраокулярных линз-ИОЛ) и контактных линз.

Известен способ получения биологически стабильной композиции, включающей извлечение коллагена из кожи телят путем ее измельчения, промывания раствором бикарбоната натрия, водой, центрифугирования с отбрасыванием жидкой фазы, растворения в воде при pH 3,0 с дальнейшей обработкой раствора коллагена пепсином в течение 5 10 дней, в результате чего получают ателоколлаген (так называемый "растворимый"), в котором разрешены телопептидные участки тропоколлагена. Раствор ателоколлагена фильтруют через фильтр Миллипор 0,65, переосаждают путем повышения pH, центрифугируют, отбрасывая жидкую фазу, и лиофильно высушивают. Сухой коллаген растворяют в дистиллированной воде путем подкисления 0,1 M HCl до pH 3,0, смешивают с этиленоненасыщенным соединением и сшивателем, смесь помещают в шприц, дегазируют и центрифугируют для удаления пузырей и заливают в формы для контактов линз в атмосфере азота. Затем проводят облучение -радиацией. После этого линзы уравновешивают в BoilN Soak растворе.

Недостатком данного способа является то, что полученный по данному способу гидрогель на основе ателоколлагена обладает недостаточно высокой механической прочностью и не может быть использован для создания долговечных имплантатов (например ИОЛ).

Задачей изобретения является получение механически прочного, оптически прозрачного биосовместимого материала для офтальмологических имплантатов.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является получение биосовместимого полимерного материала, обладающего высокой механической прочностью и упругостью (модуль упругости (10-27)10⁵ N/м², механическая прочность материала, полученного по заявляемому способу, в 20 100 раз выше прочности сравниваемого материала); оптической прозрачностью (светопропускание в видимой части спектра 95% и выше, разрешающая способность 200 лин/мм для ИО +20Д), низкой адсорбцией белка (0,110^-3 мкг/мг), устойчивостью к действию протеолитических ферментов (пепсина, трипсина, химотрипсина, коллагеназы и др.) Технический результат достигается тем, что в способе получения биосовместимого полимерного материала путем смешивания коллагена с водорастворимым этиленоненасыщенным соединением и сшивающим агентов в водной среде с последующим радиационным облучением и выдерживанием полимера в сбалансированном солевом растворе, согласно изобретению, смешивание коллагена с этиленоненасыщенным соединением и сшивателем осуществляют при температуре от 30^oC до 42^oC с доведением pH смеси до 3,2 5,0, а после облучения полученный полимер отмывают в физиологическом растворе при температуре от 25^oC до 80^oC.

В качестве коллагена может быть использован кислотный раствор фибриллярного коллагена или ателоколлагена или их смеси, выделенного из склеры глаз с/х животных.

В качестве водорастворимого этиленоненасыщенного соединения предпочтительно используют 2-гидроксиэтилметакрилат, или акриламид, или N-винилпирролидон, или их смеси.

В качестве сшивающего агента предпочтительно используют n-этиленгликольдиакрилат, или n-этиленгликольдиметакрилат, где n=1-13.

Концентрация коллагена в полимеризуемой смеси может варьироваться от 0,001% до 5,005, водорастворимого мономера от 55% до 99% сшивающего агента от 0,1 до 1,0% Температурный интервал 30 42^oС при смешивании коллагена с другими компонентами системы выбран потому, что при температуре ниже 30^oC не происходит полного дезагрегирования молекул коллагена, вследствие чего получается грубая дисперсия коллагена в растворе, что приводит к ухудшению оптических свойств полимера. При температуре выше 42^oC происходит денатурация коллагена, что ведет к ухудшению физико -механических свойств полимера.

pH смеси не должна быть выше 5,0, так как в этом случае происходит агрегация молекул коллагена, в результате чего ухудшаются оптические свойства полимера. При pH ниже 3,2 изменяется реакционная способность этиленоненасыщенного соединения, что приводит к ухудшению механических свойств полимера.

