Гидрогель для замещения дефектов биологических тканей



Владельцы патента RU 2643922:

Занин Сергей Александрович (RU)
Туровая Алла Юрьевна (RU)
Читанава Тамара Вангельевна (RU)
Шанава Дато Гурилиевич (RU)
Каде Азамат Халидович (RU)
Трофименко Артем Иванович (RU)
Шамоян Гоар Московна (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кубанский государственный медицинский университет Министерства Здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО КубГМУ, Минздрава России) (RU)
Джопуа Максим Астамурович (RU)

Изобретение относится к области медицины, а именно к тканевой инженерии, и может быть использовано для заместительной, реконструктивной и регенеративной хирургии. Описан гидрогель, содержащий, мас.%: альгинат натрия - 5-10; D-аспарагин - 0,01-1,0; силикат натрия или силикат калия - 0,05-1,0; остальное - высокоочищенная вода. Препарат позволяет получить на 40-е сутки внутримышечного введения мелкоячеистый конструкт, с единичными клетками, находящимися в стенках его ячеек, на границе имплантата видны клетки с удлиненными ядрами, по морфологии сходные с миоцитами. 1 пр., 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к тканевой инженерии и регенеративной медицине, и может быть использовано для заместительной, реконструктивной и регенеративной хирургии.

Обширные повреждения внутренних органов восстанавливаются в ограниченном объеме, на их месте, как правило, формируется соединительнотканный рубец, что обусловлено низкой пролиферативной активностью зрелых клеток, особенностями архитектоники повреждаемой биологической ткани и особенностями межклеточного матрикса в постнатальном периоде онтогенеза. В частности, обращает на себя внимание ограниченная способность поперечно-полосатой скелетной мускулатуры к самостоятельной регенерации, что оправдывает необходимость в разработке методик ее артифициального восстановления.

Перспективным направлением для восстановления обширных дефектов биологических тканей, в том числе мышечной, является их заполнение гидрогелем, который с одной стороны может выполнять функцию каркаса для пролиферирующих клеток, а с другой быть носителем для различных лекарственных препаратов и даже стволовых клеток (Севастьянов В.И. Технологии тканевой инженерии и регенеративной медицины // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014. №3. С. 93-108).

Известен инъекционный гетерогенный биополимерный гидрогель на основе гидролизата эмбриональных или постнатальных коллагенсодержащих тканей животного происхождения (Севастьянов В.И., Перова Н.В. Инъекционный гетерогенный биополимерный гидрогель для заместительной и регенеративной хирургии и способ его получения // Патент России №2433828, 20.11.2011. Бюл. №32). Важнейшим недостатком данного гидрогеля, а также аналогичных продуктов, в состав которых входит коллаген, является непредсказуемая по срокам их биодеградация, зависящая от индивидуальных особенностей организма, зачастую время существования гидрогелевой матрицы недостаточно для формирования полноценного регенеранта.

Известен биоактивный резорбируемый пористый 3d-матрикс для регенеративной медицины получаемый на основе полилактида (Севастьянов В.И., Попов В.К. Биоактивный резорбируемый пористый 3d-матрикс для регенеративной медицины и способ его получения // Патент России №2533457, 20.11.2014. Бюл. №32).

Важнейшим недостатком данного матрикса является необходимость его хирургической имплантации в пораженную ткань или орган, в то время как инъекционное введение гидрогелей является низкоинвазивным. Преимуществом инъекционно вводимых гидрогелей, в отличие от предложенного матрикса, является равномерное заполнение ими всего объема дефекта биологической ткани, а также удобство применения.

Известен также биодеградируемый полимерный гидрогель на основе таксанов (Власов Г.П., Палтуев P.M., Семиглазов В.Ф. Биодеградируемый полимерный носитель для постановки противоопухолевого лекарственного средства (варианты) // Патент России №2493848, 27.09.2013. Бюл. №27). Предложенный гидрогель на основе таксанов выступает как эффективная система по доставке лекарственных препаратов в пораженный орган.

