Ускоренное заживление ран с помощью нового волокнистого слоя

Ускоренное заживление ран с помощью нового волокнистого слоя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка на патент относится к многослойному перевязочному средству на основе крученого или волокнистого нетканого материала.

В настоящее время из уровня техники известен способ влажного заживления ран (см., например, Blank, Ingo, Wundversorgung und Verbandwechsel, Kohlhammer-Verlag, Stuttgart, 2001, 142, ISBN 3-17-016219-5; Stalick L, Managing and caring for a patient with a complicated wound. Br J Nurs. 2004 Oct 14-27; 13(18): 1107-9; Metzger S., Clinical, and financial advantages of moist wound management. Home Health Nurse. 2004 Sep; 22(9): 586-90). Проблема при этом способе лечения ран состоит в том, что материал, контактирующий с раной, например, перевязочная марля, пластырь и т.д., могут во время заживления срастись с раной. Последующее удаление этого перевязочного средства нередко ведет к повторному раскрытию раны, разрушению и удалению вновь образовавшейся ткани. Ясно, что это неоправданно затягивает заживление раны. Если же используют перевязочное средство, не приклеивающееся к ране, и с ней, соответственно, не срастающееся, то в раневом дефекте отсутствует опорно-каркасная структура, ориентирующая и направляющая рост вновь образующейся ткани. При таких обстоятельствах могут сформироваться тканевые дефекты, особенно в случае глубоких ран. Кроме того, образуются рубцы, что нежелательно. В клинической практике эта проблема касается всех ран, затрагивающих не только эпидермис, но и дерму, а также в ряде случаев подкожную клетчатку (т.н. «глубоких» ран), при заживлении которых требуется восстановление не только эпидермальных, но и собственно кожных и иногда подкожных слоев.

Толщина эпидермиса (наружного слоя кожи), как правило, варьируется и может, в зависимости от участка тела, составлять от 0,03 до 4 мм. Возраст и пол также влияют на толщину эпидермиса. В наружном слое кожи нет кровеносных сосудов. Он сформирован кератиноцитами. Кератиноциты - это роговые клетки, обладающие ядром и производящие роговое вещество кератин. Кератин обладает водоотталкивающими свойствами и придает коже прочность.

Располагающаяся под эпидермисом собственно кожа (дерма) представляет собой эластичный слой кожи, содержащий значительную долю свободно переплетенных волокон соединительной ткани. В зависимости от участка тела дерма также может быть различной толщины. На половом члене и веках ее толщина составляет всего 0,3 мм, а на ладонях и подошвах она достигает 2,4 мм.

Описанная выше проблема касается не только медленно заживающих или вообще не заживающих ран, как хронические язвы, обусловленные диабетической нейропатией, язвы голени, пролежни и заживляемые вторичным натяжением инфицированные раны, но и не раздраженных ран, заживляемых первичным натяжением (например, рваных ран или ссадин, когда ткань оказывается сорвана и, соответственно, удалена из раны), а также мест иссечения.

Исходя из описанного выше уровня техники изобретатели поставили себе задачу создать перевязочное средство в широком смысле (например, бинт, марлю, пластырь), способное соприкасаться с раной без того, чтобы приходилось опасаться вышеупомянутых неприятностей (сращение контактирующего средства с раной, избыточное формирование рубцов, образование дефектов и неправильное заживление). Соответственно, целью изобретателей была разработка структуры, с помощью которой при влажном закрытии ран возможно оставить эту структуру в ткани и более не удалять ее, даже после заживления раны, чтобы не мешать процессу заживления, предоставить вновь формирующейся ткани каркас, и наконец избежать образования рубцов.

Из немецкого патента DE-C 19609551 известны разлагаемые и/или рассасывающиеся биологическим способом волокнистые структуры (волокна или волокнистые структуры из силикагеля). Их получают, вытягивая из прядильной массы волокна, которые, при необходимости, сушат. Прядильная масса содержит одно или несколько частично или полностью гидролитически конденсированных соединений кремния, образуемых путем гидролитической поликонденсации из мономеров с общей формулой SiX₄, в которой остатки Х могут быть одинаковыми или различными и означать гидроксигруппу, водород, галоген, аминогруппу, алкоксигруппу, алкилоксигруппу, алкилкарбонильную или алкоксикарбонильную группу, либо являются производными алкильных остатков и могут быть прерваны атомами кислорода или серы, или аминогруппами.

