Способ получения тромборезистентных полимерных материалов
Владельцы патента RU 2388495:
Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) (RU)
Изобретение относится к области химии полимеров и медицины, а именно к способу получения тромборезистентных полимерных материалов, которые находят широкое применение в медицинской промышленности для изготовления контактирующих с кровью изделий, например протезов кровеносных сосудов, деталей имплантируемых в живой организм искусственных органов, магистралей аппаратов искусственного кровообращения, емкостей для хранения и переливания крови и т.д. Способ получения тромборезистентных полимерных материалов заключается в смешивании полимера с модифицирующим агентом, а в качестве модифицирующего агента используют инертные по отношению к свертывающей системе крови водорастворимые соединения в количестве 0,3-3,5% мас. Изобретение позволяет получать тромборезистентные полимерные материалы с пониженной склонностью к адгезии тромбоцитов и пониженной способностью к образованию фибриновых тромбов на поверхности материала при отсутствии воздействия на свертывающую систему всей крови, о чем свидетельствует увеличение времени образования фибринового сгустка с 60-80 секунд до 110-240 секунд. 3 табл.
Изобретение относится к области химии полимеров и медицины, а именно к способу получения тромборезистентных полимерных материалов, которые находят широкое применение в медицинской промышленности для изготовления контактирующих с кровью изделий, например протезов кровеносных сосудов, деталей имплантируемых в живой организм искусственных органов, магистралей аппаратов искусственного кровообращения, емкостей для хранения и переливания крови и т.д.
Все применяемые в настоящее время в контакте с кровью материалы не являются истинно тромборезистентными. Контакт крови с любым чужеродным материалом, включая полимеры, приводит к немедленному ее свертыванию, что является естественной защитной реакцией организма. Положительные результаты имплантации некоторых полимерных материалов определяются либо относительно небольшими размерами имплантата (сердечные клапаны), либо тем, что в условиях интенсивного кровотока продукты тромбообразования постоянно смываются с поверхности полимера и гидролизуются фибринолитическими ферментами крови. В обоих случаях защитные системы организма в состоянии справиться с тромбоэмболией.
Известно, что процесс свертывания крови на поверхности полимеров включает несколько этапов [Смурова Е.В., Доброва Н.Б. Создание полимерных материалов с тромборезистентными свойствами. Химия и технология высокомолекулярных соединений, Москва, ВИНИТИ, 1976, т.10, с.30-60]. Первый этап - адсорбция белков, которая бывает благоприятной и неблагоприятной. Так адсорбция сывороточного альбумина несколько ингибирует дальнейшие этапы свертывания крови на полимерной поверхности, а адсорбция фибриногена, напротив, ускоряет процесс свертывания крови. Второй этап - адгезия и агрегация тромбоцитов с их разрушением и выделением веществ, вызывающих дальнейшую агрегацию тромбоцитов. Третий этап - активация факторов свертывания крови и превращение растворимого фибриногена в нерастворимый фибрин, который вместе с застрявшими в нем форменными элементами крови и представляет тромб.
В связи с этим наиболее распространенным подходом к повышению тромборезистентности полимеров является их модификация биологически активными соединениями, воздействующими на ту или иную стадию процесса тромбообразования [Биосовместимость, под ред. В.И.Севастьянова. Москва, ГУП «Информационный центр ВНИИгеосистем», 1999, с.295-305]. Обычно модификации подвергают поверхность уже готового полимерного изделия, поскольку при модификации исходного сырья в процессе его переработки в изделие происходит разрушение модифицирующих агентов с потерей ими биологической активности.
Известен способ получения тромборезистентных полимеров путем радиационной привитой сополимеризации на их поверхность ненасыщенного производного природного антикоагулянта крови - гепарина или его смеси с гидрофильным мономером [Авт. св. СССР №1120679, C08F 291/00, 1979].
Недостатком этого способа является низкая тромборезистентность полимера (относительный показатель адгезии тромбоцитов, равный отношению числа тромбоцитов на единице площади образца к числу тромбоцитов на единице площади стандарта - стекла, для исходного и модифицированного полимера составляет 1,0±0,2), а также активное воздействие гепарина на свертывающую систему крови (время свертывания контактирующей с полимером крови увеличивается в 7 раз).
Известен способ получения тромборезистентных полимеров путем радиационной привитой сополимеризации на их поверхность хлорангидрида акриловой или метакриловой кислоты с последующей обработкой привитого сополимера раствором гепарина [Авт. св. СССР №1120680, C08F 291/00, 1979].
Недостатком этого способа является активное воздействие полимера на свертывающую систему крови (время свертывания контактирующей с полимером крови увеличивается в 6 раз).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения тромборезистентных полимерных материалов путем смешивания полимера с модифицирующим агентом [Kim S.W., Ebert CD., Lin J., McRea J.C., Nonthrombogenic polymers: pharmaceutical approaches, Journal of American Society Artificial Internal Organs, 1983, v.6, p.76-87]. В качестве модифицирующего агента используют природный антикоагулянт крови - гепарин в количестве менее 0,1% мас. При имплантации в кровоток полученные материалы выступают в роли депо гепарина и повышенная тромборезистентность этих материалов обусловлена вымыванием гепарина в кровь с поверхности имплантата и предотвращением им свертывания крови по обычному механизму действия этого антикоагулянта. Для поддержания тромборезистентности скорость выделения гепарина в кровоток должна быть не менее 4×10-2 мкг/см2 в минуту.