Главным недостатком гидрогеля на основе таксанов, является невозможность его использования в качестве каркаса для пролиферации клеток и регенерации органа.

Известен также гидрогель карбоксиалкиламида хитозана (Ложье Э., Гуше Ф., Перро Ж-П. Гидрогель карбоксилалкиламида хитозана, его приготовление и применение в косметологии и дерматологии // Патент России №2476201, 27.02.2013. Бюл. №6).

Важнейшим недостатком данного гидрогеля является его несостоятельность в качестве конструкта для пролиферации клеток паренхимы внутренних органов, он используется как препарат для местного применения при лечении ожогов кожи.

Ближайшим аналогом предлагаемого гидрогеля является биогель альгината натрия с добавлением хитозана (Юсова А.А., Гусев И.В., Липатова И.М. Свойства гидрогелей на основе смесей альгината натрия с другими полисахаридами природного происхождения // Химия растительного сырья, 2014, №4, с. 59-66). В состав данного биогеля входят альгинат натрия и сукцинилированный хитозан.

Альгинат натрия - порошок белого цвета, по химической формуле представляет собой семейство неразветвленных двойных сополимеров: остатков β-D-маннуроновой кислоты и α-L-гулуроновой кислоты, соединенных 1→4 гликозидными связями. При добавлении воды превращается в гелеобразную массу.

Сукцинилированный хитозан - карбоксил-содержащее водорастворимое производное хитозана, получаемое по реакции N-ацилирования путем обработки хитозана янтарным ангидридом в его уксусном растворе. Гетерополимер D-глюкозоамина и N-ацетил-D-глюкозоамина, соединенных 1,4-β-гликозидной связью, хитозан обладает антибактериальными, антигрибковыми, антивирусными и иммуномодулирующими свойствами, может быть использован как компонент гелевых композиций, как доставщик лекарственных веществ.

Основным недостатком биогеля на основе альгината натрия с добавлением хитозана является: отсутствие добавок, оказывающих влияние на пролиферацию клеток, что способствует заселению гелевого имплантата фибробластами. Так, внутримышечное введение биогеля на основе альгината натрия и сукцинилированного хитозана сопровождается образованием соединительнотканной капсулы вокруг имплантата, что значительно затрудняет заселение его клетками паренхимы задействованного органа.

Задачи: Улучшить регенерацию биологических тканей путем введения гидрогеля образующего в области места повреждения каркас для регенерации пораженного органа. Разработать биосовместимый гидрогель, устойчивый к спонтанной биодеградации, контролируемыми механическими свойствами и архитектоникой образующегося в тканях, после введения геля, тканеинженерного конструкта.

Гидрогель для замещения дефектов биологических тканей, в качестве основного компонента, включает альгинат натрия с модифицирующими добавками (D-аспарагин и силикат натрия (или силикат калия), что, в отличие от биогеля на основе альгината натрия с добавлением хитозана, позволяет регулировать скорость биодеградации, механические свойства и морфологию образующегося в тканях, после введения геля, тканеинженерного конструкта.

Гидрогель, предлагаемый для заполнения дефектов биологических тканей, в том числе крупных мышечных дефектов, состоит из (в мас.%):

- альгинат натрия от 5% до 10% по массе

- D-аспарагин от 0,01% до 1% по массе

- силикат натрия (или силикат калия) от 0,05% до 1% по массе

- остальное - высокоочищенная вода.

Разброс массовых долей компонентов препарата обусловлен различием к предъявляемым требованиям по структурным и механическим характеристикам гидрогелевого имплантата. Повышение содержания альгината натрия в пределах предложенных мас.% позволяет увеличить плотность, прочность, а также сократить размер ячеек формирующегося в тканях, после введения гидрогеля, конструкта. Варьируя процентное содержание альгината натрия, можно заполнять дефекты разных по своим механическим свойствам и строению тканей.