Кроме того, известны описанные в международной заявке WO 01/42428 и европейской заявке на патент ЕР-А 01262542 способы производства кожного имплантата либо клеток, тканей и органов, использующие вышеупомянутые волокнистые структуры. В международной заявке WO 01/42428 описан способ изготовления кожного имплантата, в котором клетки кожи наносят на поверхность питательного раствора, а затем клетки растут, отличающийся тем, что на питательный раствор наложен элемент поверхности из вышеназванных биологически совместимых, разлагаемых и/или рассасываемых биологическим способом волокон. Волокна поверхностного элемента имеют диаметр от 5 до 20 мкм. В европейской заявке на патент ЕР-А 01262542, напротив, описан способ производства клеток, тканей и органов in vitro, при котором упомянутая волокнистая матрица (см. немецкий патент DE-C 19609551) используется как опора для клеток и/или каркас для внеклеточного матрикса, формируемого клетками, либо дает клеткам возможность прийти к пространственной организации, позволяющей клеткам размножаться и/или проходить генетически заданную дифференцировку.

Предложенное изобретателями решение представленной выше проблемы представляет собой один аспект настоящего изобретения и состоит в использовании волокон, известных из немецкого патента DE-C 19609551, для производства многослойной повязки согласно п.1 формулы изобретения. При этом из упомянутых волокон формируют ваточный холст, который затем можно сочетать со всеми обычными перевязочными средствами, в особенности с перевязочными средствами, налагаемыми непосредственно на рану. Это сочетание далее в тексте называют многослойной повязкой, в том числе и в тех случаях, когда речь идет не о типичной повязке, а о пластыре, компрессе и т.п. Таким образом, один аспект настоящего изобретения касается многослойной повязки, которая состоит, по меньшей мере, из следующих элементов: волокнистой структуры (ваточного холста) 1, которая должна контактировать с раной, и мембраны 3, которая водонепроницаема и включает в себя нерастворимый в воде полимер.

Вышеупомянутая многослойная повязка имеет следующее строение.

Ваточный холст 1, который должен контактировать с раной, и мембрана 3, которая водонепроницаема и включает в себя нерастворимый в воде полимер, причем мембрана 3 либо является липким пластырем 3 и включает в себя клеящуюся часть, которая приклеивается к коже, окружающей рану, либо не имеет клеящейся части и приклеивается к коже, окружающей рану, только в том случае, если на кожу, окружающую рану, наносят клей, и причем между мембраной 3 и ваточным холстом 1 имеется непрочная, легко разрываемая адгезивная связь либо вообще никакой адгезивной связи.

В частности, под многослойной повязкой имеют в виду такую многослойную повязку, у которой мембрана 3 такая, как описано, а ваточный холст 1, которой включает разлагаемые и/или рассасываемые биологическим способом волокнистые структуры, которые получают, вытягивая волокна из прядильной массы, причем прядильная масса содержит одно или несколько частично или полностью гидролитически конденсированных соединений кремния, образуемых путем гидролитической поликонденсации из мономеров с общей формулой SiX₄, в которой остатки Х могут быть одинаковыми или различными и означать гидроксигруппу, водород, галоген, аминогруппу, алкоксигруппу, алкилоксигруппу, алкилкарбонильную или алкоксикарбонильную группу, либо являются производными алкильных остатков и могут быть прерваны атомами кислорода или серы или аминогруппами.

Особо предпочтительна такая многослойная повязка, как описано в предыдущем абзаце, причем остатки Х одинаковы и означают этил.

Также предпочтительна многослойная повязка, как было описано в предпоследнем абзаце, причем гидролитическая конденсация проходит в присутствии одной или нескольких аминокислот, и/или одного или нескольких пептидов, и/или одной или нескольких молекул, или фрагментов ДНК. При этом остатки Х в формуле SiX₄, при необходимости, идентичны и, при необходимости, означают этил. Наличие аминокислоты (аминокислот) и/или пептида (пептидов), и/или ДНК (фрагментов ДНК) ведет к их встраиванию в волокна, будь то посредством ковалентной или нековалентной связи. Аминокислоты, пептиды, ДНК или фрагменты ДНК после наложения многослойной повязки выделяются в рану по мере деградации волокон. При этом, с одной стороны, количество высвобождаемого вещества (аминокислот, пептидов, ДНК, фрагментов ДНК) задают количеством вещества (аминокислот, пептидов, ДНК, фрагментов ДНК), встроенного в волокна, а с другой стороны, скорость выделения его из волокон задают скоростью деградации волокон. Описанное ниже (страница _) свойство волокон (1) клеточная адгезия обеспечивает особую степень встраивания аминокислот, пептидов, ДНК или фрагментов ДНК в пролиферирующие клетки, что, в частности, также гарантирует прямое влияние информации, закодированной в ДНК или фрагментах ДНК, на клетки. Это свойство особо важно и полезно в случае ран со сниженным регионарным или даже системным метаболизмом, поскольку, благодаря ему, обеспечивают поступление в область раны необходимых для клеточного метаболизма аминокислот, что обеспечивает возможность заживления раны.

