CZ309165B6 - Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken - Google Patents
Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309165B6 CZ309165B6 CZ2016656A CZ2016656A CZ309165B6 CZ 309165 B6 CZ309165 B6 CZ 309165B6 CZ 2016656 A CZ2016656 A CZ 2016656A CZ 2016656 A CZ2016656 A CZ 2016656A CZ 309165 B6 CZ309165 B6 CZ 309165B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- collagen
- layer
- weight
- dispersion
- mixture
- Prior art date
Links
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 title claims abstract description 44
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 title claims abstract description 44
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 title claims abstract description 44
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 14
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 25
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims abstract description 23
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 claims abstract description 10
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 claims abstract description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 22
- 108010059993 Vancomycin Proteins 0.000 claims description 21
- 229960003165 vancomycin Drugs 0.000 claims description 21
- MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-N vancomycin Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OC1=C2C=C3C=C1OC1=CC=C(C=C1Cl)[C@@H](O)[C@H](C(N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H]3C(=O)N[C@H]1C(=O)N[C@H](C(N[C@@H](C3=CC(O)=CC(O)=C3C=3C(O)=CC=C1C=3)C(O)=O)=O)[C@H](O)C1=CC=C(C(=C1)Cl)O2)=O)NC(=O)[C@@H](CC(C)C)NC)[C@H]1C[C@](C)(N)[C@H](O)[C@H](C)O1 MYPYJXKWCTUITO-LYRMYLQWSA-N 0.000 claims description 21
- MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N vancomycin Natural products O1C(C(=C2)Cl)=CC=C2C(O)C(C(NC(C2=CC(O)=CC(O)=C2C=2C(O)=CC=C3C=2)C(O)=O)=O)NC(=O)C3NC(=O)C2NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(CC(C)C)NC)C(O)C(C=C3Cl)=CC=C3OC3=CC2=CC1=C3OC1OC(CO)C(O)C(O)C1OC1CC(C)(N)C(O)C(C)O1 MYPYJXKWCTUITO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 16
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 claims description 8
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 claims description 8
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 claims description 8
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 229960000707 tobramycin Drugs 0.000 claims description 4
- NLVFBUXFDBBNBW-PBSUHMDJSA-N tobramycin Chemical compound N[C@@H]1C[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N NLVFBUXFDBBNBW-PBSUHMDJSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 abstract description 12
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 8
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 abstract description 5
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 abstract description 4
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 21
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 8
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 6
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 6
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 5
- 239000004053 dental implant Substances 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 5
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 5
- 239000013641 positive control Substances 0.000 description 5
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 4
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 4
- 101100283604 Caenorhabditis elegans pigk-1 gene Proteins 0.000 description 3
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 3
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 description 3
- IABBAGAOMDWOCW-UHFFFAOYSA-N Nicametate citrate Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O.CCN(CC)CCOC(=O)C1=CC=CN=C1 IABBAGAOMDWOCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 241000295644 Staphylococcaceae Species 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 2
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 2
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 2
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 2
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 206010031252 Osteomyelitis Diseases 0.000 description 1
- 206010041925 Staphylococcal infections Diseases 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012793 UV/ Vis spectrometry Methods 0.000 description 1
- 229920003232 aliphatic polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 238000004166 bioassay Methods 0.000 description 1
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002639 bone cement Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010036 direct spinning Methods 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- DKAGJZJALZXOOV-UHFFFAOYSA-N hydrate;hydrochloride Chemical compound O.Cl DKAGJZJALZXOOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 208000015688 methicillin-resistant staphylococcus aureus infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910000403 monosodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019799 monosodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001338 necrotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M sodium dihydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OP(O)([O-])=O AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 231100000057 systemic toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C13/00—Dental prostheses; Making same
- A61C13/08—Artificial teeth; Making same
- A61C13/09—Composite teeth, e.g. front and back section; Multilayer teeth
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/70—Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
- A61K31/702—Oligosaccharides, i.e. having three to five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/70—Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
- A61K31/7028—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages
- A61K31/7034—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin
- A61K31/7036—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin having at least one amino group directly attached to the carbocyclic ring, e.g. streptomycin, gentamycin, amikacin, validamycin, fortimicins
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
- A61L27/24—Collagen
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/34—Macromolecular materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/32—Phosphorus-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L71/02—Polyalkylene oxides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
- A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
- A61L2300/406—Antibiotics
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
- A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/02—Methods for coating medical devices
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/04—Coatings containing a composite material such as inorganic/organic, i.e. material comprising different phases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/12—Materials or treatment for tissue regeneration for dental implants or prostheses
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
Předmětem vynálezu je způsob výroby nanokompozitní vrstvy kombinací elektrospiningu a elektroblowingu kolagenového roztoku obsahujícího nanočástice hydroxyapalitu a polyethylenoxidu, přičemž po přípravě a zesítění je vrstva tvořena 75 až 100 % hmotn. vlákny kolagenu typu I, 5 až 15 % hmotn. hydroxyapatitu a 0 až 1 % hmotn. polyethylenoxidu. Dále způsob zahrnuje depenování antibiotik pro jejich efektivnější uvolňování bez zvyšování cytotoxicity a impregnaci síťovaných sterilizovaných kolagen/hydroxyapatitových vrstev antibiotiky ve formě roztoku.
Description
Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken
Oblast techniky
Předmětem tohoto vynálezu jsou ortopedické a zubní implantáty na bázi kovových slitin pokryté bioaktivní vrstvou kolagenu typu I a hydroxyapatitem, která se vyznačuje efektivním uvolňováním antibiotik. Bioaktivní submikron- anano strukturovaná vrstva je biodegradovatelná, biokompatibilní a/nebo bioresorbovatelná. Tato vrstva je připravena kombinací elektrospiningu a elektroblowingu kolagenového roztoku obsahujícího nanočástice hydroxy apatitu. Hlavním předmětem tohoto patentuje metoda deponování antibiotik pro jejich efektivnější uvolňování bez zvyšování cytotoxicity. Tato metoda zahrnuje impregnaci síťovaných sterilizovaných kolagen/hydroxyapatitových vrstev antibiotiky ve formě roztoku.
