CZ24705U1 - Kompozitní resorbovatelné nanomateriály, se strukturou vrstev, zvláště pro chirurgické aplikace - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká kompozitních resorbovatelných nanomateriálů - nanovlákenných nosičů se strukturou vrstev, zvláště pro chirurgické aplikace. Kompozitní krycí nanomateriál, nosič, je tvořen několika na sebe uloženými vrstvami nanomateriálů, které jsou připraveny ze stejných nebo různých látek. Toto technické řešení najde uplatnění s výhodou v různých oblastech medicíny, např. jako moderní krycí materiál.

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 odebraní buněk z chrupavky z nemocného kloubu pacienta, jejich namnožení v laboratoři a poté přenesení zpět do kloubu na speciální hmotě, která slouží jako „nosič“. Nejmodemější 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 „selfassembly“ 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 j sou jednoduché polymery, kopolymery a polymemí směsi: kyselina poly(L-laktidová), kyselina poly(DL-laktidová), polykaprolakton, kyselina polyglykolová, polyvinylalkohol nebo polyanhydrid. Také mohou být použity přírodní polymery, jako jsou reorganizovaný kolagen, fibrin nebo 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 jejích využití v tkáňovém inženýrství. Úspěšné využití nanovláken kolagenu typu I a PCL pro kultivaci s lidskými dermálními fibroblasty prokázal například Venugopal (Venugopal J. R. et al., 2006, Artif Organs 30, 440-6). Nanovlákna mohou být obohacena o léčiva a další faktory, které mohou působit pozitivně na regeneraci poškozené tkáně.

Základním elementem biodegradabilního krycího materiálu je pletenina z vhodného biodegradabilního materiálu, který ztrácí pevnost v čase. Vhodnými základními polymemími materiály jsou kupříkladu: kyselina polyglykolová (PGA), kyselina polymléčná (PLA), polykaprolakton (PCL), hydroxypropylmetakrylát, chitosan, kyselina hyaluronová (HA), 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 polyglykolová nebo polykaprolaktonu se používá také jako chirurgická nit, takže 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 vytvořit 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 niti sestávajících z vláken nekonečných. Velikost pórů v pleteném materiálu lze ovlivňovat (zmenšovat) díky zhrubení povrchu nití (zvětšením chlupatosti nití) použitím zařízení, které mechanicky narušuje vlákna uložená na obvodu nitě. Četnost mechanických narušení materiálů ovlivňuje míru zdrsnění povrchu nitě. Vzniklá textilie může být dále impregnována vodným

- 1 CZ 24705 Ul 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 navr5 hované řešení podle tohoto technického řešení. Je využito vlákenné střiže založené na polymeru kyseliny polyglykolové (PGA) a polyvinylalkoholu (PVA) a jeho 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 naplavovaná přímo z vodného roztoku hyaluronanu sodného, nebo io jen z destilované vody a následně může být opět impregnována, samozřejmě u více viskózních kapalin opět s využitím ultrazvuku.

Výroba netkané textilie vyrobená technologií naplavování přináší i možnosti kombinace vlákenných materiálů umožněné směšováním prvotní vlákenné střiže. Vhodné je například přidání PVA vláken. Jedná-li se o nesíťovaná PVA vlákna, je nutné provádět naplavování ve vhodném nevodíš ném prostředí (například z 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 rozpouštění PVA vláken, v důsledku kterého dojde ke zpevnění netkané textilie, po vysušení tohoto materiálu.

