CZ20293U1 - Nanovlákenná síťka s nanovlákny s dotovanými liposomy - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká síťky obohacené nanovlákny, která mohou sloužit jako nosiče léčiv s řízeným uvolňováním především v tkáňovém inženýrství.

Dosavadní stav techniky

Rozvoj tkáňového inženýrství je spojen především s vytvářením tkání či celých orgánů z buněk na vhodném nosiči. Úspěchů bylo již dosaženo při vývoji arteficiální chrupavky. Nové metody tkáňového inženýrství vedou například ke zmírnění a zpomalení osteoartrózy. Metody spočívají v odebrání buněk z chrupavky z nemocného kloubu pacienta, jejich namnožení v laboratoři a poté přenesení zpět do kloubu na speciální hmotě, která slouží jako „nosič“. Nej modernější přístupy zahrnují implantace složených biodegradovatelných nosičů, které se obohacují autologními buňkami až v těle pacienta.

V tkáňovém inženýrství se jeví velmi slibně materiály ve formě nanovláken. Nanomateriály se připravují pomocí různých technik, kterými jsou zejména elektrostatické zvlákňování, technika „šelf- assembly“ a fázová separace. Tyto techniky založené na různých fyzikálních principech se využívají k přípravě nanomateriálů s jedinečnými vlastnostmi. Upřednostňované polymery pro vlákna použitá v popisované vlákenné kompozici jsou jednoduché polymery, kopolymery a polymemí směsi: póly (kyselina L-laktidová), póly (kyselina DL-laktidová), polykaprolakton, kyselina polyglykolová, polyvinylalkohol nebo polyanhydrin. Také mohou být použity přírodní polymery jako jsou reorganizovaný kolagen, fibrin, chitosan. Kolagen typu I, fibrin a polykaprolakton (PCL) jsou díky svým biofyzikálním vlastnostem a biokompatibilitě vhodné materiály k osazování různými typy buněk a tak k jejich využití v tkáňovém inženýrství. Nanovlákna mohou být obohacena o léčiva a další faktory, které mohou působit pozitivně na regeneraci poškozené tkáně.

V současné době existuje řada přístupů, resp. řešení, která umožňují řízené dodávání léčiv. Konstrukce nosičů s řízeným dodáváním léčiv v čase, tvořených textilními vlákny v různých formách, byly patentovány v průběhu posledních let minulého století a v prvních letech století tohoto. Řešení která je možné považovat za základní pro tuto oblast techniky, jsou WO 2004/98503 a US 6 596 296.

Podstatou řešení, WO 2004/98503 je vlákenná kompozice zahrnující gely nebo hydrogely. Vynález se vztahuje ke složení gelu naplněného biodegradabilními vlákny a k metodě výroby těchto vláken. Takovýto vlákenný materiál je určen pro tkáňové inženýrství a systémy dodávající postupně léčiva a pro metody, v níž 3D matrice pro růst buněk jsou připraveny pro in vitro a in vivo použití. Vynález se vztahuje také k metodě řízení rychlosti uvolňování léčebné látky díky změně jak vlastností biodegradabilního polymeru tak díky změně vlastností užitého gelu nebo hydrogelu. Upřednostňované polymery pro vlákna použitá v popisované vlákenné kompozici jsou jednoduché polymery, kopolymery a polymemí směsi: póly (kyselina L-Iaktidová), póly (kyselina DLlaktidová), polykaprolakton, kyselina polyglykolová nebo polyanhydrin. Také mohou být použity přírodní polymery jako jsou reorganizovaný kolagen nebo přírodní hedvábí. Systém dodávání léčiv vytvořený na základě tohoto patentu se skládá alespoň z jednoho vlákna, které je tvořeno ze dvou komponent. První komponentou je biodegradabilní polymer a druhou je gel nebo hydrogel. Komponenty mohou být jak pláštěm vlákna tak mohou být v jeho dutině. Léčebná látka je vložena do gelu nebo hydrogelu. Tato látka může být růstový faktor, virus, protein, enzym, hormon, protizánětlivá látka a tak dále. Struktura nosiče (scaffoldu) je tvořena jedním nebo více druhy výše popsaných vláken.