С ростом содержания D-аспарагина, обладающего антипролиферативными свойствами, увеличивается временной отрезок от имплантации гидрогеля до заселения его клетками, что препятствует его инкапсуляции соединительнотканной оболочкой и тормозит массивное заселение образующегося конструкта пролиферирующими фибробластами.

С ростом содержания силиката натрия (или силиката калия) в образующемся после имплантации гидрогеля конструкте, увеличивается содержание кремниевых кислот, которые повышают прочность и значительно продлевают время существования образующегося в тканях полимерного каркаса, предназначенного для заселения клетками регенерирующей ткани.

Техническим результатом изобретения является внутримышечное введение гидрогеля на основе альгината натрия, D-аспарагина и силиката натрия (или силиката калия), что проявляется на 40-е сутки от начала исследования наличием мелкоячеистого конструкта, с единичными клетками, находящимися в стенках его ячеек, на границе имплантата видны клетки с удлиненными ядрами, по морфологии сходные с миоцитами, признаков образования фиброзной капсулы вокруг имплантата не выявлено.

Таким образом, применение имплантатов на основе предлагаемого альгинатного геля модифицированного силикатом натрия (или силикатом калия) с добавкой D-аспарагина перспективно для разработки нового метода лечения грубых дефектов мышечной ткани.

Основными компонентами гидрогеля являются альгинат натрия, D-аспарагин и силикат натрия (или силикат калия):

Натрия альгинат - Химическая формула: (C6H7O6Na)n. Представляет собой соль альгиновой кислоты, натуральный полисахарид, добываемый из красных и бурых морских водорослей. В готовом виде он выглядит как светло-бежевый порошок, прекрасно впитывающий воду. Именно гигроскопичность натрия альгината позволяет эффективно использовать его в качестве удерживающего влагу агента, а также гелеобразователя, стабилизатора и вещества для капсулирования лекарств.

D-аспарагин - Химическая формула D-аспарагина: C4H8N2O3. D-аспарагин представляет собой белый кристаллический порошок без запаха, растворимый в воде, химическое название - правовращающий изомер моноамида аспарагиновой кислоты.

Силикат натрия - Химическая формула: Na2SiO3. Представляет собой белый мелкодисперсный порошок без определенного вкуса и запаха. Растворяясь в воде, образует вязкий раствор. В разбавленных растворах силикат натрия распадается на анионы кремниевой кислоты и катионы натрия. Под действием на силикат натрия кислот образуются кремниевые кислоты, степень полимеризации которых зависит от условий протекания химической реакции.

Силикат калия - Химическая формула: K2SiO3. Представляет собой белый мелкодисперсный гигроскопичный порошок без определенного вкуса и запаха. Растворяясь в воде, образует вязкий раствор. В разбавленных растворах силикат калия распадается на анионы кремниевой кислоты и катионы калия. Под действием на силикат калия кислот образуются кремниевые кислоты, степень полимеризации которых зависит от условий протекания химической реакции.

Препарат получают путем растворения 0,5-1 г порошка D-аспарагина в 50 мл высокоочищенной воды в термостате при 40°C, далее к полученной смеси при постоянном помешивании добавляют 5-10 г порошка альгината натрия, полученную смесь выдерживают в термостате при 45°C в течение суток. Далее проводят растворение 0,05-1 г силиката натрия (или силиката калия) в 30 мл высокоочищенной воды. Затем проводят смешивание приготовленных раствором, полученную смесь доводят до 100 мас.% высокоочищенной водой и обрабатывают в гомогенизаторе при 10 тыс. об/мин, в течение 30 минут, при обязательном охлаждении стакана гомогенизатора на ледяной бане. На заключительном этапе препарат выдерживают в термостате при 45°C в течение 12 часов, затем гидрогель готов к использованию.