Краткие пояснения к Фиг.1-6. На этих фигурах показаны:

- Схема строения многослойной повязки по изобретению (Фиг.1);

- Схематическое изображение соплового отверстия в пластине с соплами (Фиг.2);

- Схематическое изображение системы прядильного диска и климатической установки (Фиг.3);

- Адгезия клеток к поверхности волокон, представленная с помощью сканирующего ЭМ (Фиг.4), причем на Фиг.4А и В представлены волокна SIX₄ по изобретению без клеток, на Фиг.4С и D - волокна SiX₄ с клетками, а также превосходная адгезия и распределение, а на Фиг.4Е и F - волокно коллагена с клетками, морфологию которых сложно определить ввиду рыхлости коллагенового матрикса;

- Устойчивость формы и размера волокон SiХ₄, используемых по изобретению, по сравнению с коллагеновыми волокнами и волокнами ПГА, причем в левом столбце сверху вниз представлены коллагеновое волокно, волокно из ПГА и волокно SiX₄ по изобретению до начала культивирования клеток, а в правом - сверху вниз коллагеновое волокно, волокно из ПГА и волокно SiX₄ по изобретению через 4 недели культивирования (Фиг.5); и

- метаболическая активность клеток (фибробластов дермы), измеренная по флуоресценции в методе с аламаром синим, по прошествии 1, 2 и 4 недель культивирования с коллагеновым волокном, волокном из ПГА и волокном SiX₄ по изобретению (SIX), а также без волокон в качестве контроля (Фиг.6).

Как уже упомянуто, из описанных в немецком патенте DE-C 19609551 волокон или волокнистых структур из силикагеля (с химической формулой для мономерной единицы SiO_2-xOH_x или Si_n(OH)_2xO_2n-x для полимера, при х=0-1), по изобретению вводимых в рану в качестве опоры или каркаса и вступающих таким образом в прямой контакт с тканью, можно изготовить влажные ваточные холсты. При этом различают волокнистые и крученые ваточные холсты. В частности, для создания трехмерных структур целесообразны крученые ваточные холсты, изготовляемые из бесконечных отдельных волокон или филаментов, в то время как волокнистые особо удобны для применения в двухмерных структурах.

Способ производства отдельных волокон или филаментов представлен в немецком патенте DE-C 19609551. При этом специалисту известно, что для создания, при необходимости, особо пригодных волокнистых структур (с большей или меньшей склонностью к биологическому разложению и биорассасыванию) можно варьировать множество параметров, например, температуру, давление, молярные доли отдельных компонентов, химические свойства исходных веществ, растворителя или катализатора.

Способ, описанный в немецком патенте DE-C 19609551, следует представить здесь несколько более подробно. Согласно изобретению в качестве силана в процессе золь-гель-перехода целесообразно использовать тетраоксисилан (ТЭОС), хотя все силаны, упомянутые в DE-C 19609551, или смеси, по меньшей мере, двух из них, можно использовать в равной степени. В присутствии водно-спиртового раствора (по изобретению - предпочтительно смеси этанола и воды), который с одной стороны (этанол или этанол и вода) является растворителем, а с другой (вода) участвует в реакции гидролитической поликонденсации, при комнатной или несколько пониженной (12-15°С) температуре синтезируют продукт надлежащей степени конденсации. Предпочтительный катализатор конденсации - органическая кислота, как, например, лимонная, янтарная или винная кислота.

Эти кислоты доводят рН реакционной смеси примерно до величины 3-4. В любом случае рН не должен превышать 7, поскольку в щелочной среде формируются частицы или происходит желирование реакционной смеси.

При необходимости, продукт конденсации доводят до нужной вязкости путем фильтрации и удаления растворителя, как это описано в DE-C 19609551. При температурах ниже 0°С его можно некоторое время (от нескольких часов до нескольких месяцев) хранить, получая так называемый прядильный раствор (прядильную массу), поскольку при температурах ниже 0°С конденсация проходит очень медленно. Целесообразно, чтобы содержание твердых веществ в прядильном золе (под твердыми веществами понимают продукты конденсации, в т.ч. частичной, т.е. олигомеры или олигомерные структуры) составляло около 10% (т.е. доля растворителя - около 90%). Также по изобретению целесообразен интервал продолжительностью 2-3 суток от начала реакции конденсации до получения прядильного раствора.