Další technická řešení vztahující se k nosičům s řízeným dodávání léčiv na základě textilních substrátů jsou obsažena v přihláškách US 2005053639 a US 2003095998. Předmětem přihlášky US 2005053639 jsou částečně biodegradabilní vlákny vyztužené kompozitní materiály ve formě

- 1 CZ 2UZ9J Ul prstence nebo šicí nitě sloužící jako systémy pro řízení dodávání léčiv s nejméně jednou bioaktivní látkou, kde dotyčný kompozitní materiál zahrnuje vstřebatelná vlákna konstruovaná tak aby poskytla závislé mechanické vlastnosti a dále obsahuje biostabilní elastomemí matrice obsahující vstřebatelné mikročásticové iontoměniče, které upravují uvolňování bioaktivních látek v požadované časové periodě při specifikovaných biologických umístěních. Takovými specifickými místy mohou být vaginální kanály, břišní dutina, šourek, žláza prostaty, nebo podkožní tkáň. Systém dodávající léčiva může být použit pro lokální vedení nejméně jedné bioaktivní látky, zahrnující antikoncepční, antimikrobiální, protizánětlivé nebo antivirové látky stejně tak jako látky pro léčbu rakoviny, Nároky tohoto patentu zahrnují jako výztuž polymemí vlákna s ío nejméně jedním cyklickým monomerem vybraným ze skupiny obsahující glykolid, L-laktid (dimer kyseliny mléčné), ε-kaprolaktam, p-dioxan, trimetylen karbonát a morfolin-2,5-dion.

Podstatou řešení podle patentu CZ 300142 je vlákenný biodegradabilní materiál v podobě textilie jako nosič léčiv s řízeným uvolňováním. Unikátnost tohoto materiálu je v kombinaci vhodných různě časově závislých biodegradabilních (vstřebatelných) vláken s klasickými textilními tech15 nologiemi. Klasické textilní technologie přináší hlavně jednoduchost výroby takového textilního materiálu s možností obměňování porosity a mechanických vlastností výsledného materiálu v závislosti na použité technologii výroby a jejich parametrech a to dle požadavků kladených na daný krycí materiál - nosný materiál. Výsledný textilní materiál je vhodné impregnovat vhodnou látkou zlepšující adhezi buněk. U viskózních roztoků, blížících se strukturou spíše gelům, lze toto učinit pouze po dodání určité energie, která je v tomto případě získána krátkodobým účinkem nízkovýkonového ultrazvukového vlnění. Na takovýto nosný biodegradabilní textilní materiál je možné následně kovalentně navázat polární hlavičky lipidů, které jsou ve formě liposomů jako nosiče léčiv. Liposomy lze poté řízené otevírat s využitím ultrazvuku a tím jsou léčebné látky uvolňovány z textilního substrátu. Toto otevírání liposomů, tudíž uvolňování v liposomech uzavřených látek, lze provádět i v případě již implantovaného materiálu do těla pacienta.

V žádném ze známých technických řešení není známo nanášení povrchové úpravy na vlákna pomocí ultrazvuku ani spojení povrchu vláken s liposomy jako nosiči léčiv. Technické řešení podle této přihlášky kombinuje obohacenou pleteninu z biodegradabilních látek s nanovlákny obsahující liposomy, které mohou ještě uvnitř obsahovat podpůrné látky k řízenému hojení rány již operatérem uzavřené. Výhodou obohacené pleteniny je modifikace povrchu, který pak může lépe přilnout ke tkáni nebo umožnit lepší adhezi buněk. Spojení materiálu s liposomy pak umožňuje implantaci vhodných podpůrných látek nebo léčiv do těla pacienta. Díky tomu, že liposomy lze otevírat působením ultrazvukového vlnění, je možné cíleně řídit či modifikovat uvolňování látek z implantátu v těle pacienta.

Jednou z výhod popsaného řešení je, že materiály, vytvářené klasickými textilními technologiemi, zajišťují při použití vhodného základního vlákenného biodegradabilní ho materiálu, požadované mechanické vlastnosti pro dobrou manipulovatelnost, zpracovatelnost a použitelnost výsledného krycího materiálu. Materiály vytvářené klasickými textilními metodami zajišťují ve velké míře možnost ovlivňování porosity výsledného materiálu, respektive jeho zaplnění vlákny.

Použitím ultrazvuku lze v celém objemu impregnovat textilní materiály s relativně nízkou porozitou relativně vysokoviskózními roztoky a to nejen vodnými roztoky kyseliny hyaluronové (respektive hyaluronanu sodného), které by tyto vlákenné materiály bez pomoci ultrazvuku vůbec nesmočily. Použití ultrazvuku pro impregnaci textilního materiálu je relativně levnější a také ho lze užít pri kontinuální výrobě na rozdíl od použití známé plazmové technologie.

Při způsobu výroby textilie podle vynálezu potahováním povrchu vlákna kyselinou hyaluronovou nebo jejím derivátem nabízí impregnace vláken lepší podmínky pro kovalentní navázání nosičů léčiv s řízeným uvolňováním na bázi liposomů. Výhodou obohacené pleteniny je modifikace povrchu, který pak může lépe přilnout ke tkáni nebo umožnit lepší adhezi buněk.