Dosavadní stav techniky
S ohledem na značná zdravotní rizika a vysoké náklady spojené s reoperacemi stávajících implantátů, zejména velkých kloubů, představuje prodloužení jejich životnosti funkcionalizací jejich povrchu velmi perspektivní a žádoucí směr vývoje v oblasti zdravotnické techniky. Vzhledem k tomu, že počet ortopedických operací tohoto typu v poslední dekádě celosvětově významně narostl, lze dosáhnout zavedením moderních typů náhrad s bioaktivním povrchem, modifikovaným za využití nanotechnologických řešení, díky vyšší odolnosti a osteointegraci implantátů jak zvýšení komfortu pro pacienta, tak i značných úspor ekonomických. Dodnes nej častěji používané kovové náhrady na bázi titanu, titanových slitin, nerezové oceli, slitin chrómu a kobaltu jsou biokompatibilní, avšak bioinertní. Často také podléhají různým formám koroze v tělním prostředí. Osteointegrace bioinertních kovových náhrad je problematická, jejich povrch je potřeba pro vhodnou fixaci s kostí dodatečně upravovat. Pro zvýšení fixace lze provést fyzikálně-chemickou, či morfblogickou modifikaci povrchu endoprotézy. V současné době jsou pro chemické úpravy povrchu kovových náhrad používány především bioaktivní kalcium fosfáty, nejčastěji hydroxyapatit nebo fosforečnan vápenatý. Tyto biokeramické materiály vykazují ve spojení s kostí výborné vlastnosti dané povrchovou reaktivitou způsobenou mechanizmem vytvářejícím styčnou mineralizovanou vrstvu mezi implantátem a kostní tkání. Toto rozhraní pak zajišťuje fyzikálně chemickou a mechanickou kohezi mezi implantátem a kostí. Použití těchto materiálů ve své původní formě je však limitované jejich mechanickými vlastnostmi nebo adhezí k povrchu implantátů. Další strategií je pokrytí polymemí vrstvou na bázi syntetických polymerů (alifatické polyestery a jejich kopolymery). Zvýšení bioaktivity povrchu lze dosáhnout pokrytím přírodními polymery (kolagen, želatina). Pokud jsou tyto přírodní polymery ve formě nanovláken doplněny kalcium fosfátem ve formě nanočástic, docílí se nano strukturovaného povrchu ideálního pro vhodnou adhezí a proliferaci kostních buněk. Další předností těchto kompozitních materiálů je možnost volby jednotlivých složek z pohledu jejich skladby a orientace, materiálových, fyzikálních a chemických charakteristik, kterými je možno dosáhnout širokého rozsahu mechanických a biologických vlastností.
Tyto bioaktivní vrstvy mohou sloužit současně jako lokální nosiče antibiotik (ATB) pro jejich postupné uvolňování při prevenci osteomyelitidy. Lokální aplikace antibiotik je více preferována, neboť umožňuje vyšší dávkování, výhodou je i kratší transport a minimální kolísání hladin ATB v krevním řečišti. Antibiotika tak působí i v avaskulámích zónách, bez zvýšení systémové toxicity. Antibiotikum pak může působit jak na zbývající planktonické formy bakterií, tak i na sesilní formy v biofilmu. Lokální nosiče antibiotik navíc vyplní mrtvý prostor po odstraněných nekrotických tkání infekcí postižené kosti.
Z nebiodegradabilních matric použitelných jako nosiče ATB je nej známější polymetylmetakrylát (často používaný jako kostní cement). Jeho nevýhodou je neřízené až příliš rychlé uvolňování ATB v příliš vysokých koncentracích a nutnost další operace po skončení léčby (léčba probíhá
- 1 CZ 309165 B6 jako dvou kroková - vyhojení, finální implantace). Proto se v současnosti upírá pozornost na výzkum biodegradabilních systémů, jejichž aplikace předpokládá absenci sekundární operace. Tyto systémy navíc skýtají možnost regulace rychlosti uvolňování léků pomocí fyzikálně chemického uspořádání matrice/nosičů a léků. Tento systém by měl umožnit uvolňování antibiotik v koncentracích, které překračují minimální inhibiční koncentrace pro většinu známých patogenů bez vedlejších účinků. Mezi nejvíce používaná antibiotika patří gentamicin, vankomycin a tobramycin nebo jejich kombinace.
Tempo řízeného uvolňování závisí na permeabilitě, chemické modifikaci matrice/nosič, tloušťka vrstvy, stupeň zesíťování matrice/nosiče, fyzikálně-chemických vlastnostech léčiva, interakce mezi polymemí matricí, navázaným léčivem a rozpouštějícím médiem a vzájemném uspořádání složek. Sledování uvolňování antibiotik in vitro se nejčastěji provádí pomocí UV spektrometrie nebo vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC). Biologické testování in vitro, které se provádí na osteoblastech nebo na mesenchymálních kmenových buňkách, charakterizují cytotoxicitu nejen samotného materiálu, ale umožňují přímo testovat, zda uvolněná koncentrace antibiotika není již inhibiční nebo zda použité metody přípravy (např. síťování kolagenu) neovlivnily biokompatibilitu studovaného materiálu. Bakteriální testy, charakterizující antibakteriální aktivitu materiálu, se provádějí často se třemi bakteriálními kmeny jako grampozitivní stafylokoky, gramnegativní pseudomonády a E-coli.
