PL218709B1 - Uszczelnione protezy naczyń krwionośnych oraz sposób wytwarzania uszczelnionych protez naczyń krwionośnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku są uszczelnione protezy naczyń krwionośnych oraz sposób wytwarzania uszczelnionych protez naczyń krwionośnych wykonanych z włókien polimerowych. Uszczelnione protezy mogą być stosowane do implantacji u ludzi i zwierząt w celu zastąpienia uszkodzonych fragmentów naczyń krwionośnych.

Obecnie najczęściej stosowanym materiałem do zastępowania naczyń krwionośnych w medycynie są protezy wykonane z dzianej włókniny poliestrowej. Niestety, ze względu na swą naturę są one przepuszczalne dla krwi, co powoduje krwawienie w czasie operacji i tuż po wszyciu protezy naczyniowej do krwioobiegu. W celu ich uszczelnienia powszechnie stosuje się zabieg wykrzepiania, kiedy protezę uszczelnia się skrzepem otrzymanym z krwi pacjenta. Zabieg polega na zanurzeniu protezy we krwi pacjenta na okres kilkunastu minut przed implantacją. Procedura wykrzepiania jest też kłopotliwa, ponieważ konieczne jest „masowanie” i „wyciskanie” skrzepów z jej wnętrza, aby zapobiec powstaniu zatorów. Proteza pokryta cienką warstwą zakrzepu jest powierzchnią wysoce trombogenną. Ponadto od pacjenta pobiera się znaczną ilość krwi a sposób przeprowadzania wykrzepiania znacznie zwiększa ryzyko zakażenia bakteryjnego. Aby wyeliminować zabieg wykrzepiania proponuje się różnego rodzaju materiały uszczelniające protezę. W opisie patentowym US 5584875 przedstawiono sposób uszczelniania protez naczyniowych z włókien poliestrowych za pomocą albuminy sieciowanej karbodiimidem oraz aldehydem glutarowym. Proponowane substancje sieciujące są jednak kancerogenne i wywołują reakcję zapalną organizmu Sieciowanie karbodiimidem jest bezpieczniejsze, ale daje długie czasy biodegradacji pokrycia. Opis patentowy US 4747848 przedstawia sposób modyfikacji protezy naczyniowej poprzez uszczelnienie jej modyfikowaną żelatyną zwierzęcą sieciowaną dwuetapowo za pomocą formaldehydu i aldehydu glutarowego. Oba te aldehydy wykazują silne działanie kancerogenne a zastosowanie żelatyny, która jest białkiem odzwierzęcym pociąga dodatkowe zagrożenia biologiczne. Poza tym proces ten jest wieloetapowy i długotrwały. Podobne rozwiązanie przedstawia opis patentowy PL 204732, zgodnie z którym dodatkowo prowadzi się redukcję powstałych z reakcji aldehydu z grupami aminowymi białek zasad Schiffa za pomocą borowodorku sodu, co wnosi do procesu dodatkowy niebezpieczny odczynnik, czyni też proces długotrwałym i nadal stosowane są produkty odzwierzęce. Opis patentowy US 5108424 przedstawia modyfikację powierzchni protezy poliestrowej poprzez nałożenie warstw kolagenu. Po nałożeniu czterech warstw pokrycie jest sieciowane za pomocą par formaldehydu. Główną wadą tej technologii jest zastosowanie rakotwórczego formaldehydu w celu związania białka. Pomimo, że protezy są intensywnie płukane i suszone w próżni, takie rozwiązanie jest ryzykowne, ze względu na toksyczność formaldehydu a dodatkowo długotrwałe płukanie i suszenie w próżni znacznie wydłuża proces produkcyjny. Generalnie dotychczas opisywane technologie stosują niebezpieczne czynniki sieciujące a często też substancje pochodzenia zwierzęcego, co stwarza liczne zagrożenia.

Przedmiotem wynalazku są uszczelnione protezy naczyń krwionośnych (grafty) oraz sposób wytwarzania uszczelnionych protez naczyń krwionośnych wykonanych z włókien polimerowych za pomocą ludzkiej albuminy i utlenionego dextranu. Ludzka albumina jest otrzymywana z krwi ludzkiej, jest materiałem bardzo dobrze przebadanym i dostępnym w aptekach w postaci roztworu do wstrzyknięć. Dekstran jest również powszechnie stosowany w medycynie także do podawania dożylnego. Jest to liniowy polisacharyd zbudowany z pierścieni glukozowych.