В заключение прядильный раствор помещают в предварительно охлажденную (<0°С) емкость, находящуюся под давлением, из которой его выдавливают в форме длинных, неразрывных или трудно разрываемых нитей через мелкие сопла. В зависимости от размера сопел, диаметр нитей составляет 10-100 мкм, а длина - несколько метров (3-5). В процессе намотки (при необходимости, в атмосфере водно-спиртовых паров) возможно их дальнейшее удлинение и уменьшение диаметра. Намотку нитей осуществляют со скоростью прядения 100-1000 м/мин, предпочтительна скорость около 200 м/мин. Выпряденные таким образом нити можно далее закручивать на конвейерной ленте. Нити на ленте можно подвергать воздействию различных температур, пропуская ленту со скоростью 1-10 см/мин через различные температурные зоны, с тем, чтобы, учитывая продолжающуюся реакцию конденсации, задать по желанию количество гидроксильных групп, остающихся в волокнах (т.е. пригодность волокон к биологическому разложению и биорассасыванию); по изобретению, целесообразно резко охлаждать нити в гелевой форме до -35°С).

Из закрученных нитей (бесконечных волокон) затем прессуют волокнистые или крученые ваточные холсты. Прессование выполняют с помощью прижимного ролика. При этом нередко используют также прутковые станки (прижимные ролики с иглами). Движение игл вверх и вниз обеспечивает процесс валки, придающий ваточному холсту дополнительную прочность. Давление прессовки ролика с иглами или без них можно устанавливать произвольно. Целесообразно по изобретению, чтобы типичное давление прессовки составляло 1-10 МПа. Затем холст подвергают температурной обработки, причем температуры изменяются в диапазоне от -35°С до +65°С. Предпочтительна температура ниже -5°С, особо предпочтительна - ниже -20°С. Благодаря температурной обработке получают укладку с прочной структурой и одновременно с достаточным количеством силанольных групп, т.е., неконденсированных гидроксильных групп, в холсте. От количества неконденсированных гидроксильных групп зависит возможность (биологической) рассасываемости: чем больше имеется неконденсированных гидроксильных групп, тем выше возможность рассасывания.

Варьируя время нахождения при различных температурах, можно целенаправленно задавать количество гидроксильных групп. Целесообразно, чтобы волокна ваточного холста, подлежащего использованию по изобретению, содержали приблизительно одну гидроксильную группу на 5-10 атомов кремния, что для приведенной выше формулы мономера SiO_2-xOH_x означает х=0,1-0,2.

При необходимости, холст затем нагревают до 50°С или до температуры выше 50°С, чтобы снизить количество оставшихся воды и этанола (например, из растворителя, но также из остатков исходного силана, особенности в случае ТЭОС как исходного силана) до желательных величин, однако не удаляя их, как правило, полностью: согласно изобретению желательно, чтобы ваточные холсты (например, крученые) содержали достаточно влаги, чтобы стабилизировать состояние геля (волокна с неконденсированными гидроксильными группами в холсте), термодинамически невыгодное по сравнению с SiO₂ (волокна без неконденсированных гидроксильных групп в холсте, т.е., стекловолокно), выгодным при комнатной температуре. Крученые ваточные холсты, изготовленные таким образом могут в закрытых (воздухонепроницаемых) упаковках сохранять состояние геля на протяжении нескольких месяцев. Особо целесообразным оказывается в этом случае присутствие остаточного этанола, но также и воды. Причиной этого, вероятно, служит тот факт, что в атмосфере паров этанола (особенно насыщенных) конденсация в направлении SiO₂ не продолжается. Напротив, возможна даже частичная обратная реакция, что в конце концов обеспечивает биологическую рассасываемость волокон.