Antibiotika je možné deponovat několika různými metodami. Nejjednodušší metodou je prosté smíchání polymeru a antibiotika ve formě prášku nebo roztoků. Negativem tohoto postupu je použití organických rozpouštědel. Další běžnou metodou je smáčení polymeru v roztoku obsahujícím antibiotika. Nanovlákenné vrstvy obohacené antibiotiky jsou velmi často připravovány přímým zvlákňováním z roztoku polymeru obsahující dané léčivo. Přestože jsou podmínky aplikované během elektrostatického zvlákňování velmi významným aspektem pro stabilitu antibiotik, nejsou brány v úvahu. Některá antibiotika, jako např. vankomycin jsou citlivé na teplotu a je prokázáno, že již při pokojové teplotě se v roztoku během několika hodin přeměňují na antibioticky neaktivní formy léčiva, které nejsou běžně detekovány. Často používaná UV/Vis spektrometrie není schopna tyto antibioticky neaktivní formy stanovit a proto je nutné provádět tyto analýzy pomocí kapalinové chromatografie. Kolagenní nanovlákenné vrstvy je nutné po elektrostatickém zvlákňování dále zesíťovat. Během tohoto procesu dochází k jejich vymývání a nanovlákenný nosič se tak stává méně efektivní, což v konečném důsledku s sebou nese i neefektivnost ekonomickou.
Podstata vynálezu
Nedostatky a nevýhody dosavadního stavu techniky jsou do značné míry eliminovány nanokompozitní vrstvou na bázi kolagenových nanovláken pro aplikace na ortopedické a zubní implantáty, která obsahuje nanovlákna se střední hodnotou průměru 100 až 350 nm, přičemž uvedená nanovlákna obsahují 75 až 100 % hmotn. kolagenu typu I, s výhodou 85 až 100 % hmotn., přičemž uvedená nanovlákna obsahují maximálně 1 % hmotn. polyethylenoxidu.
Nanokompozitní vrstva s výhodou dále obsahuje 5 až 15 % hmotn. antibiotika, s výhodou 7 až 12% hmotn., nejlépe 9 až 11% hmotn., přičemž antibiotikum je vybrané ze skupiny vankomycin, gentamicin a tobramycin a jejich kombinace.
V dalším výhodném provedení nanokompozitní vrstva dále obsahuje 5 až 15 % hmotn. hydroxyapatitu ve formě nanočástic o velikosti 50 až 250 nm.
Nedostatky dosavadního stavu techniky jsou rovněž do značné míry eliminovány ortopedickým nebo zubním implantátem, který má alespoň část povrchu pokrytou výše uvedenou nanokompozitní vrstvou a který je určený pro použití v humánním nebo veterinárním lékařství.
- 2 CZ 309165 B6
Předmětem vynálezu jsou tedy rovněž ortopedické a zubní implantáty na bázi kovových slitin pokryté bioaktivní kompozitní vrstvou na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými hydroxyapatitovými nanočásticemi a antibiotikem nebo kombinací antibiotik.
Při výrobě nanokompozitní vrstvy se podle vynálezu postupuje tak, že se kolagen typu I a polyethylenoxid o viskozitně střední molekulové hmotnosti v rozmezí 400 000 až 900 000 v poměru polyethylenoxidu ku kolagenu v rozmezí 0,05 až 0,11 smíchá s fosfátovým pufrem pro získání koncentrace 5 až 11 % hmotn. kolagenu ve směsi, vzniklá směs se vystaví teplotě v rozmezí 32 až 42 °C po dobu alespoň 60 hodin, načež se homogenizuje míšením za současného přidávání ethanolu v konečném objemovém poměru fosfátového pufru ku ethanolu 1:1 až 1:2, následně se směs elektrostaticky zvlákňuje za vzniku nanokompozitní vrstvy, která se následně promyje fýziologickým roztokem nebo fosfátovým pufrem a poté vodou a usuší se.
Objasnění výkresů
Vynález je dále podrobněji popsán pomocí příkladných provedení a výkresů, kde znázorňuje obr. 1. Koncentrace uvolněné aktivní formy vankomycinu (medián, mezikvartilové rozpětí) z materiálů obsahujících 0 % hmotn. (obr. la), 5 % hmotn. (obr. 1b) a 15 (obr. 1c) % hmotn. hydroxyapatitu připravených třemi různými metodami.
Obr. 2. Velikosti inhibičních zón materiálů připravených jednotlivými metodami s MRSA izoláty. označuje statisticky významné rozdíly (Mann-Whitney test, p= 0,05).
Obr. 3. Uvolňování aktivní formy vankomycinu z materiálů připravených impregnací v prostředí krevní plazmy (medián, mezikvartilové rozpětí), označuje statisticky významné rozdíly (MannWhitney test, p = 0,05).
Obr. 4. Velikosti inhibičních zón materiálů připravených impregnací s různou koncentrací hydroxyapatitu a pozitivní kontrola (kontrolní disky EUCAST). * označuje statisticky významné rozdíly (průměr, směrodatná odchylka, Mann-Whitney test, p = 0,05) ve srovnání s pozitivní kontrolou.
Obr. 5. Fluorescenční snímky osteoblastů kultivovaných 2 a 8 dní na impregnovaných vrstvách a vrstvách před impregnací (NO, N5 a N15).