Protezy naczyń krwionośnych według wynalazku wykonane z włókien polimerowych pokryte są warstwą produktu reakcji utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia od 1 do 90% zawierającego grupy aldehydowe oraz albuminy ludzkiej, przy czym albumina stanowi co najmniej 5% wagowo suchej masy otrzymanej warstwy uszczelniającej. Produkt reakcji może zawierać antybiotyki i ewentualnie biozgodne plastyfikatory, korzystnie glicerynę. W celu wykonania uszczelnienia protezy naczyniowej stosuje się dekstran utleniony, w którym część pierścieni glukozy w łańcuchu jest otwarta i zawiera grupy aldehydowe, tak, że występują dwie grupy aldehydowe na jeden otwarty (utleniony) pierścień glukozy. Jest to klasyczna metoda modyfikacji dekstranu i była wielokrotnie opisywana w literaturze (Fuentes, M, Segura RL. et al.: Determination of protein-protein interactions through aldehyde-dextran intermolecular crosslinking. Proteomics 2004;4:2602-7, Muangsiri W, Kirsch LE. The protein-binding and drug release properties of macromolecular conjugates containing daptomycin and dextran. Int J Pharm 2006; 315:30-43.). Najczęściej stosuje się utlenianie dekstranu nadjodanem sodu lub potasu w środowisku obojętnym po którym następuje oczyszczanie produktu na drodze dializy lub z zastosowaniem jonitów. Stopień utlenienia dekstranu, czyli ilościowy ułamek utlenionych pierścieni glukozy

PL 218 709 B1 w stosunku do łącznej liczby pierścieni glukozy w próbce, może być oznaczony metodą hydroksyloaminową (Zhao H, Heindel ND. Determination of degree of substitution of formyl groups in polyadehyde dextran by the hydroksyloamine hydrochloride method, Pharm Res 1991;8:400-2), która również jest powszechnie znana. Do uszczelniania graftów naczyniowych stosuje się dekstran o stopniu utlenienia od 1 do 90%. Drugim roztworem stosowanym w uszczelnianiu graftów jest dostępny w handlu roztwór albuminy ludzkiej do podawania dożylnego, przy czym można stosować roztwory o stężeniu od 2 do 60%.

Sposób według wynalazku polega na tym, że uszczelnienie protez naczyń krwionośnych wytwarza się poprzez kontaktowanie protezy z 1-80% wagowo wodnym roztworem utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia od 1 do 90% zawierającego grupy aldehydowe oraz z 2 do 60% wagowo roztworem albuminy ludzkiej. Albumina ludzka znajduje się w roztworze soli fizjologicznej, wodzie lub buforze fosforanowym. Kontaktowanie protezy realizuje się albo poprzez kontakt z mieszaniną obu roztworów, przy czym albumina stanowi co najmniej 5% wagowych suchej masy mieszaniny, albo poprzez kontakt naprzemienny z pojedynczymi roztworami, przy czym w tym ostatnim przypadku korzystnie ostatnim roztworem jest roztwór albuminy. Można stosować jedno lub wielokrotny kontakt. Kontakt protezy z roztworem lub roztworami realizuje się albo poprzez zanurzanie protezy albo poprzez natrysk roztworów na powierzchnię protezy. Na skutek reakcji chemicznej pomiędzy grupami aldehydowymi utlenionego dekstranu a grupami aminowymi obecnymi w albuminie ludzkiej powstaje polimer o bardzo dobrych własnościach biologicznych, który powoli hydrolizuje wewnątrz organizmu. Hydrolizujący polimer jest zastępowany przez tkanki wrastające w porowatą włóknistą strukturę niebiodegradowalnego graftu naczyniowego. W celu zmniejszenia sztywności suchych uszczelnionych graftów można stosować dodatek biozgodnego plastyfikatora, korzystnie gliceryny. Ze względu na przebiegające podczas uszczelniania reakcje chemiczne uszczelnienie może być w prosty sposób modyfikowane antybiotykiem. Wystarczy do przygotowywanego roztworu dodać roztwór lub zawiesinę antybiotyku, który w toku reakcji wiąże się chemicznie z uszczelnieniem i jest potem powoli wydzielany do otoczenia. Operacja taka zabezpiecza miejsce implantacji przed infekcją bakteryjną przez długi okres. Otrzymany produkt można przechowywać bez utraty jego właściwości.