Препарат апробирован на 24 белых нелинейных самцах крыс средней массой 272±15 грамм, с помощью внутримышечной инъекции в левую бедренную мышцу крыс вводили полученный гидрогель, далее, под влиянием катионов кальция, содержащихся в биологических жидкостях, происходила его полимеризация, с образованием ячеистого конструкта. Эвтаназию проводили на 40 сутки от начала исследования путем декапитации предварительно наркотизированных крыс. Мышцы фиксировали в 10% нейтральном растворе параформальдегида. Выполняли проводку образцов через изопропанол, с последующей заливкой в парафин. Парафиновые блоки нарезали на срезы толщиной 10 мкм на микротоме МПС-2 (СССР). Окрашивание микропрепаратов проводили гематоксилином и эозином.

На микропрепаратах мышечной ткани, полученных от крыс, получивших внутримышечную инъекцию препарата, на границе с геля с мышцей, в перемычках образующихся сетчатых структур каркаса появились единичные клетки с удлиненными ядрами (предположительно миоциты). Признаков наличия соединительнотканной капсулы вокруг имплантата не выявлено. Результаты эксперимента подтверждены на рис. 1 и 2, на которых прослеживается ячеистая структура образующегося после введения гидрогеля каркаса, расположенные в области стенок ячеек каркаса клетки с удлиненными ядрами.

Пример 1. Нелинейный самец крысы, массой 265 гр, получил инъекцию 0,5 мл препарата в мышцы правого бедра. Для операции применяли золетил-ксилазиновый наркоз. Эвтаназия была проведена на 40 сутки, после чего, с помощью экзартикуляции, от трупа отделяли правую заднюю конечность, затем удаляли с нее шкуру и голень. Мышцы бедра фиксировали в 10% нейтральном растворе параформальдегида. Выполняли проводку образцов через изопропанол, с последующей заливкой в парафин. Парафиновые блоки нарезали на срезы толщиной 10 мкм на микротоме МПС-2 (СССР). Окрашивание полученных гистологических срезов проводили гематоксилином и эозином, далее после обезвоживания в ряду спиртов микропрепарат заключали под покровное стекло с помощью полистироловой смолы. Приготовленный микропрепарат, сфотографировали с помощью камеры Levenhuk-230 (США). Результаты эксперимента подтверждены рис. 1 и 2, где рис. 1 показывает область сформировавшегося из введенного препарата сетчатого каркаса и расположенные рядом волокна поперечно-полосатой скелетной мышечной ткани. На границе с мышцей, в перемычках сетчатого каркаса, видны единичные клетки с удлиненными ядрами (предположительно миоциты), фото сделано под увеличением в Х40 (окраска гематоксилином эозином). На рис. 2 виден сетчатый каркас с единичными клетками, расположенными в стенках его ячеек, прослеживаются отдельные участки, морфологически сходные с формирующимися мышечными волокнами, фото сделано под увеличением X100 (окраска гематоксилином эозином).

Гидрогель для замещения дефектов биологических тканей, содержащий альгинат натрия, отличающийся тем, что гидрогель имеет, мас.%:

- Альгинат натрия - 5-10,

- D-аспарагин - 0,01-1,0,

- Силикат натрия или силикат калия - 0,05-1,0,

- Остальное - высокоочищенная вода.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, а именно к дерматологии и стоматологии и может быть использовано для лечения красного плоского лишая в полости рта. Для этого в добавление к традиционной терапии после высушивания слизистой оболочки в качестве эпителизирующего средства используется l-аргинин в сочетании с гелем Тизоль, в соотношении 5 частей Тизоля к 1 части l-аргинина, путем нанесения аппликаторной кисточкой или монопучковой щеткой первого слоя гелем Тизоль, а потом через 10-15 секунд до 6 слоев Тизоля в сочетании с l-аргинином, курсом 14 дней по 2 раза в день.
Группа изобретений относится к фармацевтической промышленности, а именно к фармацевтическим лиофилизированным препаратам. Фармацевтический лиофилизированный препарат, включающий: ботулотоксин, полисорбат и метионин, и один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из сахара, сахароспирта и ионного соединения, взятых при определенном соотношении, причем ионное соединение выбрано из хлорида натрия, фосфата натрия, фосфата аммония, сульфата магния, ацетата натрия, сукцината натрия, пропионата натрия и фосфата калия, в котором препарат не содержит альбумин и в котором стабильность ботулотоксина поддерживается в течение по меньше мере 30 дней при 40°С и 70% относительной влажности (варианты).

