PL225658B1 - Sposób wytwarzania kateteru - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kateteru z biozgodnych tworzyw sztucznych, przeznaczonych do pobierania i przenoszenia komórek somatycznych i rozrodczych.

Możliwość swobodnego pobierania, przenoszenia komórek oraz fragmentów tkanek, a także ich hodowla jest niezwykle ważnym elementem biotechnologii, stąd istnieje potrzeba przygotowania odpowiedniego instrumentarium, które można wykorzystać w biotechnologii do celów przemysłowych, rolniczych, medycznych i badawczych.

Jednym z podstawowych narzędzi przeznaczonych dla tych celów jest kateter. Aby spełniał on odpowiednio swoją rolę powinna cechować go łatwość formowania do postaci rurek o dowolnej długości oraz dowolnej średnicy wewnętrznej i zewnętrznej, a także elastyczność - przy zachowaniu kształtu w zakresie temperatur od 50°C do -196°C, w tym w kontakcie z ciekłym azotem.

Dodatkowymi wymogami w odniesieniu do nowoczesnego kateteru jest ich bardzo wysoka biozgodność oraz antyadhezyjność, zapobiegająca przyleganiu lub przyklejaniu się do ścianek kateteru przenoszonych komórek lub tkanek.

Dla wyżej wskazanego celu niezbędne są katetery zachowujące prosty kształt, wzdłuż swojej osi, na długości co najmniej 30 centymetrów i niezmienną grubość ścianek, czyli różnicę między średnicą zewnętrzną i średnicą wewnętrzną.

Obecnie katetery wykonywane są z szeregu tworzyw termoplastycznych, przy wykorzystaniu w tym celu metody obróbki termicznej polimerów, czyli wytłaczania i/lub wtrysku.

W przypadku gdy finalnym produktem ma być cienka rurka z tworzywa sztucznego taka jak k ateter, kaniula lub dren metodą najczęściej wykorzystywaną jest wytłaczanie.

Metoda ta ma charakter ciągły i pozwala na otrzymywanie wytłoczek w postaci rur, węży i rurek odznaczających się dowolnym wymiarem średnicy i długości.

Materiał w postaci granulatu podawany jest do ogrzewanego cylindra tam uplastycznia się, a następnie po homogenizacji przechodzi przez głowicę. W głowicy pod ciśnieniem formowany jest wyrób, który przechodzi przez kalibrator. Po schłodzeniu wytłoczka jest cięta na wymiar lub nawijana na bęben.

W przypadku stosowania jako materiału bazowego polietylenu (PE) metodą wytłaczania otrzymuje się rurki pracujące w zakresie temperatur od 80°C do -50°C, a krótkotrwale od 120°C.

W przypadku stosowania jako materiału bazowego polipropylenu (PP) metodą wytłaczania otrzymuje się rurki pracujące w zakresie temperatur od 120°C do -40°C, krótkotrwale od 145°C.

Z patentu nr US 5409644 znana jest metoda otrzymywania kateterów z termoplastycznych tworzyw sztucznych o potwierdzonej biozgodności charakteryzujących się zmiennością średnicy rurki na początku i na końcu kateteru.

Według wynalazku opisanego w patencie nr US 5547364 metodą formowania rurek termoplastycznych poliuretanu (PU) o zmiennej średnicy - średnica mniejsza niż 3 mm, a grubość ścianki nie większa niż 0,5 mm - jest metoda wytłaczania uplastycznionego polimeru na stalowej matrycy z dodatkowym etapem chłodzenia rurki zapewniającym wytworzenie stożkowatej końcówki.

Tak wykonany kateter poważnie utrudnia utrzymanie prostego kształtu wzdłuż swojej osi niezmiennej grubość ścianek.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu formowania kateteru w sposób eliminujący niedogodności, czyli utrzymanie wymaganych parametrów, przy zachowaniu właściwości bazowego tworzywa, gwarantującego użyteczność materiałową i biologiczną.

Cel wynalazku osiągnięto poprzez nałożenie na rdzeń o wymaganej średnicy wewnętrznej kateteru warstwy biozgodnego tworzywa w postaci rurki albo postaci w taśmy, przy czym w drugim przypadku dodatkowo nakłada się taśmę teflonową.

Tak przygotowane zestawy poddaje się podgrzewaniu w 135°C-145°C w czasie 1-5 minut, po czym poddaje się zewnętrznemu formowaniu poprzez naprężanie i walcowanie, do czasu uzyskania wymaganej średnicy zewnętrznej.

Zestaw z warstwą biozgodnego tworzywa jest przy podgrzewaniu ułożony pod kątem 25°-35°.

Przy opracowywaniu wynalazku, z dostępnych i zbadanych, pod kątem biozgodności materiałów polimerowych takich jak: polikaprolakton, polilaktyd, polipropylen, polietylen, poliuretan i teflon na podstawie uzyskanych wyników badań fizycznych, mechanicznych i biologicznych wybrano polietylen i polipropylen, jako że tworzywa te charakteryzują się wysoką biozgodnością zarówno w kontakcie z komórkami rozrodczymi i somatycznymi.