Kýla v jizvě ani dnes nepatří k vyřešeným chirurgickým otázkám a vysoké riziko recidivy, oproti ostatním typům kýly, je stálým předmětem vědeckého bádání. Holandská randomizovaná prospektivní studie zabývající se problematikou rekurence incisionálních kýl prokázala tříletou rekurenci v 43 %, pokud nebyla pro operaci využita chirurgická síťka, a v 24 % pokud použitá byla (Burger J.W. et al. 2004, Ann Surg. 240(4): 578-585). Zajímavé je, že riziko rekurence nezávi25 selo na velikosti původního defektu. Retrospektivní studie udávají čísla o něco nižší. Flum a kol. hodnotili retrospektivně data získaní od 10822 pacientů operovaných pro kýlu v jizvě. Během pěti let podstoupilo 14 % sledovaných pacientů bez síťky a 11 % pacientů, u kterých byl použit blíže nespecifikovaný typ síťky, alespoň jednu reoperaci. Dalším zajímavým poznatkem byl fakt, že implantace síťky během deseti let od operace nesnížila riziko recidivy, pouze jí o 2 až 3 roky oddálila (Burger J.W. et al. 2004, Ann Surg. 240(4): 578-585; Flum D.R. et al. 2003, Ann Surg. 237(1): 129-35).

Kýlu v jizvě nebo ventrální kýly je možné řešit prostou suturou nevstřebatelnými stehy, pokud se jedná jen o relativně malé defekty v břišní stěně. Obecná doporučení hovoří o hranici 2 až 3 cm, při které je možné kýlní branku uzavřít jednoduchou hemioplastikou. Pokud je defekt delší než 2 až 3 cm, vzrůstá exponenciálně riziko rekurence takového defektu. Použití tzv. síťky toto riziko na několik let po operaci snižuje zhruba na polovinu.

V současné době se používají síťky z několika materiálů. Dle velikosti pórů v prostorovém uspořádání implantátů jsou dnes používané materiály pro výrobu sítek děleny do 3 skupin. Jako typ I jsou označovány síťky makroporézní z monofilamentního či dvojitě filamentního polypropylénu.

Typ II je materiál mikroporézní a zastupuje ho expandovaný polytetrafluorethylen (ePTFE). Typem III jsou makroporézní náhrady s multifilamentózní nebo mikroporézní komponentou např. PTFE síťka - Teflon, tkaná dakronová síťka, tkaná polypropylénová (PP) síťka, perforovaná PTFE záplata. Jako typ IV bychom eventuálně mohli označit biologické síťky vytvořené z acelulámího kolagenu, jehož zdrojem může být buď porcinní střevní submukóza či dermis eventuál45 ne lidská dermis získaná z kadaverů. Od použití xenotransplantátů se dnes v ČR až na výjimky ustupuje a výroba sítek z dermis od zemřelých dárců a jejich využití je limitováno extrémně vysokými náklady.

Pro zlepšení vlastností doposud používaných sítek je možná jejich kombinace s jinými materiály využívanými v tkáňovém inženýrství. V tkáňovém inženýrství jsou upřednostňovány vysoce porézní nosiče se vzájemným propojením pórů (Sáto T. et al. 2004, Materials Science and Engineering 24, 365-372). Vysoká pozornost byla věnována i aplikacím biodegradovatelných vláken

-2CZ 24705 Ul a mikrovláken. Nanovlákenné nosiče vytvořené elektrostatickým zvlákňováním s velkým množstvím propojených pórů zabezpečují buňkám s vhodným povrchem lepší adhezi a proliferaci než mikrovlákna (Khil M. S. et al. 2005, J Biomed Mater Res B Appl Biomater 72, 117-24). Variabilní podmínky elektrostatického zvlákňování umožňují produkci netkaných nanovláken s různým průměrem a seskupením (Martinova L. et al. 2005, In: 5th Internát, Text. Conf. 19-21 May, Istanbul, Turkey). Nanovlákenné nosiče se jeví jako vhodné pro využití v mnohých aplikacích jako je hojení a regenerace chrupavek, kůže, vazivových tkání a jiných.

Ideální síťka pro operativní řešení incizionální hemie by měla splňovat radu kritérií. Měla by být chemicky inertní, dostatečně mechanicky pevná, dostatečně poddajná, sterilizovatelná, nekancerogenní, neměla by vyvolávat zánětlivou reakci a měla by být hypoalergenní. Je důležité na tomto místě zdůraznit, že taková síťka k dnešnímu datu neexistuje. Současná, známá řešení, nejsou univerzální a nesplňují některá zásadní očekávání, jako kupř, snížení extrémně vysokých nákladů.