Příklady uskutečnění vynálezu
Níže jsou uvedeny příklady provedení vynálezu, kde obecně je nanovrstva připravena elektrostatickým zvlákňováním kolagenu typu I, s případným přídavkem hydroxyapatitu ve frakci 50 až 250 nm, a s přídavkem polyethylenoxidu, jako 5 až 11 % hmotn., s výhodou 8 % hmotn. roztoku ve fosfátovém pufru (0,01 M dihydrogenfosforečnan sodný, 0,0027 M chlorid draselný a 0,137 M chlorid sodný, pH 7,4 při 25 °C) a s následným přidáním ethanolu v poměru 1:1 (až 1:2) objemově k fosfátovému pufru. Vrstva a proces přípravy jsou navrženy tak, aby kolagenní vlákna vykazovala střední hodnotu průměru 100 až 350 nm a případně do sebe integrovala homogenně rozptýlené nanočástice hydroxyapatitu. Vrstvu lze elektrostaticky nanášet přímo na povrch kovového implantátu.
Při přípravě se postupuje tak, že odvážené množství lyofilizovaného kolagenu a polyethylenoxidu (PEO) o molekulové hmotnosti v rozmezí 400 000 až 900 000 se smísí s fosfátovým pufrem. Hmotnostní poměr polyethylenoxidu ku kolagenu je 0,05 až 0,11, s výhodou 0,08. Takto připravená směs je vystavena teplotě 32 až 42 °C, nejlépe přibližně 37 °C po dobu alespoň 60 hodin, nejlépe alespoň 72 hodin. Dalším krokem přípravy je homogenizace za vysokých otáček v
- 3 CZ 309165 B6 rozsahu 7000 až 15 000 ot.min1, při níž je do roztoku přidán hydroxyapatit a ethanol. Takto připravená disperze je elektrostaticky zvlákňována v elektrickém poli v rozmezí 200 až 300kV.m-1, dávkování v rozmezí 100 až 200 pl.min1, relativní vlhkosti vzduchu nepřesahující 30 % a teplotě nepřesahující 37 °C. Proces zvlákňování je s výhodou doplněn electroblowingem, resp. proudem vzduchu, s výhodou předehřátého na 20 až 25 °C, např. o rychlosti proudění 15 až 50 kmín1. Tento vzduch je přiváděn do oblasti obklopující ústí trysek a příznivě ovlivňuje tvorbu vláken z uvedeného roztoku. Stabilita vrstvy po zvláknění je zvýšena máčením v roztoku 95 % hmotn. alkoholu (např. ethanolu) s vodou a N-(3- dimcthylaminopropyl)-A'-cthylkarbodiimid hydrochloridem (EDC) a JV-hydroxysukcinimidem (NHS) při teplotě 32 až 42 °C, s výhodou přibližně 37 °C po dobu 18 až 30 hodin, s výhodou přibližně 24 hodin, čímž dojde k zesíťování. Na 1 g zvlákněného kolagenu připadá minimálně 0,625 g EDC a 0,156 g NHS, tzn. ve vzájemném hmotnostním poměru EDC:NHS 4:1, smísené s minimálně 140 ml 95 % hmotn. alkoholu. Vrstva je po zesíťování promývána ve fyziologickém roztoku nebo fosfátovém pufiru po dobu minimálně 2x30 minut a nakonec promyta v destilované vodě po dobu minimálně 30 minut. Během síťování a promývání vrstvy dojde v podstatě ke kompletnímu vymytí polyethylenoxidu. Sušení vrstvy je provedeno vakuovým vymrazováním. Takto připravené vrstvy obsahují 85 až 100 % hmotn. kolagenu a 0 až 15 % hmotn. hydroxy apatitu. Pro sterilizaci vrstvy lze využít ethylenoxidovou sterilizaci nebo gama záření se standardními parametry.
Dále jsou s výhodou deponována antibiotika. Antibiotika jsou do vrstvy deponována impregnací v disperzi ethanolu nebo vody nebo fyziologického roztoku o koncentraci antibiotika 10 až 50 % hmotn. Impregnaci lze provést buď ponořením implantátu s nanesenou vrstvou do disperze, nebo nanesením disperze na vrstvu štětcem, případně jejím rozprášením. Po aplikaci disperze je vrstva ponechána při pokojové teplotě do odpaření rozpouštědla. Jako antibiotika lze použít například gentamicin, vankomycin, tobramycin nebo jejich kombinace, například vankomycin a gentamicin v různém hmotnostním poměru. Efektivita impregnace je níže ukázána na příkladu s vankomy cínem.
Impregnace vrstev (ΕΙ0, EI5 a EI15) byla vybrána jako optimální způsob deponování antibiotika ve srovnání s dalšími dvěma způsoby přípravy - lyofilizací disperze kolagenu, 0, 5 a 15 % hmotn. hydroxyapatitu a 10 % hmotn. vankomycinu (L0, L5 a LI5), elektrostatickým zvlákňováním disperze kolagenu, 0, 5 a 15 % hmotn. hydroxyapatitu a 10 % hmotn. vankomycinu (E0, E5 a E15). Vliv jednotlivých metod přípravy a strukturních vlastností vrstev na kinetiku uvolňování vankomycinu bylo stanoveno pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografíe a její výsledky jsou uvedeny na obr. 1.
Nejvyšší koncentrace vankomycinu uvolněná z materiálu připraveného lyofilizací byla dosažena po 8 dnech, a to cca 250 mg.l1. Materiál připravený elektrostatickým zvlákňováním vykázal maximální hodnotu po 24 hodinách, a to cca 60 mg.l1, zatímco materiál impregnovaný dosáhl nejvyšší koncentrace již po 3 hodinách, a to cca 700 mg.l1. Uvolněné koncentrace aktivní formy vankomycinu překročily minimální inhibiční koncentraci (16 mg.l1) 17 krát pro lyofilizovaný materiál, 4 krát pro materiál připravený elektrostatickým zvlákňováním a 44 krát pro impregnovaný materiál. Koncentrace aktivní formy vankomycinu zůstává po dobu 21 dnů nad minimální inhibiční koncentrací u všech materiálů. Výsledky studia podobného materiálu v literatuře (Wachol-Drevek 1996 a Tu a kol. 2012) uvádějí, že 90 % vankomycinu bylo uvolněno během 24 hodin a celková doba uvolňování dosáhla 4 dnů. Nejvyšší efektivitu vykazuje materiál impregnovaný, což prokázaly také předběžné testy antimikrobiální citlivosti (obr. 2).