Описанный способ используют для изготовления крученых ваточных холстов. Однако таким же образом можно изготовлять волокнистые ваточные холсты, часто именуемые игольчатыми холстами. В этом случае после прядения волокна режут на части. Длина таких штапельных волокон составляет 0,1-10 см. Штапельные волокна затем сбрасывают на ленту конвейера, прессуют, обрабатывают иглами и подвергают такой же температурной обработке, как описано выше. В противоположность крученым ваточным холстам, волокнистые холсты не имеют выраженной трехмерной структуры. Поэтому их часто используют в случаях т.н. двухмерного применения (поверхностные раны на верхнем уровне эпидермиса). Поэтому использовать волокнистые холсты по изобретению целесообразно для лечения поверхностных ранений (верхний уровень эпидермиса). В общем можно сказать, что волокнистые холсты более прочны на уровне волокон и, соответственно, более пригодны для мест, несущих механическую нагрузку, например, кожи или мышц.

Описанное выше изготовление волокон выполняют по способу золь-гель перехода на установке с длиной, например, около 5 м, шириной около 2 м и высотой около 6 м. Ввиду массы установки давление под башней для удаления воздуха из прядильного раствора может составлять 850-1000 кг/м². Размеры установки, однако, могут существенно отличаться от указанных величин в зависимости от ее оснащения и мощности. Для работы установки необходим контур водяного охлаждения, а также предпочтительна силовая электросеть.

В настоящее время волокна производят по изобретению на прядильно-кондиционерной установке. Циркуляционный агрегат искусственного климата подает на прядильно-кондиционерную установку воздух, имеющий заданную температуру и влажность. Предпочтительны температуры в диапазоне от 10 до 40°С, в особенности - температуры около 20°С. Агрегат представляет собой климатический измерительный шкаф производства фирмы WeiB Umwelttechnik GmbH под обозначением SB22/I60/40-UKA. Для работы в замкнутом цикле он был дооборудован фирмой WeiB. В герметичной башне для удаления воздуха из прядильного раствора, имеющей длину около 2 м и внешний диаметр 680 мм, во избежание нежелательной конвекции, обусловленной работой в замкнутом цикле, установлена внутренняя труба диаметром 300 мм с круглыми 3-миллиметровыми отверстиями. Башня для удаления воздуха соединена с боксом, в котором находятся устройства для закручивания вышеупомянутых бесконечных волокон или филаментов. Окна бокса из соображений достаточной теплоизоляции изготовляют из оконного стекла толщиной 24 мм и они обладают коэффициентом теплопроводности 1,1. Отводимый из бокса воздух снова поступает в климатический агрегат и проходит там обработку. Датчик климат расположен не во внутреннем пространстве агрегата, а вовне - в шахте для удаления воздуха из прядильного раствора. Для управления кондиционером, которое возможно и вручную, был подключен компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением от изготовителя. С помощью программы PCC_WIN, версия 1.05, можно задавать программы температуры и влажности, а также все остальные необходимые установки агрегата. Во время прядения возможно обеспечивание температуры и влажности в шахте в зависимости от времени с помощью плоттера. Для измерения наружной температуры подключили дополнительный датчик температуры, и эту величину также сохраняли в цифровом виде. Все основные точки замера оснащены также аналоговыми выходами на случай дооснащения прядильной установки управляющей системой.

Подводящие и отводящие воздухопроводы между кондиционерным агрегатом и башней для удаления воздуха из прядильного раствора состоят из гибких шлангов с двойной изоляцией и внутренним диаметром 100 мм (внешний диаметр 250 мм). Места соединений в каждом случае заключили в изоляцию Armaflex. Поскольку во время прядения возможно выделение, при необходимости, этанола из прядильной массы, который может накапливаться в замкнутом контуре кондиционерного агрегата, башни для удаления воздуха и бокса, установку оснастили газовой сигнализацией от фирмы GfG. В боксе в непосредственной близости от моторов и в контрольном пространстве циркуляционного кондиционерного агрегата установили по одному настроенному на этанол датчику под обозначением MWG 0238 EX. Блок оценки (GMA· 100-BG) дает первый сигнал тревоги, если концентрация этанола в воздухе системы достигает 25% минимума взрывоопасности этанола, а второй сигнал тревоги - при достижении 50% минимума взрывоопасности. Сигнал тревоги поступает также при выходе датчика из строя или его неправильной работе.

В верхней части башни для удаления воздуха из прядильного раствора расположены заслонка с мехом и переходный фланец с тремя выходами, причем на фланце может быть смонтирована прядильная головка с двойными стенками и внешней изоляцией. Согласно акту испытаний на давление прядильную головку можно использовать при давлении до 50 бар (5×10⁶ Па). Внутренний диаметр головки составляет 45 мм, вместимость - 0,33 л прядильной массы.