PL 225 658 B1

Dodatkową bardzo istotną cechą tych materiałów jest ich wysoka hydrofobowość, która wyklucza możliwość przylegania lub przyklejania komórek do ściany kateterów, co stanowi gwarancję, że całość przenoszonego materiału zostanie zdeponowana w miejscu przeznaczenia. Ponadto cechy fizykomechaniczne zarówno polietylenu (PE) jak i polipropylenu (PP) dają możliwość uzyskania pożądanych kształtów.

Przeprowadzone badania nad formowaniem kateterów o ściśle określonych kształtach i wielkościach z tworzyw polimerowych inertnych, to jest z PP i PE, wykazały największą przydatność do tworzenia instrumentarium służącego do pobierania i przechowywania zarodków i komórek somatyc znych. Badane tworzywa wykazały ich niezbędne właściwości materiałowe i wielkości podczas manipulacji narzędziem, inkubacji w warunkach in vitro oraz w trakcie kriokonserwacji.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania, przy czym na rysunku fig. 1 i fig. 2 przedstawiają cykl operacji technologicznych wykonania kateteru z rurki polietylenowej, fig. 3 i fig. 4 cykl operacji technologicznych wykonania kateteru z taśmy propylenowej, a fig. 5 kateter uzyskany sposobem według wynalazku.

P r z y k ł a d 1.

Biozgodny materiał, w postaci rurki polietylenowej 1 o długości 10 cm i średnicy 1,6 mm, nakłada się na stalowy rdzeń 2 o średnicy 0,8 mm, aż do osiągnięcia przez rurkę położenia wyśrodkowanego. Końcówki rdzenia 2 uprzednio smaruje się smarem silikonowym w celu łatwiejszego ściągnięcia gotowego kateteru 5.

Nałożoną na matrycę rurkę wprowadza się pod kątem 30° do suszarki nagrzanej do temperatury 142°C. Wysokość temperatury, do której nagrzewano suszarkę, wyznaczona została doświadczalnie (TG/DSC), specjalnie dla opracowania metody formowania kateteru 5.

Proces podgrzewania formy trwa ok. 1-2 min. Po osiągnięciu przez materiał temperatury mięknięcia rurkę napręża się aż do osiągnięcia przez polietylenową rurkę 1 wydłużenia o 50% większego z każdej strony, względem wyjściowej długości rurki. Etap ten prowadzi się tak długo, aż nastąpi trwałe odkształcenie się rurki 1.

Zastosowany zabieg zapewnia odpowiednie wydłużenie polimeru i z rurki 2 o długości 10 cm otrzymuje się kateter 5 o długości 30 cm, przy jednoczesnym ścienieniu jego ścian.

Jednolitą grubość kateteru 5 na całym jego przekroju zapewnia się przez walcowanie prowadzone aż do uzyskania przez rurkę 2 temperatury pokojowej, po czym gotowy kateter 5 ściąga się z rdzenia.

W ten sposób uzyskuje się kateter 5 inertny i biozgodny, o gładkiej i jednolitej powierzchni zewnętrznej jak i wewnętrznej o wytrzymałości mechanicznej na zrywanie na poziomie 64 MPa i module sztywności 98 MPa.

P r z y k ł a d 2.

Biozgodny materiał, w postaci taśmy z polipropylenu 3, o szerokości 2 cm, nawija się na posmarowany smarem sylikonowym rdzeń 2 w ten sposób, aby zwoje taśmy nachodziły na siebie pod kątem 45°.

Jako zabezpieczenie przed rozwinięciem nawiniętej taśmy polipropylenowej, nawija się taśmę teflonową 4.

Proces formowania tak ułożonego polipropylenu przeprowadza się w temperaturze 140°C przez 2-3 min. Warstwa teflonu dociskającego polipropylenu gwarantuje zespolenie taśmy polipropylenowej. Wysokość temperatury, do której nagrzewano suszarkę, została wyznaczona doświadczalnie (TG/DSC).

Po osiągnięciu przez materiał temperatury mięknięcia rurkę napręża się aż do osiągnięcia przez nią wydłużenia o 40% większego z każdej strony, względem wyjściowej długości materiału zawiniętego na rdzeniu 2. Etap ten prowadzi się tak długo, aż nastąpi trwale uformowanie się rurki.

Jednolitą grubość kateteru 5 na całym jego przekroju zapewnia się przez walcowanie prowadzone aż do uzyskania przez rurkę temperatury pokojowej, po czym gotowy kateter 5 ściąga się z rdzenia.

W ten sposób uzyskano kateter 5 inertny i biozgodny, o gładkiej powierzchni wewnętrznej i wytrzymałości mechanicznej na zrywanie na poziomie 8 MPa i module sztywności 122 MPa.

Badania kateterów wykonanych według wynalazku nie wykazały zmiany kształtu oraz wymiarów w zetknięciu z ciekłym azotem. Immersja kateterów w ciekłym azocie nie prowadziła do zamknięcia jego światła ani nie wpływała na mikrostrukturę powierzchni kateteru. Badaniami potwierdzono niezmienność kształtu i wymiaru kateterów po zanurzeniu w ciekłym azocie, co opisano w tabeli 1.