Podstata technického řešení

Technické řešení podle této přihlášky odstraňuje výše uvedené nedostatky současných řešení tím, že kombinuje klasickou chirurgickou síťku, nebo speciální síťku jako nosič nanovláken připravených elektrostatickým zvlákňováním. Nanovlákenné vrstvy jsou připravené z polymerů, např. poly-e-kaprolakton (PCL), poly(vinylalkohol) (PVA), kyselina polyglykolová (PGA). Nosič je také sestaven jako kombinace nanovlákenných vrstev s vrstvami vytvořenými z vhodných tkaných nebo netkaných textilií (jiné vrstvy), nebo z jejich směsi. Jednotlivé vrstvy se liší strukturou, chemickým složením, fyzikálními a biomechanickými vlastnostmi. Následně jsou tyto kompozitní materiály určeny pro krytí různých typů ventrálních hemií. Kompozitní krycí degradabilní nanomateriály, se strukturou vrstev, jsou tvořeny libovolným množstvím jednotlivých vrstev minimálně dvěma vrstvami rozdílných materiálů, případně jsou ještě opatřeny pravidelnou perforací.

Trojrozměrné nosiče, to jest kompozitní resorbovatelné nanomateriály, podle tohoto navrhovaného technického řešení, obsahují směsi několika druhů materiálu, nebo různých forem jednoho materiálu. Jde o kombinace netkaných textilních materiálů, sítí a nanovláken. Uvedené, trojrozměrné nosiče, mohou obsahovat přírodní, polosyntetické nebo syntetické polymery. Tyto materiály, trojrozměrné nosiče, mohou být opatřeny pravidelnou perforací.

Příklady provedení

1. Kompozitní krycí resorbovatelný nanomateriál, se strukturou vrstev, složený ze dvou odlišných vrstev, přičemž jedna vrstva je tvořena nanovlákenným materiálem získaným elektrostatickým zvlákňováním polymeru PCL o tloušťce vrstvy 0,05 až 0,5 mm a rozměrech konečného výrobku a druhá vrstva je získaná elektrostatickým zvlákňováním polymeru PVA rovněž o rozměrech konečného výrobku a tloušťce vrstvy 0,05 až 0,5 mm. Vyrobený nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycení další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

2. Kompozitní krycí resorbovatelný nanomateriál, se strukturou vrstev, složený ze dvou odlišných vrstev, přičemž jedna vrstva je tvořena nanovlákenným materiálem získaným elektrostatickým zvlákňováním polymeru PCL o tloušťce vrstvy 0,05 až 0,5 mm a rozměrech konečného výrobku a druhá vrstva je získaná elektrostatickým zvlákňováním polymeru PVA rovněž o rozměrech konečného výrobku a tloušťce vrstvy 0,05 až 0,5 mm. Tento materiál - nosič - je opatřen pravidelnou perforací. Tento nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycení další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

3. Kompozitní nanovlákenný resorbovatelný materiál složený ze třech vrstev nanovláken připravených z různých elektrostaticky zvlákněných polymerů, a to PCL, PVA a PGA, o rozmě-3 CZ 24705 Ul rech konečného výrobku a tloušťce vrstev 0,05 až 1 mm. Vyrobený nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycen další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál je především určen k chirurgickým účelům u pacientů.