Пластину с соплами крепят на прядильной головке снизу. Диаметр пластины составляет 89 мм, она имеет выемку глубиной 1,5 мм, в которую вставляют сетку из нержавеющей стали в алюминиевой обойме. Сетка двухслойная, изготовлена из проволоки, причем размер ячейки первого слоя составляет 80 мкм.

Размер ячеек второго опорного слоя равен 315 мкм. Алюминиевая обойма проволочной сетки сконструирована так, что при наложении сетки на пластину с соплами, обойма выступает на 0,5 мм. Если пластину с сетью привинчивают к прядильной головке с моментом 15 Н·м, то сжатое алюминиевое кольцо обеспечивает достаточное уплотнение между прядильной головкой и пластиной. Использовали пластины с 7 или 19 дюзами. Перед каждым отверстием диметром 0,15 мм пластина высверлена на диаметр 3 мм. При длине капилляра 0,45 мм соотношение длины к диаметру получается равным 3. Эскизный чертеж сопла в пластине изображен на Фиг.2.

Температуру прядильной головки с двойными стенками поддерживают с помощью термостата фирмы LAUDA (обозначение RE 112), причем подводящий и отводящий шланги покрыты теплоизоляцией Armaflex.

В трех соединениях переходного фланца между прядильной головкой и башней размещены смотровые окна, что позволяет во время прядения наблюдать выход нити из сопла. При конструировании устройства укладки филаментов, кроме наматывающего блока, была также предусмотрена возможность выкладывания волокон с помощью газового сопла. Для этого сконструировали систему для вытяжки филаментов, состоящую из двух прядильных дисков 159 мм и 220 мм, причем задний диск наклонен на 8° относительно переднего. Привод осуществляют с помощью комбинации из двигателя и тахометра (обозначение S4.3 G 60) и трансмиссии (обозначение 381, 3.71: 1) фирмы Faulhaber. Второй прядильный диск автоматически получает ту же частоту вращения, что и первый.

С помощью регулятора можно обеспечить вращение второго прядильного диска на 10% быстрее первого. Третий прядильный диск работает как мотальная машина, он может работать независимо от устройства вытяжки. Он состоит из металлического стержня, также приводимого в движение комплексом из тахометра и двигателя от фирмы Faulhaber; на стержень можно насадить картонную гильзу. Эта гильза состоит из пяти отдельных круговых сегментов [секторов], которые посредством системы пружин соединены в круг диаметром 159 мм. При разгрузке пружин диаметр гильзы уменьшается со 159 до 143 мм. Пять сегментов оклеены снаружи тефлоновой пленкой.

Третий прядильный диск смонтирован на нагрузочном устройстве фирмы Isel-Automation. С помощью шагового мотора с обозначением 160 МСМ в мотальной машине можно задать натяжение нити [шаржировать] на длину до 500 мм. Частоту шаржировки при движениях блока вперед и назад можно задавать в интервале 2-16 мин^-1, а с помощью второго управляющего блока можно перемещать прядильный диск вручную. Блок управления для моторов прядильных дисков и шагового мотора шаржировки изготовили из контроллеров (IT I42-C), управляющего устройства для одноосного шагового мотора с картой-адаптером и управляющей карты (UMS 6) фирмы Isel-Automation. Схематическое изображение системы галет и кондиционерного агрегата представлено на Фиг.3.

Согласно изобретению целесообразно налагать ваточные холсты (в тексте в дальнейшем используют только термин «холст» как синоним для волокнистого и крученого холста) на раны, либо имеющие первичные серозные выделения, либо вторично обработанные физиологическим раствором (0,9% поваренной соли), или вкладывать их в такие раны. Благодаря рассасыванию холста в ране в процессе заживления отпадает необходимость удаления холста во время или после заживления раны. Плотность волокон в холсте можно произвольно задавать процедурой уплотнения и варьировать ее соответственно виду и глубине раны. Как правило, область применения распространяется на раны глубиной 1-20 мм, предпочтительно - 2-12 мм, в зависимости от толщины эпидермиса.