Недостатком этого способа является невысокая тромборезистентность получаемого материала, обусловленная потерей антикоагулятной активности гепарина при контакте с кровью (в плазме крови человека присутствует более 20 белков, способных нейтрализовать антикоагулянтную активность гепарина [Биосовместимость, под ред. В.И.Севастьянова. Москва, ГУП «Информационный центр ВНИИгеосистем», 1999, с.319]), а также снижение свертываемости всей крови под действием выделившегося гепарина, что может приводить к кровотечениям [Биосовместимость, под ред. В.И.Севастьянова. Москва, ГУП «Информационный центр ВНИИгеосистем», 1999, с.295-305].
Задачей изобретения является повышение тромборезистентности полимерных материалов и устранение воздействия модифицирующего агента на свертывающую систему крови.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение тромборезистентности полимерных материалов и устранение воздействия модифицирующего агента на свертывающую систему крови.
Технический результат достигается тем, что в способе получения тромборезистентных полимерных материалов путем смешивания полимера с модифицирующим агентом, в качестве модифицирующего агента используют инертные по отношению к свертывающей системе крови водорастворимые соединения в количестве 0,3-3,5% мас.
Механизм действия модифицирующего агента заключается в непрерывном вымывании его с поверхности полимера с обновлением поверхности и удалении с нее тромбоцитов и белков крови без воздействия на всю свертывающую систему крови. В отличие от полимера, получаемого по способу-прототипу, у которого тромборезистентность обусловлена выделением антикоагулянта и снижением общей свертываемости крови, получаемый полимер является истинно тромборезистентным.
Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, но никоим образом не ограничивают его область.
Пример 1
5 г полиуретана на основе алифатического полиэфира с молекулярной массой 40000 растворяют в диметилформамиде и к раствору добавляют 0,015 г порошка NaCl (0,3% мас.). После перемешивания реакционную массу выливают на стеклянную поверхность и диметилформамид удаляют испарением при температуре 90°С и давлении 20 мм ртутного столба.
Оценку тромборезистентности полученной пленки проводят двумя методами: измеряя время образования фибринового тромба на поверхности пленки и измеряя количество адгезированных тромбоцитов. В первом методе на поверхность пленки наносят каплю (~50 мкл) раствора фибриногена с концентрацией 1,5 мг/мл, к которой добавляют раствор тромбина и измеряют время образования сгустка фибрина.
Оценку адгезии тромбоцитов проводят с использованием метода электронной микроскопии. На поверхность пленки наносят каплю (~50 мкл) богатой тромбоцитами плазмы крови человека. Пленку и плазму выдерживают при 20°С в течение 15 минут. Затем пленку промывают 0.9% раствором NaCl для удаления неадгезированных тромбоцитов и белков. Пленку обрабатывают 2.5% раствором глутарового альдегида в течение 1 часа и промывают последовательно водой, 20%, 70%, 90% и 100% этанолом. Пленку высушивают и напыляют медью. На поверхности выбирают 20 полей размерами (28×28 мкм), на которых измеряют количество тромбоцитов. Оценку воздействия полимера на свертывание крови проводят путем измерения времени свертывания крови после контакта с полимером. Результаты приведены в таблице 1.
Примеры 2-14
Процесс проводят по примеру 1, используя различные модифицирующие агенты и различное их количество. Результаты приведены в таблице 1.
