PL232396B1 - Wielowarstwowy materiał medyczny przeznaczony na implant do wypełnień kości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wielowarstwowy materiał medyczny przeznaczony na implant do wypełnień kości.

Z opisu zgłoszenia patentowego US 2010/0172952 A1 są znane porowate podłoża do hodowli komórkowych i tkankowych, z gradientem porowatości, wytworzone z polimerowych nanowłókien o średnicy 100-400 nm, o porowatości w zakresie 300 μm, zawierające dodatki o wielkości ziaren powyżej 1 μm. Do ich wytwarzania stosuje się włókna z polimerów biodegradowalnych, syntetycznych, jak PLA, PCL, PGA, PGLA, ich kopolimerów lub z polimerów naturalnych, jak kolagen, elastyna, skrobia, alginian, żelatyna, chitozan, celuloza, jak również polimery z grupy niebiodegradowalnych, jak PU, PCV, PE, PP, PVA. Podłoża te zawierają dodatki w postaci substancji osteokonduktywnych, jak HAp, TCP, osadzane na matrycy włóknistej. Podłoża te mogą zawierać żywe komórki lub czynnik wspomagający proliferację, adhezję i kolonizację hodowanych komórek lub substancji leczniczej, osadzone bądź tworzące impregnację na materiale podłoża. Podłoże może być jednowarstwowe, otrzymane metodą elektroprzędzenia lub stanowić strukturę wielowarstwową z warstwami o takiej samej, bądź różnej orientacji i uporządkowaniu nanowłókien.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2011/0082565 A1 są znane wielowarstwowe przestrzenne materiały implantacyjne utworzone z ułożonych jedna na drugiej warstw włóknistych o rozmiarach nano- i mikrometrycznych, wytworzonych na drodze elektroprzędzenia, zawierających włókna o średnicach odpowiednio 500-900 nm i 5-15 μm, charakteryzujących się znaczną porowatością. Do wytworzenia warstw włóknistych używa się polimery pochodzenia naturalnego, jak kolagen, elastyna, fibronektyna, celulaza, chityna, chitozan lub sztuczne, jak PCL, PLA, PGA, PEG, PCV, PTFE, PP, PMMA oraz ich kopolimery. W celu poprawy biozgodności takiego materiału i lepszego efektu terapeutycznego do poszczególnych warstw materiału wprowadza się różnego rodzaju kultury komórkowe. Mogą to być embrionalne komórki macierzyste, mezenchymalne komórki macierzyste, czy też komórki kostne (osteoblasty czy osteocyty) lub też ich prekursory. Materiał włóknisty może również zawierać czynnik aktywny chemiczny, biologiczny, mineralny z licznej grupy środków wspomagających proliferację komórek, przeciwmikrobowych, czynników wzrostu, hormonów czy cytokin. Czynnik ten jest wprowadzany w postaci roztworu bądź cząstek bezpośrednio do roztworu przędzalniczego, a także na gotową matrycę włóknistą.

Z opisu zgłoszenia patentowego US 2011/0287082 A1 są znane wielowarstwowe, biodegradowalne materiały włókniste, składające się z co najmniej dwóch warstw, z których włókniste podłoże charakteryzuje się porowatością z zakresu 1-100 μm, natomiast pozostałe warstwy porowatością 20-50 μm. Poszczególne warstwy złączone są ze sobą poprzez obróbkę termiczną, chemiczną lub siłami adhezji. Materiał taki może mieć strukturę włókninową o zorientowanym, bądź nieuporządkowanym ułożeniu włókien. Włókna tworzące pierwszą warstwę powinny odznaczać się średnicą wielkości 2,0-2,8 μm, natomiast średnice włókien warstw kolejnych powinny zawierać się w przedziale 0,2-0,8 μm. Do wytworzenia warstw włóknistych proponuje się polimery biodegradowalne, jak PLA, PGA, PCL, PDO, TMC czy PEG. Poszczególne warstwy włókniste mogą być wykonane z różnych materiałów, przy czym co najmniej jedna powinna zawierać dodatek aktywny, który sprzyja procesowi gojenia się rany, na przykład insulina, witamina B, kwas hialuronowy, czynniki wzrostu oraz co najmniej jedna warstwa powinna być wykonana techniką elektroprzędzenia.