Przed implantacją uszczelnione grafty powinny zostać zwilżone wodą lub roztworem soli fizjologicznej w celu zmiękczenia i uelastycznienia pokrycia. Pokrycie otrzymane z ludzkiej albuminy sieciowanej utlenionym dekstranem zapewnia dobrą szczelność początkową, nie wykazuje cytotoksyczności, ma bardzo dobre własności przeciwzakrzepowe oraz stosunkowo długi okres hydrolizy. Pokrycie ma strukturę hydrożelu dużej elastyczności i wysokim stopniu biokompatybilności. Produkty degradacji pokrycia są substancjami całkowicie obojętnymi biologicznie. Testy cytotoksyczności prowadzone na ludzkich fibroblastach nie wykazują żadnych efektów toksycznych, czyli test XTT hodowli komórek nie różni się od kontroli więcej jak 5%. Ze względu na przebiegające podczas uszczelniania reakcje chemiczne uszczelnienie może być w prosty sposób modyfikowane antybiotykiem poprzez dodanie do roztworów uszczelniających zawiesiny lub roztworu antybiotyku, jest on potem powoli uwalniany z pokrycia, w miarę jego hydrolizy. Tak zabezpieczone pokrycia przeciwdziałają lokalnej infekcji i zmniejszają potrzebę systemowej administracji antybiotyków po operacji, podczas gdy pokrycie nie zawierające antybiotyku jest łatwo kolonizowane przez bakterie, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia pacjenta.

P r z y k ł a d 1

W celu uszczelnienia graftu naczyniowego dzianego podwójnie welurowanego wykonanego z włókien politereftalanu glikolu etylowego (PET) postępuje się następująco. Przygotowuje się dwa roztwory, pierwszy to dostępny w handlu (apteka) 20% roztwór albuminy ludzkiej do podawania dożylnego firmy Baxter, drugi to 10% wagowo wodny roztwór utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia 10% zawierającego grupy aldehydowe, oba o temperaturze 35°C. Roztwory miesza w stosunku objętościowym 1:1, miesza się je przez minutę i dodaje 3% wagowo gliceryny w stosunku do łącznej ilości roztworu. W otrzymanym roztworze zanurza się graft naczyniowy, suszy przez 10 minut w strumieniu suchego powietrza o temperaturze 40°C i ponownie zanurza w roztworze i suszy. Tak uszczelniony ₂ graft naczyniowy wykazuje przepuszczalność wody pod ciśnieniem 15 kPa około 3 ml/min/cm², pod₂ czas gdy graft nieuszczelniony wykazuje przepuszczalność ponad 300 ml/min/cm² w tych samych warunkach. Otrzymane uszczelnienie pęcznieje w wodzie powiększając swoją masę około dwa razy. Test cytotoksyczności przeprowadzony na ludzkich fibroblastach nie wykazał żadnej cytotoksyczności (XTT na poziomie kontroli), podczas gdy uszczelnienie nakładane z albuminy ludzkiej sieciowanej aldehydem mrówkowym wykazało spadek wartości testu XTT o 80% w porównaniu z kontrolą.

PL 218 709 B1

Degradacja hydrolityczna uszczelnienia w wodzie o temperaturze 35°C prowadzi do 50% ubytku masy po 14 dniach.

P r z y k ł a d 2

W celu uszczelnienia graftu naczyniowego dzianego wykonanego z włókien przygotowuje się dwa roztwory, pierwszy to dostępny w handlu 20% wagowo roztwór albuminy ludzkiej firmy Baxter, drugi to 10% wagowo wodny roztwór utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia 20% zawierającego grupy aldehydowe, oba o temperaturze pokojowej. Uszczelniany graft zanurza się najpierw w roztworze albuminy, suszy przez 5 minut w strumieniu suchego powietrza o temperaturze 30°C, zanurza graft w roztworze dekstranu, ponownie suszy przez 10 minut, zanurza w roztworze albuminy i suszy.

Tak uszczelniony graft naczyniowy wykazuje przepuszczalność wody pod ciśnieniem 15 kPa około ₂ ml/min/cm². Otrzymane uszczelnienie pęcznieje w wodzie przybierając strukturę żelu i powiększając swoją masę około 2,2 raza. Test cytotoksyczności przeprowadzony na ludzkich fibroblastach nie wykazał żadnej cytotoksyczności. Degradacja hydrolityczna uszczelnienia w wodzie o temperaturze 35°C prowadzi do 50% ubytku masy po 10 dniach.