Пример 15 (контрольный)
Процесс проводят по примеру 1, но без использования модифицирующего агента. Результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| № примера | Модификатор и его количество* | Время образования фибринового тромба, с ±10 | Количество адгезированных тромбоцитов на 100 мкм2 | Время свертывания крови после контакта с полимером, мин ±8% |
| 1 | NaCl, 0,3% | 130 | 1.8±0.3 | 6,3 |
| 2 | NaCl, 1,9% | 170 | 1,3±0.3 | 6,0 |
| 3 | NaCl, 3,5% | 210 | 1.0±0.2 | 5,8 |
| 4 | Глюкоза, 1,4% | 120 | 1.9±0.2 | 5,8 |
| 5 | LiCl, 1,7% | 140 | 1.0±0.2 | 6,2 |
| 6 | ПАК, 0,3% | 110 | 1.6±0.3 | 6,0 |
| 7 | ПАК, 2,0% | 120 | 1.5±0.3 | 6,3 |
| 8 | ПАК, 3,5% | 180 | 1.3±0.2 | 6,1 |
| 9 | ПЭГ, 1,0% | 120 | 1.1±0.2 | 6,0 |
| 10 | ПЭГ, 3,0% | 160 | 0.9±0.2 | 5,8 |
| 11 | ПЭГ, 3,5% | 200 | 1.0±0.2 | 5,9 |
| 12 | ПВП, 0,3% | 120 | 1.3±0.2 | 6,3 |
| 13 | ПВП, 0,9% | 170 | 1.2±0.2 | 6,0 |
| 14 | ПВП, 3,5% | 190 | 0.6±0.2 | 5,9 |
| 15, контроль | отсутствует | 70 | 2.6±0.2 | 6,1 |
| *- ПАК - полиакриловая кислота с молекулярной массой 42000, | ||||
| ПЭГ - полиэтиленгликоль с молекулярной массой 12000, | ||||
| ПВП - поливинилпирролидон с молекулярной массой 25000. |
Примеры 16-26
Процесс проводят по примеру 1, используя полиуретан с молекулярной массой 35000 на основе ароматического полиэфира. Результаты приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| № примера | Модификатор и его количество | Время образования фибринового тромба, с ±10 | Количество адгезированных тромбоцитов на 100 мкм2 | Время свертывания крови после контакта с полимером, мин ±8% |
| 16 | NaCl, 0,3% | 160 | 1.4±0.3 | 6,3 |
| 17 | NaCl, 3,5% | 200 | 0.9±0.2 | 5,9 |
| 18 | LiCl, 1,3% | 170 | 1.1±0.2 | 6,5 |
| 19 | ПАК, 0,3% | 130 | 1.5±0.3 | 6,3 |
| 20 | ПАК, 3,0% | 150 | 1.4±0.3 | 6,4 |
| 21 | ПЭГ, 1,0% | 170 | 1.0±0.2 | 6,4 |
| 22 | Глюкоза, 1,8% | 210 | 0.9±0.2 | 6,6 |
| 23 | ПЭГ, 3,5% | 230 | <0,5 | 6,1 |
| 24 | ПВП, 0,3% | 180 | 1.2±0.2 | 6,3 |
| 25 | ПВП, 3,5% | 200 | <0,5 | 6,2 |
| 26, контроль | отсутствует | 60 | 3.1±0.2 | 6,4 |
Примеры 27-35
Процесс проводят по примеру 1, в качестве исходного полимера используя полидиметилсилоксан с молекулярной массой 50000, а в качестве растворителя используя толуол. Пленку полимера готовят испарением толуола при 60°С и давлении 20 мм ртутного столба.
Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Пример 36
Процесс проводят по примеру 15, используя полиуретан на основе ароматического полиэфира. Результаты приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||
| № примера | Модификатор и его количество | Время образования фибринового тромба, с ±10 | Количество адгезированных тромбоцитов на 100 мкм2 | Время свертывания крови после контакта с полимером, мин ±8% |
| 27 | NaCl, 0,3% | 240 | 1.6±0.3 | 6,3 |
| 28 | NaCl, 3,5% | 260 | 1.1±0.2 | 6,8 |
| 29 | Глюкоза, 2,4% | 190 | 1.0±0.2 | 7,0 |
| 30 | ПАК, 0,5% | 190 | 0.9±0.3 | 6,4 |
| 31 | ПАК, 3,5% | 200 | <0,5 | 6,5 |
| 32 | ПЭГ, 1,6% | 210 | 1.1+0.2 | 6,9 |
| 33 | ПЭГ, 3,5% | 230 | <0,5 | 5,9 |
| 34 | ПВП, 0,3% | 220 | 1.1±0.2 | 6,0 |
| 35 | ПВП, 3,0% | 270 | <0,5 | 5,9 |
| 36, контроль | отсутствует | 80 | 2.3±0.2 | 6,8 |
Видно, что модификация полимеров водорастворимыми соединениями приводит к уменьшению количества адгезированных поверхностью полимера тромбоцитов, что сопровождается существенным повышением тромборезистентности полимеров, о чем свидетельствует увеличение времени образования фибринового сгустка на полимере с 60-80 секунд до 110-240 секунд. При этом выделяющиеся в кровь водорастворимые соединения, в отличие от способа-прототипа, не оказывают никакого влияния на свертывающую систему крови (время свертывания крови после контакта с полимером не изменяется), что исключает возможность кровотечений в результате имплантации полимерных изделий.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать тромборезистентные полимерные материалы с пониженной склонностью к адгезии тромбоцитов и пониженной способностью к образованию фибриновых тромбов на поверхности материала при отсутствии воздействия на свертывающую систему всей крови.
Предельные количества модифицирующих соединений, используемых при получении полимерных материалов, определяются следующим. При концентрации модифицирующего соединения менее 0,3% мас. отсутствует эффект повышения тромборезистентности, а при концентрации модифицирующего соединения выше 3,5% мас. наблюдается ухудшение механических свойств исходного полимера.
Способ получения тромборезистентных полимерных материалов путем смешивания полимера с модифицирующим агентом, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего агента используют инертные по отношению к свертывающей системе крови водорастворимые соединения в количестве 0,3-3,5 мас.%.