W opisie zgłoszenia patentowego US nr 2009/0239302 A1 opisano wielowarstwowy materiał polimerowy, w którym warstwy polimerowe o strukturze trójwymiarowej są przełożone warstwami komórek o strukturze płaskiej. Warstwy polimerowe wytworzone są metodą depozycji „layer-by-layer” (LbL), natomiast komórki są nanoszone sposobem homogenicznym poprzez namaczanie, nanoszenia, natryskiwanie, czy też formowanie cienkich hydrożelowych filmów, ale także metodami h eterogenicznymi, jak drukowanie czy też nanoszenie punktowe. W celu zapewnienia przeżywalności i odpowiedniego funkcjonowania komórek, materiał polimerowy zawiera czynniki odżywcze, czynniki wzrostu, antyutleniacze, środki antybakteryjne, promotory przyczepności, związki immunosupresyjne, witaminy, DNA. Ponadto możliwe jest immobilizowanie na tym materiale komórek w celu zapewnienia odpowiedniej bioaktywności. Wśród metod immobilizacji proponuje się enkapulację oraz wbudowanie w warstwę cienkiego hydrożelu.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2012/0093717 A1 są znane polimerowe materiały włókniste zawierające w matrycy włókien mikrosfery odpowiedzialne za kontrolowane uwalnianie jednego lub więcej czynników aktywnych biologicznie. Materiał włóknisty może być wytworzony z jednego lub więcej

PL 232 396 B1 rodzajów włókien polimerowych o zróżnicowanych czasach degradacji, uzyskanych z polimerów, takich jak PES, PU, białka, PEO, ich kombinacje. Jako środki aktywne przewiduje się stosowanie białek, leków, czynników wzrostu, enzymów, witamin. Materiał stanowi układ warstw włóknistych, z których każdą stanowią wzajemnie przeplecione włókna o średnicach zawierających się w przedziale 1 nm-10 000 nm, między którymi unieruchomione są mikrosfery o wielkości od 0,01 μm do 100 μm, tworzące sieć włóknistą. Do otrzymywania tych materiałów włóknistych preferuje się metodę elektroprzędzenia z roztworu.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2010/0327494 A1 są znane wielowarstwowe włókniste podłoża do hodowli komórkowych, wytworzone z syntetycznych polimerów biodegradowalnych. Podłoża te, wykonane z włókien o rozmiarach mikrometrycznych, charakteryzują się strukturą morfologiczną o charakterze wysokoporowatym, fibrylarnym.

W opisie zgłoszenia patentowego US nr 2010/0233115 A1 ujawniono wielowarstwowe włókniste podłoża do hodowli komórkowych. Polimerami do produkcji tych podłoży mogą być poliestry alifatyczne, PLA, PLA-co-PCL, PGLA, PVA, PTFE, PDO, kolagen, alginian, kwas hialuronowy.

Włókniste kompozyty przeznaczonych na odbudowę i zastępowanie macierzy tkanki kostnej, znane z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2009/0220605 A1, wyróżniają się występowaniem w ich składzie demineralizowanych cząsteczek kości, z czego ilość niezdenaturyzowanego kolagenu wynosi przynajmniej 60%, oraz nanowłókien o rozmiarach rzędu submikronowego. W skład tych kompozytów mogą wchodzić również takie nanostruktury, jak syntetyczne bądź naturalne nanododatki, nanosfery, nanomicele wytarzane z kolagenu, żelatyny, alginianu, kwasu hialuronowego, chitozanu, apatytu, bioszkła, czy też ich kompozycje. Ponadto kompozyty te mogą zawierać inne dodatki aktywne biologicznie, w tym mające działanie terapeutyczne czy też wspomagające odpowiedź komórkową, na przykład antybiotyki, białka, peptydy, czynniki wzrostu, DNA, RNA. Związki powyższe mogą być wbudowane w matrycę polimerową bądź też naniesione na jego powierzchnię. Matrycę włóknistą uzyskuje się metodą elektroprzędzenia, separacji fazowej lub samoorganizacji.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2008/0112998 A1 jest znane syntetyczne, wielowarstwowe podłoże do hodowli komórkowej, wytworzone metodą elektroprzędzenia, zawierające warstwy aktywne pomiędzy warstwami nanowłókien. Warstwy włókniste są wytworzone z biodegradowalnego i/lub bioresorbowalnego polimeru, na przykład PGLA, PLA, PGA, kolagenu, żelatyny, kwasu hialuronowego, ich pochodnych. Warstwy te są ewentualnie wzbogacone o składniki bioaktywne - HAp, srebro, złoto czy nanododatki z substancjami leczniczymi. Modyfikatory mogą być dodane do roztworów przędzalniczych jak również naniesione na materiał włóknisty i rozmieszczone między włóknami. Warstwy tego kompozytu są wytworzone stopniowo, warstwa po warstwie, poprzez elektroprzędzenie matrycy włóknistej, przeniesienie jej na wodne podłoże, depozycję na jej powierzchni jednej lub więcej warstw żywych komórek ssaków, a następnie powtarzanie tej procedury poprzez naniesienie kolejnych warstw polimerowych i żywych komórek.