Кроме того, варьируя параметры изготовления бесконечных волокон и холстов (выбирая группы Х в SiX₄, условия протекания гидролитической конденсации и таким образом выбирая долю неполимеризованных гидроксильных групп и т.д., см. DE-C 19609551), можно регулировать время рассасывания волокон и, таким образом, холста, задавая их соответственно условиям раны. Так, в зависимости от условий, время рассасывания можно задавать в пределах от 3 до 180 суток, причем продлевать этот интервал можно бесступенчатым образом. При этом изобретатели обнаружили, что время рассасывания холста можно регулировать и настраивать соответственно условиям влажной раны, варьируя количество гидроксильных групп в волокне или в холсте, а также добавляя морфогенные факторы (ускорители заживления), связанные с огромной гидрофильной поверхностью волокон (в холсте) химически через гидроксильные группы или физически благодаря обратимой физической сорбции. Оказалось благоприятным, чтобы на каждом пятом - каждом десятом атоме кремния присутствовала функциональная гидроксильная группа. Под функциональной гидроксильной группой в данном случае понимают свободное место для возможной реакции в форме гидроксильной группы, где посредством водородных связей или конденсации к холсту могут быть прикреплены, например, медикаменты, такие как антибиотики, противогрибковые препараты, стероиды и вообще медикаменты с местным или системным действием, которые затем могут шаг за шагом высвобождаться. Время рассасывания в таком случае составляет около 30 суток, а продукты распада (SiO₂ или SiO(OH) в виде наночастиц), как правило, имеют диаметр 0,5-1 нм. Структуру при этом точно определяют с помощью ЯМР-спектроскопии кремния в твердом виде, в особенности в форме Q4. Согласно изобретению целесообразно использовать давление в 1-10 бар (10⁵-10⁶ Па), предпочтительно 2-3 бар, целесообразное время реакции в процессе прядения составляет 20-60 секунд, а температуру поддерживают (в процессе прядения) предпочтительно на уровне 15-23°С, в особенности - на уровне 20°С.

Благодаря геометрии волокон наблюдают даже ускорение заживления ран (Tissue Guiding). При этом гелевые волокна, обладающие высокой гидрофильностью и формирующие двухмерные или трехмерные структуры, служат физическим каркасом, к которому могут прикрепляться пролиферирующие клетки, формируя соответствующий месту, преимущественно коллагеновый матрикс. Поскольку химическое окружение волокон приблизительно нейтрально (рН 7,0±0,2), а органические продукты распада отсутствуют, не возникают какие бы то ни было реакции на инородные тела или раздражения вновь формирующихся клеток. Более того, происходит постоянная физиологическая стимуляция заживления раны, обусловленная накоплением вышеназванных морфогенных факторов (стероиды, цитокины, ТНФ-альфа, ТГФ-бета 1 и 2, интерлейкины IL-1, PDGF, EGF и т.д.), выделяемых раной. В противоположность гелеобразным или вязким материалам органического происхождения (коллаген, гиалуроновая кислота, фибрин), неорганические волокна не несут потенциальной опасности заражения известными (ВИЧ, гепатит В, БГЭ, прионами и т.д.) или до сих пор неизвестными инфекциями. Кроме того, свойства неорганических материалов можно задавать и регулировать чрезвычайно точно. Благодаря этому достигнуто существенное улучшение качества и свойств по сравнению с органическими материалами.

Волокно, используемое по изобретению, существенно отличается от обычных биоматериалов, разлагаемых биологически или подверженных биорассасыванию, по меньшей мере, четырьмя следующими признаками: оно обеспечивает (1) улучшенную адгезию клеток (прикрепление клеток к волокну) и делает возможной (в противоположность известным материалам) пролиферацию (размножение) клеток. (3) форма и прочность волокон остаются постоянными, а также (4) пролиферация клеток и клеточный метаболизм поддерживают в течение длительного времени.

(1) Адгезия клеток:

Особые геометрия и морфология волокон обеспечивают во всех без исключения случаях, сравнительно с обычными материалами, подверженными биорассасываемости (например, полигликолевой кислотой (ПГК), альгинатами и коллагеном), ускоренную инициализацию и качественно лучшее прикрепление клеток к поверхности волокон (это улучшение представлено на Фиг.4). Это гарантирует быстрое и надежное распределение и прорастание клеток вдоль находящихся в ране волокон во все участки раны. Начиная с клеток, закрепившихся на волокнах, далее возникают благоприятные условия для распределения вновь сформировавшихся клеток в т.ч. и в отдалении от волокон (ключевой термин: cell compound proliferation). Это полезное свойство волокон, используемых по изобретению, наглядно проиллюстрировано с использованием сканирующей электронной микроскопии, гистологических и иммунологических исследований, также конфокальной микроскопии.