U materiálu připraveného impregnací bylo také studováno uvolňování vankomycinu v krevní plazmě. Jak dokládá obr. 3, materiál i po 30 dnech stále dokáže uvolňovat ~ 62 mg.l1 aktivní formy vankomycinu, což téměř 4x překračuje minimální inhibiční koncentraci. Efekt koncentrace hydroxyapatitu není patrný.
Dále byl tento materiál podroben srovnávacím testům antimikrobiální citlivosti na čtyři bakteriální kmeny. Velikosti inhibičních zón jednotlivých bakteriálních kmenů jsou uvedeny na
- 4 CZ 309165 B6 obr. 4. Všechny studované materiály vykázaly antibakteriální aktivitu proti oběma izolátům Staphylococci a izolátům rezistentním na gentamycin. Velikost inhibičních zón byla srovnatelná s pozitivní kontrolou (standardní disk, EUCAST). Negativní kontrola (vzorek bez vankomycinu) vykázala nulovou inhibiční zónu (v grafu neuvedeno).
Impregnované vrstvy byly dále podrobeny testům cytotoxicity a cytokompatibility in vitro za použití kostních buněk (SAOS-2, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Německo). Buňky byly kultivovány jak v prostředí výluhů, tak přímo na vrstvách a byla posuzována jejich metabolická aktivita (MTS test), mikroskopicky byla vyšetřována jejich adheze a proliferace. Testy prokázaly, že uvolňovaná množství antibiotik nejsou toxická, vrstvy jsou cytokompatibilní. Na obr. 5 jsou pro ilustraci uvedeny snímky fluorescenčně barvených buněk po dvou a osmi denní kultivaci na vrstvách s vankomycinem, bez vankomycinu (NO, N5 a N15) a na pozitivní kontrole (PS).
Příklad 1
Nanovrstva byla připravena elektrostatickým zvlákňováním kolagenu typu I jako 8 % hmotn. roztoku ve fosfátovém pufru a s následným přidáním ethanolu (1:1 objemově), do kterého byl přidán polyethylenoxid ve hmotnostním poměru PEO:kolagen 0,08. Kolagenní vlákna vykazovala střední hodnotu průměru přibližně 220 nm. Vrstva byla elektrostaticky nanášena přímo na povrch kovového implantátu. Při přípravě se postupovalo tak, že odvážené množství lyofilizovaného kolagenu a polyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 900 000 se smísilo s fosfátovým pufrem. Takto připravená směs byla vystavena teplotě 37 °C po dobu 72 hodin. Dalším krokem přípravy byla homogenizace za vysokých otáček 10.000 ot.min1, při níž byl do roztoku přidán ethanol. Takto připravená disperze byla elektrostaticky zvlákňována v elektrickém poli 250 kV.m1, dávkování 130 pEmin1, relativní vlhkosti vzduchu 25 % a teplotě 30 °C. Proces zvlákňování byl doplněn electroblowingem, resp. proudem vzduchu předehřátého na přibližně 24 °C o rychlosti proudění 35 Emin1. Stabilita vrstvy po zvláknění byla zvýšena máčením v roztoku 95 % hmotn. ethanolu s vodou a EDC a NHS při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin. Na 1 g kolagenu připadalo 0,625 g EDC a 0,156 g NHS smísené s 140 ml 95 % hmotn. alkoholu. Vrstva byla po zesíťování promývána v 0.1M Na2HPO4 po dobu 2 x 30 minut a nakonec promývána v destilované vodě po dobu 30 minut. Během síťování a promývání vrstvy došlo v podstatě ke kompletnímu vymytí polyethylenoxidu. Sušení vrstvy bylo provedeno vakuovým vymrazováním. Takto připravená vrstva obsahovala 100 % hmotn. kolagenu. Pro sterilizaci vrstvy byla využita ethylenoxidová sterilizace. Následně byla do vrstvy deponována antibiotika impregnací v disperzi ethanolu o koncentraci antibiotika 20 % hmotn. Jako antibiotikum byl použit vankomycin. Impregnace byla provedena aplikací disperze antibiotika na nanesenou vrstvu štětcem tak, aby konečná koncentrace antibiotika ve vrstvě (po odpaření rozpouštědla) činila 8 % hmotn. z celkové hmotnosti vrstvy. Po aplikaci disperze byla vrstva ponechána při pokojové teplotě do odpaření rozpouštědla.