Отмывку полимера от низкомолекулярных продуктов полимеризации проводят при температуре не ниже 25^oC, так как при более низкой температуре скорость диффузии низкомолекулярных продуктов полимеризации мала, вследствие чего они не полностью удаляются из всего объема полимера. При температуре выше 80^oC может происходить частичная деструкция полимера.

Полимерный материал, полученный по данному способу, был испытан на биосовместимость по адгезии культуральных клеток фибробластического и макрофагального ряда (на культуре кератоцитов и перитонеальных макрофагов). Для этого кусочки материала размером 20х20 мм помещали в культуральную среду, после чего туда вносили суспензию клеток. В результате экспериментов отмечено, что фибробласты роговицы хорошо адгезируют (80 90% общего количества) и распластываются на испытуемом полимере, а клетки воспалительного ряда практически не прикрепляются к поверхности материала. Была проведена серия экспериментов, в которых ИО из полученного по заявляемому способу материала имплантировали в глаз кролика. Биосовместимость оценивали клинически и морфологически. В первые два-три дня послеоперационного периода отмечен легкий отек роговицы в зоне разреза, и отсутствие каких-либо преципитатов на поверхности ИОЛ. В последующие сроки наблюдения каких-либо изменений оболочек глаза не отмечено. При морфологическом исследовании отмечено нарушение правильной формы клеток эндотелия соответственно зоне стека (разреза) роговицы в течение первой недели, и незначительная эктазия сосудов радужной оболочки в течение 2-х недель после операции. Каких-либо других изменений тканей глаза отмечено не было.

Клинические испытания при имплантации ИОЛ из материала, полученного заявляемым способом, показали полную ареактивность тканей глаза на материал, начиная с первых суток после операции, и отсутствие каких-либо преципитатов на поверхности ИОЛ, что говорит о высокой биосовместимости полученного полимера. Отмечались высокая прочность и упругость материала, что является необходимым условием для атравматичной и быстрой имплантации ИОЛ. Отмечены также высокие оптические свойства ИО из указанного материала, что выражается в высоких функциональных показателях (визус и острота зрения) прооперированных пациентов.

Способ осуществляют следующим образом.

Извлечение коллагена из сырья проводят по любой известной методике. Например следующим образом. Склеру глаз с/х животных тщательно очищают от внутренних оболочек глаза, остатков конъюнктивы, мышц и вырезают строму. Пигментированные участки стромы отрезают и отбрасывают. Оставшуюся строму нарезают небольшими кусочками и тщательно промывают дистиллированной водой. Затем переносят в колбу и заливают 10%-ным раствором гидроокиси щелочного металла, насыщенным сульфатом этого металла (из расчета 3000 мл на 60 г ткани) на 48 часов при температуре 20^oC. Затем раствор сливают, ткань промывают в дистиллированной воде до полного удаления сульфат-иона, и проводят нейтрализацию ткани до pH 6,0, перемешивая ее в 2%-ном растворе боной кислоты, неоднократно меняя раствор. Ткань промывают дистиллированной водой до полного удаления боратиона в промывной жидкости и заливают 0,5 M раствором уксусной кислоты таким образом, чтобы конечная концентрация коллагена в растворе составляла 0,5 20% Массу перемешивают и оставляют на 1 2 суток при температуре 4 10^oC. Затем гомогенизируют и фильтруют через стеклянный фильтр. Полученный раствор фибриллярного коллагена готов к употреблению. При желании его можно дополнительно обработать ферментом (трипсином, пепсином и т.д. исключая коллагеназу) для получения ателоколлагена.