Изобретение относится к медицине, конкретно к химико-фармацевтической промышленности, а именно к применению аскорбата лития в дозе, по меньшей мере, 5 мг/кг в качестве средства для профилактики и лечения хронической алкогольной интоксикации.
Изобретение относится к медицине и фармацевтической промышленности и представляет собой гемостатическое покрытие в форме губки или пленки, содержащее основу и активное вещество цеолит, отличающееся тем, что в качестве основы содержит альгинат натрия, пластификатор и воду, а в качестве активного вещества природный цеолит (Na2+, K2+)О⋅Al2O3⋅8SiO2⋅10Н2О, причем компоненты в гемостатическом покрытии находятся в определенном соотношении, в масс.
Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой средство для промывания носовой полости, носоглотки и полости рта на основе природного сырья, включающее в себя ионы натрия (Na+), калия (К+), кальция (Са2+), магния (Mg2), хлора (Cl-) и брома (Br-), отличающееся тем, что в качестве природного сырья оно содержит водный раствор сухого концентрата рапы соленых озер с концентрацией в пределах от 0,5 до 10%, с рН в пределах от 7,2 до 8,3, осмолярностью 276-278 мОсм/л, с определенным ионным составом в расчете мг/мл.

Изобретение относится к технологии получения противоожоговых и ранозаживляющих лекарственных средств и может быть использовано в медицинской практике. Предлагается способ получения антибактериальной композиции, включающей основный ацетат меди, смешением растворов ацетата меди с концентрацией 0.001-0.01 М и раствора гидрокарбоната натрия с концентрацией 0.0012-0.012 М в мольном соотношении реагентов 1:1.2, содержащих поверхностно-активное вещество (ПАВ) в интервале концентраций от 2- до 7-кратной критической молярной концентрации мицеллобразования; повышение эффективности воздействия композиции, содержащей основный ацетат меди, достигается за счет нано- и микроразмеров образующихся частиц основного ацетата меди.
Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в оториноларингологии. Предлагаемая адгезивная полимерная растворимая пленка для депонирования лекарственных веществ на поверхности слизистой оболочки носа и верхнечелюстного синуса содержит, в мас.%: оксипропилметилцеллюлоза - 30, пектин - 20, лидокаина гидрохлорид - 10, Полисорб МП - 10 и дистиллированную воду – остальное.

Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии. Выполняют внутрибрюшную санацию и кишечный перитонеально-интестинальный лаваж с использованием озона под контролем внутрибрюшного давления.

Изобретение относится к способу получения нанокапсул оксидов металлов. Указанный способ характеризуется тем, что 1 г оксида металла медленно добавляют в суспензию 3 г агар-агара в изопропаноле в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1200 об/мин, далее приливают 5 мл гексана, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Изобретение относится к области ветеринарии и предназначено для лечения и профилактики паразитозов мелких домашних животных. Препарат содержит авермектины, меланин гречихи, спирт изопропиловый, Твин-80, 1,2-пропиленгликоль и пищевую приманку при следующем соотношении компонентов, мас.

Группа изобретений относится к медицине. Описаны биоразлагаемые устройства, такие как имплантаты для контролируемой доставки терапевтических агентов, в частности больших молекул, таких как белки и антитела.

Изобретение относится к ветеринарной медицине, в частности к гельминтологии, и может служить для профилактики или лечения овец от острой или хронической формы фасциолеза.