(2) Пролиферация клеток:

Особые геометрия и морфология волокон обеспечивают более раннее начало, ускоренное протекание, а также большую продолжительность клеточной пролиферации по сравнению с обычными материалами, подвергающимися биологическому разложению или биодеградации. Это свойство благоприятно сказывается на указанных в (1) преимуществах, позволяя полнее использовать ускоренную и улучшенную адгезию клеток на поверхности волокон. Метаболическая активность клеток, измеренная с помощью теста с аламаром синим в качестве референтного параметра клеточной пролиферации и клеточной активности, существенно возросла по прошествии коротких и средних сроков (1, 2 и 4 недели) по сравнению с такими обычными материалами, как ПГК и коллаген. Отношение метаболической активности клеток с матриксом из ПГК, коллагена и таковой с матриксом из SiX₄ (волокна по изобретению) составляет 1:5:11 (1 неделя), 2,5:1:6 (2 недели) и 1,2:0,8:6 (4 недели). Вначале (по прошествии 24 часов) это отношение составляло, однако, лишь 1:4,5:4. Это доказывает, что используемое по изобретению волокно проявляет свои преимущества только по истечении относительно длительного времени - по меньшей мере, одной недели, а лучше - 4 недель.

(3) Сохранение формы волокон и их стабильность:

Как было подтверждено данными сканирующей ЭМ, гистологическими и макроскопическими исследованиями, волокно по изобретению при трехмерном расположении дольше сохраняет заданную форму и позже сжимается (геометрия и морфология волокон сохраняется дольше) по сравнению с обычными материалами, рассасывающимися биологическим способом: обычные материалы, например, ПГК и коллаген съеживаются (агломерируют) в 4-6 раз за 4 недели; кроме того, за это время они могут терять форму, в то время как волокно по изобретению полностью сохраняет форму и стабильность (этот феномен представлен на Фиг.5). Это обстоятельство обеспечивает надежность формирования вновь образуемой ткани и гарантирует даже в случае крупных ран достаточную диффузию питательных веществ и метаболитов. Кроме того, в отличие от материалов с меньшей устойчивостью формы, используемых для этих целей на нынешнем техническом уровне, это делает возможным формирование новых сосудов и способствует ему. Таким образом, в отличие от известных из уровня техники материалов, например, ПГК или коллагена, при использовании материалов по изобретению впервые становится возможным формирование сосудов и тканей также в случае крупных ран и, соответственно, их заживление. В этом отношении важна устойчивость формы волокон по изобретению, ведущая к механической стабилизации, особенно в коже. При использовании многослойной повязки по изобретению вновь образованная ткань в достаточной мере снабжается питательными веществами. Это снабжение происходит не только путем диффузии, но и посредством прямого транспорта питательных веществ через вновь образованные сосуды и ткань в холсте с открытыми порами. Что касается устойчивости формы, добавляются положительные качества, описанные в (1) и (2): пролиферация клеток и клеточная адгезия.

Эти утверждения были наглядно проиллюстрированы с использованием следующих аналитических методов: сканирующая электронная микроскопия, гистология, макроскопические исследования.

(4) Долгосрочное поддержание клеточной пролиферации и клеточного метаболизма:

Особые геометрия и морфология волокон обеспечивают более длительное поддержание клеточной пролиферации по сравнению с обычными материалами, подвергающимися биологическому рассасыванию, что обеспечивает надежное формирование ткани и ее регенерацию. Метаболическая активность клеток, также измеренная с помощью теста с аламаром синим в качестве стандарта клеточной пролиферации и активности клеток, при использовании по изобретению волокон SiX₄ по прошествии 4 недель существенно превосходит таковую, получаемую при использовании таких обычных биоматериалов, как ПГК и коллаген. Соотношение для коллагена, ПГК и SiX₄ 1:1,5:12, соответственно (Фиг.6).

Упомянутое исследование с аламаром синим (восстановление alamarBlue™) необходимо кратко описать.

Внутренняя среда пролиферирующих клеток отличается преобладанием восстановленных форм по сравнению с таковой непролиферирующих клеток. В частности, отношения NADPH/NADP, FADH/FAD, FMNH/FMN, и NADH/NAD выше во время пролиферации. Вещества, подобные alamarBlue™, восстанавливаемые этими промежуточными продуктами обмена веществ, можно использовать для измерения и записи уровня пролиферации клеток. Окислительно-восстановительный потенциал alamarBlue™ составляет+380 mV (pH 7.0, 25°С). Таким образом, alamarBlue™ подвергается восстановлению со стороны NADPH (Ео=-320 mV), FADH (Eo=-220 mV), FMNH (Eo=-210mV), NADH (Ео=-320 mV) и цитохромов (Ео от 290 mV до +80 mV). Так как alamarBlue™ в результате получает от этих веществ электроны, в зависимости от своего окисленного ил