Příklad 2
Nanovrstva byla připravena elektrostatickým zvlákňováním kolagenu typu I jako 10 % hmotn. roztoku ve fosfátovém pufru a ethanolu (1:1 objemově), do kterého byl přidán polyethylenoxid ve hmotnostním poměru 0,10 ku kolagenu. Kolagenní vlákna vykazovala střední hodnotu průměru 180 nm a integrovala do sebe homogenně rozptýlené nanočástice hydroxyapatitu ve frakci 170 nm. Vrstva byla elektrostaticky nanášena přímo na povrch kovového implantátu. Při přípravě se postupovalo tak, že odvážené množství lyofilizovaného kolagenu a polyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 800 000 se smísilo s fosfátovým pufrem. Takto připravená směs byla vystavena teplotě 35 °C po dobu 88 hodin. Dalším krokem přípravy byla homogenizace za vysokých otáček 12 000 ot.min1, při níž byl do roztoku přidán hydroxyapatit v hmotnostním poměru 5:95 na kolagen, a ethanol. Takto připravená disperze byla elektrostaticky zvlákňována v elektrickém poli 280 kV.m1, dávkování 140 pEmin1, relativní vlhkosti vzduchu 25% a teplotě 27 °C. Proces zvlákňování byl doplněn electroblowingem, resp. proudem vzduchu předehřátého
- 5 CZ 309165 B6 na 22 °C o rychlosti proudění 40 Emin1. Stabilita vrstvy po zvláknění byla zvýšena máčením v 95 % hmotn. vodného roztoku ethanolu a EDC a NHS při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin. Na 1 g zvlákněného kolagenu připadá 0,800 g EDC a 0,200 g NHS smísené s 200 ml 95 % hmotn. alkoholu. Vrstva byla po zesíťování promyta v 0.1M Na2HPO4 po dobu 2 x 40 minut a nakonec promyta v destilované vodě po dobu 30 minut. Během síťování a promývání vrstvy došlo v podstatě ke kompletnímu vymytí polyethylenoxidu. Sušení vrstvy bylo provedeno vakuovým vymrazováním. Takto připravená vrstva obsahovala 95 % hmotn. kolagenu a 5 % hmotn. hydroxyapatitu. Pro sterilizaci vrstvy byla použita ethylenoxidová sterilizace. Antibiotika byla do vrstvy deponována impregnací v disperzi vody o koncentraci antibiotika 30 % hmotn. Jako antibiotikum byl použit gentamicin. Impregnace byla provedena aplikací disperze antibiotika na nanesenou vrstvu štětcem tak, aby konečná koncentrace antibiotika ve vrstvě (po odpaření rozpouštědla) činila 10 % hmotn. na celkovou hmotnost vrstvy. Po aplikaci disperze byla vrstva ponechána při pokojové teplotě do odpaření rozpouštědla.
Příklad 3
Nanovrstva byla připravena elektrostatickým zvlákňováním kolagenu typu I jako 8 % hmotn. roztoku ve fosfátovém pufru a ethanolu (1:1 objemově), do kterého je přidán polyethylenoxid ve hmotnostním poměru 0,08 ku kolagenu. Kolagenní vlákna vykazovala střední hodnotu průměru 310 nm a integrovala do sebe homogenně rozptýlené nanočástice hydroxyapatitu ve frakci 190 nm. Vrstva se elektrostaticky nanášela přímo na povrch kovového implantátu. Při přípravě se postupovalo tak, že odvážené množství lyofilizovaného kolagenu a polyethylenoxidu o molekulové hmotnosti 700 000 se smísilo s fosfátovým pufrem. Takto připravená směs byla vystavena teplotě 40 °C po dobu 92 hodin. Dalším krokem přípravy byla homogenizace za vysokých otáček 15 000 ot.min1, při níž byl do roztoku přidán hydroxyapatit v hmotnostním poměru 15:85 na kolagen, a ethanol. Takto připravená disperze byla elektrostaticky zvlákňována v elektrickém poli 270 kV.m1, dávkování 150 pl.min1, relativní vlhkosti vzduchu 26 % a teplotě 25 °C. Proces zvlákňování je doplněn electroblowingem, resp. proudem vzduchu předehřátého na 24 °C o rychlosti proudění 45 Emin1. Stabilita vrstvy po zvláknění byla zvýšena máčením v roztoku 95 % hmotn. alkoholu s vodou a EDC a NHS při teplotě 37 °C po dobu 24 hodin. Na 1 g zvlákněného kolagenu připadá 0,920 g EDC a 0,230 g NHS smísené s minimálně 250 ml 95 % hmotn. alkoholu. Vrstva je po zesíťování promyta v 0.1M Na2HPO4 po dobu 2 x 35 minut a nakonec promyta v destilované vodě po dobu 40 minut. Během síťování a promývání vrstvy došlo v podstatě ke kompletnímu vymytí polyethylenoxidu. Sušení vrstvy bylo provedeno vakuovým vymrazováním. Takto připravená vrstva obsahovala nanovlákna obsahující 85 % hmotn. kolagenu a 15 % hmotn. hydroxyapatitu. Pro sterilizaci vrstvy byla využita ethylenoxidová sterilizace. Antibiotika byla do vrstvy deponována impregnací v disperzi alkoholu o koncentraci antibiotika 30 % hmotn. Jako antibiotikum byla použita kombinace gentamicinu a vankomycinu ve vzájemném hmotnostním poměru 1:1. Impregnace byla provedena rozprášením disperze sprejem. Po aplikaci disperze byla vrstva ponechána při pokojové teplotě do odpaření rozpouštědla. Impregnace byla provedena aplikací disperze antibiotika na nanesenou vrstvu štětcem tak, aby konečná koncentrace antibiotika ve vrstvě (po odpaření rozpouštědla) činila 11 % hmotn. na celkovou hmotnost vrstvy.
Ačkoli byla popsána řada příkladných provedení, je zřejmé, že odborník z dané oblasti snadno nalezne další možné alternativy k těmto provedením. Proto rozsah vynálezu není omezen na tato příkladná provedení, ale spíše je dán definicí přiložených patentových nároků.