Раствор фибриллярного коллагена, или ателоколлагена, или их смеси смешивают с этиленоненасыщенным соединением и сшивателем при температуре от 30^oC до 42^oC и значении pH системы 3,2 5,0 (доведение pH можно проводить, например, уксусной или соляной кислотой), тщательно перемешивают. Смесь дегазируют, насыщают инертным газом, повторно дегазируют и проводят полимеризацию в формах требуемой конфигурации при воздействии радиации в дозах 0,3 2,0 Mрад с последующей очисткой целевого продукта посредством обработки физ.раствором при температуре от 25^oC до 80^oC.

Способ поясняется примерами.

Пример 1.

К 20 г 5%-ного фибриллярного раствора коллагена из склеры глаз с/х животных, нагретому до 35^oC, добавляют постепенно 79 г 2-гидроксиэтилметакрилата при заданной температуре 35^oC и постоянном значении pH смеси 4,0 и перемешивании, а затем 1 г 3-этиленгликольдиакрилата. После полного смещения компонентов смесь дегазируют, насыщают аргоном, повторно дегазируют и заливают в формы для ИОЛ. Полимеризацию проводят при воздействии g -радиации при дозе облучения 1,8 Mрад. Далее ИО извлекают из формы и отмывают в физ.растворе при температуре 70^oC для удаления низкомолекулярных продуктов полимеризации.

Изготовленная по указанному способу ИОЛ обладала модулем упругости 2010⁵ N/м², оптической прозрачностью 97% и была имплантирована в глаз кролика. Отмечена реакция нулевой степени, что говорит о хорошей биосовместимости.

Пример 2.

25 г 20%-ного раствора ателоколлагена нагревают до 30^oC и медленно добавляют 5,2 г акриламина и 70,0 г 2-гидроксиэтилметакрилата при температуре 30^oC и постоянном значении pH смеси 3,5. При этом для поддерживания pH используют уксусную кислоту. Затем при тех же условиях добавляют 0,8 г 13-этиленгликольдиметакрилата. Смесь дегазируют, насыщают азотом, вторично дегазируют и осторожно помещают в формы для ИОЛ. Охлаждают до 4^oC и облучают с дозой облучения 1,0 Mрад. После полимеризации ИОЛ извлекают из форм и отмывают в физ.растворе при температуре 40^oC.

Полученные ИОЛ обладают модулем упругости 1810⁵ N/м² и оптической прозрачностью 96% Пример 3.

Смешивают 5 г ателоколлагена 5%-ного с 5 г фибриллярного коллагена 5%-ного и нагревают до 40^oC. Затем постепенно добавляют 89 г N-винилпирролидона, поддерживая pH смеси при 4,2. Затем добавляют 1,0 г 3-этиленгликольдиметакрилата. Смесь дегазируют, насыщают аргоном, повторно дегазируют, разливают в формы для контактных линз (КЛ) и облучают с дозой 2,0 Mрад при температуре 4^oC. Полученные КЛ отмывают в физ.растворе при 45^oC.

КЛ имела прозрачность 98% и модуль упругости 1510⁵ N/м². Полученная КЛ была фиксирована на поверхность роговой оболочки пациента. Отек роговицы на 2-е сутки составил 0,1% что говорит и высокой биосовместимости.

Предлагаемый способ позволяет получить биосовместимый материал, обладающий высокой прочностью, оптической прозрачностью, устойчивостью к действию ферментов, и может быть использован для изготовления офтальмохирургических имплантатов (например ИОЛ) и контактных линз.

Формула изобретения

1. Способ получения биосовместимого полимерного материала путем смешивания коллагена с водорастворимым этиленоненасыщенным соединением и сшивающим агентом в водной среде с последующим радиационным облучением и выдерживанием полимера в сбалансированном солевом растворе, отличающийся тем, что смешивание коллагена осуществляют при 30 42^oС с доведением рН смеси до 3,2 5,0, а после облучения полученный полимер отмывают в физиологическом растворе при 25 80^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют коллаген, выделенный из склеры глаз сельскохозяйственных животных.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве коллагена используют фибриллярный.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве коллагена используют смесь фибриллярного и ателоколлагена.