4. Kompozitní nanovlákenný resorbovatelný materiál složený ze třech vrstev nanovláken připravených z různých elektrostaticky zvlákněných polymeru, a to PCL, PVA a PGA, o rozměrech konečného výrobku a tloušťce vrstev 0,05 až 1 mm. Tento materiál je modifikován pravidelnou perforací. Vyrobený nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycen další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

io 5. Kompozitní nanovlákenný resorbovatelný materiál složený z elektrostaticky zvlákněného polymeru PCL na běžně používané chirurgické sítě o rozměrech konečného výrobku a tloušťce vrstev 0,05 až 1 mm. Nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycení další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

6. Kompozitní nanovlákenný resorbovatelný materiál složený z elektrostaticky zvlákněného polymeru PCL na běžně používané chirurgické sítě o rozměrech konečného výrobku a tloušťce vrstev 0,05 až 1 mm. Tento materiál je opatřen pravidelnou perforací. Vyrobený nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycen další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

7, Kompozitní nanovlákenný resorbovatelný materiál připravený vrstvením elektrostaticky zvlákněného polymeru PCL na vhodné porézní materiály, např. tkané nebo netkané textilie, nebo jejich směsi o rozměrech konečného výrobku a tloušťce jednotlivých vrstev 0,05 až 1 mm. Tento materiál může být modifikován dodatečnou pravidelnou perforací. Nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycení další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

8. Kompozitní nanovlákenný resorbovatelný materiál připravený vrstvením elektrostaticky zvlákněného polymeru PVA na vhodné porézní materiály, např. tkané nebo netkané textilie, nebo jejich směsi o rozměrech konečného výrobku a tloušťce vrstev 0,05 až 1 mm. Tento materiál může být modifikován dodatečnou pravidelnou perforací. Nanovlákenný kryt bude k defektu ošetřenému jednoduchou suturou přichycení další suturou nebo přilepený dostupnými tkáňovými lepidly. Tento materiál může být aplikován k chirurgickým účelům u pacientů.

Průmyslová využitelnost

Kompozitní krycí resorbovatelné nanomateriály, se strukturou vrstev, zvláště pro chirurgické aplikace, mohou najít využití hlavně v oblastech tkáňového inženýrství vazů, šlach. Značné využití mají také v oblastech přípravy vnitřních krytů pro chirurgické aplikace.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Kompozitní resorbovatelný nanomateriál, se strukturou vrstev, zvláště pro chirurgické aplikace, vyznačený tím zeje tvořen vrstvenou strukturou, nejméně ze dvou vrstev stejných

   40 materiálů a to z nanovláken získaných elektrostatickým zvlákňováním jednoduchých polymerů, kopolymeru a polymerní směsi, tvořených zejména kyselinou poly(L-laktidovou), kyselinou poly(DL-laktidovou), polykaprolaktonem, kyselinou polyglykolovou, polyvinylalkoholem nebo polyanhydridem, případně přírodními polymery, jako je reorganizovaný kolagen, fibrin nebo chitosan.

   -4 CZ 24705 Ul
2. 2. Kompozitní resorbovatelný nanomateriál, se strukturou vrstev, zvláště pro chirurgické aplikace, vyznačený tím, že je tvořen vrstvenou strukturou, nejméně ze dvou vrstev rozdílných, degradabilních nanomateriálů a to z nanovláken získaných elektrostatickým zvlákňováním jednoduchých polymerů, kopolymerů a polymemí směsi, tvořených zejména kyselinou poly(L5 laktidovou), kyselinou poly(DL-laktidovou), polykaprolaktonem, kyselinou polyglykolovou, polyvinylalkoholem nebo polyanhydridem, případně přírodními polymery, jako jsou reorganizovaný kolagen, fibrin nebo chitosan.
3. 3. Kompozitní resorbovatelný nanomateriál, se strukturou vrstev, zvláště pro chirurgické aplikace, vyznačený tím, že je tvořen vrstvenou strukturou, nejméně ze dvou vrstev rozdílio ných materiálů a to nejméně z jedné vrstvy z nanovláken získaných elektrostatickým zvlákňováním jednoduchých polymerů, kopolymerů a polymemí směsi, tvořených zejména kyselinou poly(L-laktidovou), kyselinou poly(DL-laktidovou), polykaprolaktonem, kyselinou polyglykolovou, polyvinylalkoholem nebo polyanhydridem, případně přírodními polymery, jako jsou reorganizovaný kolagen, fibrin nebo chitosan a dále z nejméně jedné vrstvy tkané nebo netkané tex15 tilie, nebo jejich směsi.