Průmyslová využitelnost
Ortopedické a zubní implantáty na bázi kovových slitin pokryté bioaktivní vrstvou kolagenu typu I, případně i s obsahem hydroxyapatitu a deponovaným antibiotikem připravenou způsobem podle tohoto vynálezu lze využít v humánní a veterinární medicíně, zejména v ortopedii a stomatologii.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob výroby bioaktivní nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken, vyznačující se tím, že se kolagen typu I a polyethylenoxid o viskozitně střední molekulové hmotnosti v rozmezí 400 000 až 900 000 v hmotnostním poměru polyethylenoxidu ku kolagenu v rozmezí 0,05 až 0,11 smíchá s fosfátovým pufrem pro získání koncentrace 5 až 11 % hmotn. kolagenu ve směsi, vzniklá směs se vystaví teplotě v rozmezí 32 až 42 °C po dobu alespoň 60 hodin, načež se homogenizuje míšením za současného přidávání ethanolu v konečném objemovém poměru fosfátového pufru ku ethanolu 1:1 až 1:2 a při homogenizaci se do roztoku současně přidává hydroxyapatit v množství 5 až 15 % hmotn. vzhledem k množství kolagenu, následně se směs elektrostaticky zvlákňuje za vzniku nanokompozitní vrstvy, která se následně promyje fyziologickým roztokem nebo fosfátovým pufrem a poté vodou a usuší se.
- 2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že se nanokompozitní vrstva před promytím stabilizuje máčením v 95 % hmotn. roztoku alkoholu ve vodě s přídavkem N-(3dimethylaminopropyl)-JV-ethylkarbodiimid hydrochloridu a JV-hydroxysukcinimidu, kde množství N-(3 -dimethylaminopropyl) -N-ethylkarbodiimid hydrochloridu na 1 g zvlákněného kolagenu je alespoň 0,625 g a množství N-hydroxysukcinimidu na 1 g zvlákněného kolagenu je alespoň 0,156 g, a kde množství 95 % hmotn. roztoku alkoholu ve vodě je alespoň 140 ml na 1 g zvlákněného kolagenu.
- 3. Způsob výroby podle kteréhokoliv z nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že po usušení se vrstva impregnuje antibiotikem nebo směsí antibiotik vybraných ze skupiny vankomycin, gentamicin a tobramycin.
- 4. Způsob výroby podle nároku 3, vyznačující se tím, že impregnace se provede namočením vrstvy do disperze nebo nanesením disperze na vrstvu nebo rozprášením disperze na vrstvu, přičemž disperze je disperzí antibiotik v alkoholu, vodě nebo směsi alkoholu s vodou.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2016656A CZ309165B6 (cs) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken |
EP17197245.8A EP3311854B1 (en) | 2016-10-20 | 2017-10-19 | A nanocomposite layer on the basis of collagen nanofibers, and a method of preparation thereof |
RU2017137016A RU2756164C2 (ru) | 2016-10-20 | 2017-10-20 | Нанокомпозитный слой на основе коллагеновых нановолокон и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2016656A CZ309165B6 (cs) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2016656A3 CZ2016656A3 (cs) | 2018-05-02 |
CZ309165B6 true CZ309165B6 (cs) | 2022-04-06 |
Family
ID=60293699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2016656A CZ309165B6 (cs) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | Příprava nanokompozitní vrstvy na bázi kolagenových nanovláken |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3311854B1 (cs) |
CZ (1) | CZ309165B6 (cs) |
RU (1) | RU2756164C2 (cs) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI701364B (zh) * | 2018-03-22 | 2020-08-11 | 美商威斯頓股份有限公司 | 天然高分子奈米纖維及其製造方法 |
CN110141687B (zh) | 2019-05-30 | 2021-10-08 | 四川大学 | 一种引导牙周硬软组织再生梯度材料及其制备方法 |
CZ2019777A3 (cs) | 2019-12-17 | 2021-07-21 | Všeobecná fakultní nemocnice v Praze | Sendvičová kolagenní pěna pro řízené uvolňování aktivních látek a způsob její přípravy |
CN114081996A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-25 | 清华大学 | 一种高矿物含量诱导骨再生纤维膜 |
CN117138113A (zh) * | 2023-08-25 | 2023-12-01 | 重庆生物智能制造研究院 | 一种矿化胶原材料及其制备方法和应用 |
CN119736725B (zh) * | 2025-03-05 | 2025-05-27 | 中山大学 | 一种聚合物纳米纤维及其制备方法和应用 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ28981U1 (cs) * | 2015-10-14 | 2015-12-14 | Ăšstav struktury a mechaniky hornin AV ÄŚR, v.v.i. | Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19917696A1 (de) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Karlheinz Schmidt | Mittel für die Herstellung biologischer Teile mit einem Wirkstoffkomplex und für diesen geeigneten Trägermaterialien |
RU2206341C1 (ru) * | 2002-09-16 | 2003-06-20 | Закрытое акционерное общество "Аграрно-промышленная фирма "Фито-ЭМ" | Способ формирования костного имплантата |
RU2452517C2 (ru) * | 2007-01-30 | 2012-06-10 | Хемотек Аг | Биоразрушаемое средство для поддержания просвета сосудов |
CZ2007716A3 (cs) * | 2007-10-15 | 2009-04-29 | Elmarco S. R. O. | Zpusob výroby nanovláken |
US20110091577A1 (en) * | 2008-04-25 | 2011-04-21 | Silverman Lance D | Drug release coatings on calcuim phosphate and uses thereof |
WO2012084214A1 (en) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Geistlich Pharma Ag | Bone substitute material |
RU2482880C1 (ru) * | 2012-05-21 | 2013-05-27 | Владимир Николаевич Горшенёв | Способ получения пористого костного биокомпозита |
WO2015162559A1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-10-29 | Ineb - Instituto Nacional De Engenharia Biomédica | Mesh composition for repairing or the regeneration of tissues and methods thereof |
-
2016
- 2016-10-20 CZ CZ2016656A patent/CZ309165B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2017
- 2017-10-19 EP EP17197245.8A patent/EP3311854B1/en active Active
- 2017-10-20 RU RU2017137016A patent/RU2756164C2/ru active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CZ28981U1 (cs) * | 2015-10-14 | 2015-12-14 | Ăšstav struktury a mechaniky hornin AV ÄŚR, v.v.i. | Bioaktivní nanokompozitní vrstva na bázi kolagenových nanovláken s integrovanými kalcium fosfátovými částicemi pro aplikace v ortopedii |