Textilie kombinuje obohacenou pleteninu z biodegradabilních látek s liposomy, resp. s nano50 vlákny obsahující liposomy, které mohou ještě uvnitř obsahovat podpůrné látky k řízenému hojení rány již operatérem uzavřené. Spojení materiálu s liposomy pak umožňuje implantaci vhod-2V./, ÍUÍ7J L'l ných podpůrných látek nebo léčiv do pacienta. Díky tomu, že liposomy lze otevírat působením ultrazvukového vlnění, je možné cíleně řídit či modifikovat uvolňování látek z implantátu v těle pacienta.

Základním elementem vlákenného biodegradabilního krycího materiálu je pletenina z vhodného biodegradabilního materiálu, který ztrácí pevnost v čase. Vhodnými základními polymemími materiály jsou například: PGA-kyselina polyglykolová, PLA-kyselina polymléčná, hydroxypropylmetakrylát, chitosan, kyselina hyaluronová, kyselina šťavelová, želatina, kolagen atd. Nekonečná vlákna z těchto materiálů jsou pak uspořádaná do multifilů, které jsou následně spleteny do nitě. Tato připravená nit z kyseliny polyglykoíové se používá také jako chirurgická nit, takže io splňuje požadavky pro přijetí lidským organismem. Pro lepší přilnutí k tkáni či lepší zachycení buněk je vhodné povrch nitě zdrsnit, což lze provést protažením nitě mezi dvěma drsnými povrchy, jejichž míra agresivity ovlivňuje míru zdrsnění povrchu nitě. Zdrsněná nebo nezdrsněná nit je dále použita jako délková textilie pro přípravu plošné či objemné textilie.

Vhodnou textilií pro vytvoření trojrozměrné matrice se ukázala být pletenina. Pleteninu lze vy15 tvořit různým způsobem provázáním oček. Mohou být použity jak zátažná, tak i osnovní pletenina. Pleteninu či tkaninu lze vyrobit jak z předených nití sestávajících ze staplových vláken, tak ze splétaných nití sestávajících z vláken nekonečných. Velikosti pórů v pleteném materiálu lze ovlivňovat (zmenšovat) díky zhrubení povrchu nití (zvýšení chlupatosti nití) použitím zařízení, které mechanicky narušuje vlákna uložená na obvodu nitě. Četnost mechanických narušení mate20 riálu ovlivňuje míru zdrsnění povrchu nitě. Vzniklá textilie může být dále impregnována vodným roztokem hyaluronanu sodného pro vytvoření vhodného prostředí umožňujícího vývoj adherovaných buněk. Tato impregnace je uskutečňována, zejména pro vysoce-viskózní roztoky, pomocí nízko výkonového ultrazvukového zařízení po velmi krátkou dobu v řádu sekund.

Vlákenná surovina zpracovaná do formy netkané textilie je další vhodnou technologií pro navr25 hované řešení podle tohoto vynálezu. Je využito vlákenné střiže založené na polymeru kyseliny polyglykoíové a polyvinylalkoholu a jejího zpracování do formy netkané textilie. Pro výrobu vzorků rozličných velikostí i plošných hmotností bez zvláštní náročnosti na strojní vybavení je vhodné použití metody naplavování - hydrodynamická výroba vlákenné vrstvy. Vlákenná střiž je tedy naplavována přímo z vodného roztoku hyaluronanu sodného nebo jen z destilované vody a následně může být opět impregnována, samozřejmě u více viskózních kapalin opět s využitím ultrazvuku.

Výroba netkané textilie vyrobené technologií naplavování přináší i možnosti kombinace vlákenných materiálů umožněné směšováním prvotní vlákenné střiže. Vhodné je například přidání polyvinylalkoholových vláken. Jedná-li se o nezasíťovaná po lyvinyl alkoholová vlákna je nutné provádět naplavování ve vhodném nevodném prostředí (například N-butylalkoholu), aby nedošlo k jejich rozpuštění. Následně po naplavení může být vrstva impregnována opět vodným roztokem hyaluronanu sodného. Tato impregnace zapříčiní nejen vytvoření vhodnějšího chemického prostředí pro adherování buněk, ale i mírné rozpuštění polyvinylalkoholovýeh vláken, v důsledku kterého dojde ke zpevnění netkané textilie po vysušení tohoto materiálu.

Trojrozměrné nosiče, to jest textilie podle vynálezu mohou také obsahovat směsi několika druhů materiálů, nebo různých forem jednoho materiálu. Může jít o kombinace netkaných textilních materiálů, sítí, neperforovaných membrán a houbovitých materiálů - pěn. Uvedené matrice mohou obsahovat přírodní, polosyntetické nebo syntetické polymery.