PL 225 658 B1

Na podstawie zmierzonych średnic oszacowano grubość ściany kateterów wynoszącą około 100 μm. Nie zaobserwowano znaczących zmian w kształcie i wymiarach narzędzia zarówno przed, jak i po mrożeniu w ciekłym azocie oraz inkubacji.

Jednocześnie odnotowano regularny kształt przekroju, nawet po zanurzeniu w ciekłym azocie. Na podstawie zmierzonych średnic określono średnią grubość ściany, wynoszącą w przypadku tych rurek ok. 400 μm.

Średnica kateterów wykonanych z polietylenu, w zetknięciu z ciekłym azotem, ulega nieznacznym zmianom jednak jest ono nie większe niż 5%.

T a b e l a 1

Zestawienie średnic kateterów poddanych mrożeniu (kriokonserwacji), inkubacji w porównaniu do kateterów wyjściowych

	Materiał
Kateter PE	Kateter PP
0 zewnętrzne	0 wewnętrzne	0 zewnętrzne	0 wewnętrzne
gotowy kateter [mm]	1,05±0,35	0,89±0,17	1,76±0,24	1,06±0,16
po mrożeniu [mm]	1,09±0,21	0,91±0,22	1,62±0,45	1,08±0,15
po inkubacji [mm]	1,05±0,71	0,9±0,08	1,61±0,27	1,07±0,22
po inkubacji i mrożeniu [mm]	1,07±0,54	0,91±0,12	1,61±0,35	1,09±0,09

Z przeprowadzonych badań wynika, iż wytworzone opracowanymi metodami katetery nie ulegają degradacji w środowisku odpowiadającym składowi elektrolitycznemu płynów tkankowych. Stwierdzono, że zarówno pH, jak i przewodnictwo nie odbiegają znacząco wartościami od próby kontrolnej, czyli roztworu PBS pozbawionego materiału, wyniki pH kształtowały się w zakresie 7,18-7,22 (pH PBS wynosi 7,24).

Badania mechaniczne wykazały, że katetery wykonane z polietylenu charakteryzują się większą wytrzymałością na zrywanie (64 MPa) w porównaniu do kateterów z polipropylenu (8 MPa) przy zachowaniu porównywalnych wartości modułu Younga.

Wyniki badań biologicznych potwierdziły fakt, że biomateriały zastosowane w narzędziach są bezpieczne dla komórek somatycznych. Przeżywalność fibroblastów HS-5 kontaktowanych z powierzchnią narzędzia wyniosła ok. 89% dla PE i 90% dla PP, kontrola stanowiła 100%.

W przypadku zarodków kontaktujących się z powierzchnią biomateriałów stwierdzono, że podczas trwania pięciodniowej hodowli ilość rozwiniętych blastocyst wśród badanych materiałów i próby kontrolnej jest na tym samym poziomie, co opisano w tabeli 2.

T a b e l a 2

Wyniki badań przeżywalności zarodków świńskich po 5-ciu dniach hodowli in vitro

Grupa	Liczba blastocyst	Tunel
Całkowita liczba jąder/blastocystę	Liczba jąder apoptotycznych/blastocystę	DCI (%)
Kontrola	4	58,75+6,13	6,75+6,73	11,5
PP	4	57,25+2,87	7,25+0,96	12,7
PE	3	55,33+4,93	7,67+0,58	13,8

PL 225 658 B1

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania kateteru z biozgodnego materiału wyjściowego, znamienny tym, że na rdzeń (2) o wymaganej średnicy wewnętrznej kateteru (5) nakłada się warstwę biozgodnego materiału w postaci rurki (1) albo biozgodnego materiału w postaci taśmy (3), przy czym na warstwę biozgodnego materiału w postaci taśmy (3) nakłada się taśmę teflonową (4), i poddaje się podgrzewaniu, a następnie zewnętrznemu formowaniu poprzez naprężanie i walcowanie, aż do czasu uzyskania wymaganej średnicy zewnętrznej.

2. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że podgrzaną warstwę biozgodnego materiału w postaci rurki (2) napręża się i walcuje do momentu uzyskania temperatury pokojowej.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na rdzeń (2) nakłada się warstwę biozgodnego materiału w postaci taśmy (3) i taśmę teflonową (4).

4. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że podgrzaną warstwę biozgodnego materiału w postaci taśmy (3), otoczonego taśmą teflonową (4), napręża się i walcuje aż do momentu uzyskania temperatury pokojowej.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3 albo 4, znamienny tym, że biozgodny materiał w postaci rurki (2) albo biozgodny materiał w postaci taśmy (3), otoczonej taśmą teflonową (4), na rdzeniu (2) podgrzewa się w 135°C-145°C w czasie 1-5 minut.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że rdzeń (2) z warstwą biozgodnego materiału w postaci rurki (1) podgrzewa się ułożony pod kątem 25°-35°.