Non-Patent Citations (8)
Title |
---|
B. Wen et al. "An evaluation of BMP-2 delivery from scaffolds with miniaturized dental implants in a novel rat mandible model" Journal of Biomedical Materials Research B: Applied Biomaterials, May 2011, 97B (2), 315-326 * |
D.V. Shepherd et al: "The process of EDC-NHS cross-linking of reconsituted collagen fibres increases collagen fibrillar order and alignment" APL Materials 3 014902 (2015), doi: 10.1063/1.490087 * |
M. Iafisco et al: „Electrospun Nanotructured Fibers of Collagen-Biomimetic Apatite on Titanium Alloy" Bioinorganic Chemistry and Application, Volume 2012, Article ID 123953 doi: 10.1155/2012/123953 * |
S.-H. Teng et al: „Collagen/hydroxyapatite composite nanofibers by electrospinning" Materials Letters 62 (2008), 3055-3058 * |
S.J Matcher: "Second-Harmonic Generation" in Optical Techniques in Regenerative Medicine (S.P. Morgan et al eds.) CRC Press Boca Raton 2014 ISBN 13: 978-1-4398-5496-9 * |
T. Suchý et al: „The Sustainable Release of Vancomycin and Its Degradation Products From Nanostructured Collagen/Hydroxyapatite Composite Layers" Journal of Pharmaceutical Sciences 105 (2016) 1288-1294. * |
V. Milleret at al.: "Tuning electrospinning parameters for production of 3D-fiber-fleeces with increased porosity for soft tissue engineering applications" European Cells and Materials 21, 286-303 (2011) DOI: 10.22203/eCM.v021a22 (ISSN 1473-2262) * |
Y. Zhou et al: "Greener synthesis of electrospun collagen/hydroxyapatite composite fibers with excellent microstructure for bone tissue engineering" International Journal of Nanomedicine 2015 (10) 3203-3215 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017137016A (ru) | 2019-04-22 |
EP3311854B1 (en) | 2020-08-05 |
EP3311854A1 (en) | 2018-04-25 |
RU2017137016A3 (cs) | 2021-01-15 |
CZ2016656A3 (cs) | 2018-05-02 |
RU2756164C2 (ru) | 2021-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ding et al. | A dual-functional implant with an enzyme-responsive effect for bacterial infection therapy and tissue regeneration | |
Yan et al. | Endowing polyetheretherketone with synergistic bactericidal effects and improved osteogenic ability | |
Li et al. | 3D printed dual-functional biomaterial with self-assembly micro-nano surface and enriched nano argentum for antibacterial and bone regeneration | |
Gao et al. | Enhancing antibacterial capability and osseointegration of polyetheretherketone (PEEK) implants by dual-functional surface modification | |
EP3311854B1 (en) | A nanocomposite layer on the basis of collagen nanofibers, and a method of preparation thereof | |
Nie et al. | Immobilizing bacitracin on titanium for prophylaxis of infections and for improving osteoinductivity: An in vivo study | |
Tan et al. | Physical characterization and osteogenic activity of the quaternized chitosan-loaded PMMA bone cement | |
Zhou et al. | Enhanced bone tissue regeneration by antibacterial and osteoinductive silica-HACC-zein composite scaffolds loaded with rhBMP-2 | |
Wu et al. | Controlled release of gentamicin from gelatin/genipin reinforced beta-tricalcium phosphate scaffold for the treatment of osteomyelitis | |
Xi et al. | Biomimetic bioactive multifunctional poly (citrate-siloxane)-based nanofibrous scaffolds enable efficient multidrug-resistant bacterial treatment/non-invasive tracking in vitro/in vivo | |
He et al. | Fusion peptide-engineered polyetheretherketone implants with photo-assisted anti-pathogen and enhanced angiogenesis for in vivo osseointegrative fixation | |
Wei et al. | Regenerating infected bone defects with osteocompatible microspheres possessing antibacterial activity | |
Belcarz et al. | Biphasic mode of antibacterial action of aminoglycoside antibiotics-loaded elastic hydroxyapatite–glucan composite | |
Wei et al. | Development of an antibacterial bone graft by immobilization of levofloxacin hydrochloride-loaded mesoporous silica microspheres on a porous scaffold surface | |
Belcarz et al. | Covalent coating of hydroxyapatite by keratin stabilizes gentamicin release | |
Piarali et al. | Activated polyhydroxyalkanoate meshes prevent bacterial adhesion and biofilm development in regenerative medicine applications | |
Bostancıoğlu et al. | Analyses of the modulatory effects of antibacterial silver doped calcium phosphate-based ceramic nano-powder on proliferation, survival, and angiogenic capacity of different mammalian cells in vitro | |
lin Liang et al. | 3D printed PLGA scaffold with nano-hydroxyapatite carrying linezolid for treatment of infected bone defects | |
US9770530B2 (en) | Tissue substitute material with biologically active coating | |
Zhang et al. | Injectable gelatin microspheres for osteomyelitis treatment: osteogenic and anti-inflammatory effect | |
Li et al. | Antibacterial activity and cyto-/tissue-compatibility of micro-/nano-structured titanium decorated with silver nanoparticles | |
Ma et al. | Fabrication of gentamicin loaded Col-I/HA multilayers modified titanium coatings for prevention of implant infection | |
Wang et al. | Remote eradication of delayed infection on orthopedic implants via magnesium-based total morphosynthesis of biomimetic mineralization strategy | |
Martin et al. | Composite scaffolds for bone regeneration and infection control | |
Chen et al. | Three-dimensional (3D) and drug-eluting nanofiber coating for prosthetic implants |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20161020 |