P r z y k ł a d 3

W celu uszczelnienia graftu naczyniowego dzianego wykonanego z politereftalanu glikolu etylowego (PET) postępuje się następująco. Przygotowuje się dwa roztwory, pierwszy to dostępny w handlu (apteka) 20% roztwór albuminy ludzkiej do podawania dożylnego firmy Baxter, drugi to 10% roztwór wodny utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia 10% zawierającego grupy aldehydowe, oba o temperaturze 35°C. Roztwory miesza się w stosunku objętościowym 1:1 i dodaje 5% wagowo zawiesinę Gentamycyny w takiej ilości by stanowiła ona 0,5% wagowo suchej masy uszczelnienia. Otrzymany roztwór miesza się przez minutę. W otrzymanym roztworze zanurza się graft naczyniowy, suszy przez 10 minut w strumieniu suchego powietrza o temperaturze 40°C i ponownie zanurza w roztworze i suszy. Tak uszczelniony graft naczyniowy wykazuje przepuszczalność wody pod ciśnie₂ niem 15 kPa około 3 ml/min/cm², podczas gdy graft nieuszczelniony wykazuje przepuszczalność po₂ nad 300 ml/min/cm² w tych samych warunkach. Test mikrobiologiczny wykazuje strefę powstrzymanego wzrostu E. Coli, przez co najmniej tydzień od umieszczenia próbki na agarze, próbka bez antybiotyku jest kolonizowana przez bakterie w ciągu kilku godzin. Degradacja hydrolityczna uszczelnienia w wodzie o temperaturze 35°C prowadzi do 50% ubytku masy po około 12 dniach.

Claims (15)

1. Uszczelnione protezy naczyń krwionośnych wykonane z włókien polimerowych, znamienne tym, że warstwa uszczelniająca stanowi produkt reakcji utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia od 2 do 80% zawierającego grupy aldehydowe oraz albuminy ludzkiej, przy czym albumina stanowi co najmniej 5% wagowo suchej masy otrzymanej warstwy uszczelniającej.

2. Protezy według zastrz. 1, znamienne tym, że warstwa uszczelniająca zawiera antybiotyki.

3. Protezy według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że warstwa uszczelniająca zawiera biozgodne plastyfikatory.

4. Protezy według zastrz. 3, znamienne tym, że jako biozgodne plastyfikatory stosuje się glicerynę.

5. Sposób wytwarzania uszczelnionych protez naczyń krwionośnych wykonanych z włókien polimerowych, znamienny tym, że kontaktuje się protezy z 1-80% wagowo wodnym roztworem utlenionego dekstranu o stopniu utlenienia od 1 do 90% zawierającego grupy aldehydowe oraz z 2 do 60% wagowo roztworem albuminy ludzkiej.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że kontaktowanie protezy realizuje się poprzez kontakt z mieszaniną obu roztworów, przy czym albumina stanowi co najmniej 5% wagowych suchej masy mieszaniny.

7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że kontaktowanie protezy realizuje się poprzez kontakt naprzemienny z pojedynczymi roztworami.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że ostatnim roztworem jest roztwór albuminy.

9. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 8, znamienny tym, że albumina ludzka znajduje się w roztworze soli fizjologicznej, wodzie lub buforze fosforanowym.

10. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 9, znamienny tym, że stosuje się jedno lub wielokrotny kontakt protezy z roztworami.

PL 218 709 B1

11. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 10, znamienny tym, że kontakt protezy z roztworem lub roztworami realizuje się poprzez zanurzanie protezy.

12. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 10, znamienny tym, że kontakt protezy z roztworem lub roztworami realizuje się poprzez natrysk roztworów na powierzchnię protezy.

13. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 11, znamienny tym, że do dowolnego roztworu lub ich mieszaniny dodaje się antybiotyk.

14. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 12, znamienny tym, że do dowolnego roztworu lub ich mieszaniny dodaje się biozgodne plastyfikatory.

15. Sposób według dowolnego z zastrzeżeń od 5 do 12, znamienny tym, że jako biozgodne plastyfikatory stosuje się glicerynę.