Группа изобретений относится к области ветеринарии, в частности к способу получения препарата для профилактики инфекций пищеварительного тракта у сельскохозяйственной птицы.
Изобретение относится к медицине и фармацевтической промышленности и представляет собой гемостатическое покрытие в форме губки или пленки, содержащее основу и активное вещество цеолит, отличающееся тем, что в качестве основы содержит альгинат натрия, пластификатор и воду, а в качестве активного вещества природный цеолит (Na2+, K2+)О⋅Al2O3⋅8SiO2⋅10Н2О, причем компоненты в гемостатическом покрытии находятся в определенном соотношении, в масс.

Изобретение относится к пищевому волокну из злаков для применения с целью замедления или иного снижения эффекта насыщения лечебного питания или лекарственного средства, где лечебное питание или лекарственное средство предназначено для перорального или гастроэнтерального применения человеком.

Изобретение относится к области биохимии и биотехнологии, в частности, к белку, связывающему DLL4 и VEGF. Указанный белок содержит первую и вторую полипептидные цепи, каждая из которых имеет два вариабельных домена, связанных линкером.

Изобретение относится к способу получения водорастворимых полисахаридов из корней одуванчика лекарственного. Указанный способ характеризуется тем, что корни одуванчика лекарственного измельчают, экстрагируют троекратно горячей очищенной водой при соотношении сырье:экстрагент 1:10, причем колбу с сырьем и экстрагентом помещают в ультразвуковую ванну, после экстракции растительный материал отделяют путем фильтрации, водорастворимые полисахариды осаждают троекратным количеством 95%-ного этилового спирта при перемешивании, охлаждая в морозильной камере, фильтруют осадок через предварительно высушенный беззольный бумажный фильтр под вакуумом, промывают осадок на фильтре последовательно раствором 95%-ного этилового спирта в очищенной воде и смесью этилацетата и 95%-ного этилового спирта, высушивают фильтр с осадком до постоянной массы.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для использования в клинической микробиологии. Для ингибирования продукции стафилококковых энтеротоксинов и удаления стафилококковых энтеротоксинов типов А и В из биологических субстратов применяют 18,2% раствора энтеросгеля - при содержании полиметилсилоксана полигидрата - 70 г, вода очищенная - 30 г на 100 г продукта.
Изобретение относится к области косметологии и представляет собой средство для лечения телеангиоэктазий, включающее фермент класса гидролаз субтилизин, троксерутин, стабилизатор динатрия эдетат, троламин, карбомер и воду, причем компоненты в средстве находятся в определенном соотношении, в мас.
Изобретение относится к медицине и фармацевтической промышленности и представляет собой гемостатическую губку, содержащую основу, а в качестве активного вещества - соли железа, отличающуюся тем, что основа и активное вещество высушены сублимационной сушкой, при этом в качестве основы губка содержит альгинат натрия, а в качестве активного вещества - сульфат железа, причем компоненты в губке находятся в определенном соотношении в конечном водном растворе, в объеме 1 литр в %.

Изобретение относится к медицине, в частности к токсикологии. Предложен способ снижения неблагоприятных эффектов комбинированного действия наночастиц оксидов меди (CuO), цинка (ZnO) и свинца (PbO) на организм в группах риска, охватывающих лиц, которые подвергаются такому воздействию в производственных условиях.

Изобретение относится к области медицины, а именно к тканевой инженерии, и может быть использовано для заместительной, реконструктивной и регенеративной хирургии. Описан гидрогель, содержащий, мас.: альгинат натрия - 5-10; D-аспарагин - 0,01-1,0; силикат натрия или силикат калия - 0,05-1,0; остальное - высокоочищенная вода. Препарат позволяет получить на 40-е сутки внутримышечного введения мелкоячеистый конструкт, с единичными клетками, находящимися в стенках его ячеек, на границе имплантата видны клетки с удлиненными ядрами, по морфологии сходные с миоцитами. 1 пр., 2 ил.

Наверх