Přírodní polymery, které je možno využít pro účely tohoto vynálezu, jsou například kolagen, koprecipitáty kolagenu a glykosaminoglykanů, celulóza, polysacharidy ve formě gelů, jako jsou chitin, chitosan, pektin nebo kyselina pektinová, agar, agaróza, xanthan, gelan, kyselina alginová nebo algináty, polymannan nebo polyglykany, škrob a přírodní gumy. Polosyntetické polymery je možno volit například ze skupiny kolagen, zesítěný například aldehydy a jeho prekursory, dikarboxylové kyseliny nebo jejich halogenidy, diaminy, deriváty celulózy, kyselina hyalurono50 vá, chitin nebo chitosan, gellan, xanthan, pektin nebo kyselina pektinová, polyglykany, polymannan, agar, agaróza, přírodní guma a glykosaminoglykany. Konečně jako příklad syntetických

-3CZ 20293 Ul polymerů, použitelných pro účely vynálezu je možno uvést kyselinu polymléčnou, kyseliny polyglykolovou a jejich kopolymery nebo deriváty, polydioxany, polyfosfazeny, polysulfonové pryskyřice, polyurethany a PTFE.

Povrchově modifikovanou pleteninu nebo textilii lze poté dále obohacovat liposomy. Liposomy mohou být tvořeny libovolnými lipidy, zejména fosfolipidy a glykolipidy. Liposomy lze připravit libovolným vhodným způsobem, například jak bylo popsáno v práci Amler, E,, Kasinská, R., Drahota, Z. and Zborowski, J. FEBS Lett. (1990) 271,1,2:165-168, ale i jinou vhodnou metodou. Je možné použít multilamelámí i unilamelámí liposomy. Připravené liposomy jsou smíchány s roztokem obsahujícím látku, která má být později v liposomech dodána do těla pacienta. I.ípoio somy v tomto roztoku jsou poté opakovaně exponovány ultrazvukovému vlnění v ultrazvukové lázni. V ultrazvukové lázni dochází k opakovanému otevírání a následnému uzavírání liposomových měchýřků, následkem čehož se roztok požadovanou látkou uzavře do liposomů. Liposomy v roztoku s požadovanou látkou pak mohou být dialyzovány proti jinému vhodnému roztoku v případě, že je nutná modifikace vnějšího roztoku pro další úpravy povrchu liposomů zejména pro účely kovalentního navázání. Liposomy je pak možné kovalentně vázat k modifikovanému povrchu textilního nosiče. Lze využít řady metod jako například vazbu na glykolipidy podobně jako v práci Amler, E., Abbott, A., Malak, H., Lakowicz, J. and Balí, J.W.: Biophys. J. (1996) 70, 182-193.

Liposomy však mohou být dodávány i v kombinaci s nanovlákny. V takovém případě jsou lipo20 somy po dialýze smíchány s roztokem, ze kterého jsou připravována nanovlákna. Liposomy v kombinaci s nanovlákny jsou pak spojovány s modifikovanou textilií. Ke spojování nanovláken s textilií lze použít naplavování či jiné vhodné technologie.

Podstata technického řešení

Technické řešení podle této přihlášky kombinuje speciální síťku jako nosič a to s nanovlákny, která mohou být uvnitř nanovlákenné trubice obohacena o enkap sul ováné liposomy. Následně síťky s nanovlákny slouží jako nosiče léčiv s řízeným uvolňováním a to především v tkáňovém inženýrství. V současné době není znám žádný takovýto nosič pro řízené uvolňování.

Příklady provedení

1. Síťka vhodná k operačním účelům pokryta PCL nanovlákny tzn. z polykaprolaktonu o rozměrech konečného výrobku. Nanovlákna jsou obohacena o enkapsulované liposomy obsahující látky k postupnému uvolňování. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům do pacienta.

2. Nanovlákenná síťka z PCL nanovláken tzn. z polykaprolaktonu o rozměrech konečného výrobku nosíce. Nanovlákna jsou obohacena o enkapsulované liposomy obsahující látky k po35 stupnému uvolňování sloužící jako kožní kryt využitelný zejména pro popáleniny a větší otevřené rány.

3. Nanovlákenná síťka z PCL nanovláken tzn. z polykaprolaktonu o rozměrech konečného výrobku nosiče. Nanovlákna jsou obohacena o enkapsulované liposomy obsahující látky k postupnému uvolňování sloužící jako materiál pro osídlení keratinocyty pro přípravu kožních im40 plantátů.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Nanovlákenná síťka s nanovlákny s dotovanými liposomy, vyznačující se tím že nanovlákna jsou připravena z poiykaprolaktonu nebo ze směsi kyseliny polymléčné a póly glykolové či polyvinylchloridu v libovolném poměrovém složení těchto látek, s tím, že tato na

   5 novlákna jsou obohacena o enkapsulované liposomy nacházející se uvnitř nanovlákenné trubice.