Z opisu patentowego US nr 8 039 258 B2 znane są podłoża do hodowli tkankowych, posiadające strukturę mikro- i nanoporowatą, uwarunkowaną istnieniem dwóch faz. Jedną z warstw materiału stanowi mikroporowata struktura o porach zawierających się w przedziale wielkości 1 μm-2000 μm, która otrzymywana jest na drodze licznych operacji odlewania, liofilizacji, rozpylania lub też plecenia, tkania czy dziania. Nanoporowatą strukturę tworzy natomiast samozorganizowana warstwa peptydowa. Składniki użyte do wytwarzania takiego materiału mogą być zarówno z grupy biokompatybilnych (stal nierdzewna, kobalt, tytan i jego stopy, ceramika bioinertna), niebiodegradowalnych (poliestry alifatyczne, pochodne celulozy, PU, PS, PCV, PVA), biodegradowalnych (ceramika-demineralizowana kość, HAp, TCP, polimery - PLA, PGA, PGLA, PCL, PDO, celuloza, kolagen, PHB oraz ich kopolimery i kompozycje).

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2007/0269481 A1 znane jest biomimetyczne, wielowarstwowe podłoże nanowłókniste z biomolekułami zawartymi na jego powierzchni. Warstwy włókniste tego materiału są wyrównane i wytworzone różnymi metodami, w tym w drodze elektroprzędzenia z polimerów syntetycznych lub naturalnych, jak PLA, PGA, PGLA, PVA, kolagen, fibronektyna, alginian, kwas hialuronowy. Wielowarstwowy materiał może ponadto zawierać w swojej strukturze, wbudowane w matrycę bądź umieszczone na jej powierzchni, związane wiązaniami kowalencyjnymi bądź niekowalencyjnymi, różnego typu komórki (fibroblasty, komórki nerwowe, komórki śródbłonka), a także biomolekuły (kwasy nukleinowe, aminokwasy, cukry, lipidy) oraz farmaceutyczne środki pomocnicze.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2006/0200232 A1 znany jest bioaktywny, nanowłóknisty materiał, zawierający czynnik aktywny biologicznie, wytworzony metodą elektroprzędzenia. Materiał stanowi strukturę nanowłóknistą w formie cylindrycznej lub może być uzyskany jako podłoże na bazie nanowłókien, którego przynajmniej jednym ze składników jest biostabilna syntetyczna substancja. Zawiera

PL 232 396 B1 on także co najmniej jeden składnik czynny biologicznie. Do otrzymania struktury włóknistej tego materiału stosuje się PU, PGA, PA, PTFE, PE, PP. Jako substancje aktywne może zawierać czynniki antygrzybiczne, przeciwmikrobowe/bakteriostatyczne, przeciwbólowe, przeciwwirusowe oraz białka, w tym czynniki wzrostu. Materiał włóknisty jest otrzymywany metodą elektroprzędzenia.

Z opisu patentowego US nr 8 048 446 B2 są znane nietkane włókniste podłoża komórkowe, wytworzone metodą elektroprzędzenia z mieszanin naturalnych i syntetycznych polimerów wraz z substancjami białkowymi. Materiały te są wytwarzane z polimerów biodegradowalnych, jak PGLA lub biopolimerów, jak żelatyna, czy elastyna. Ponadto materiał ten może zawierać substancje lecznicze, jak leki przeciwalergiczne, antyoksydanty, witaminy, czynniki wzrostu, substancje przeciwgrzybiczne, związki redukujące cholesterol.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2011/0229551 A1 są znane struktury włókniste z biodegradowalnych polimerów, do kontrolowanego uwalniania leków. Nietkana struktura, uzyskana metodą elektroprzędzenia, może zawierać wewnątrz bądź też na powierzchni antybiotyki lub leki przeciwzapalne, również antyciała, czynniki wzrostu, enzymy, DNA, RNA, hormony. Do produkcji tej struktury stosowane są PCL, PDO, PEO, PGA, PLA, PGLA, kolagen, żelatyna, jedwab, chitozan, celuloza czy kwas hialuronowy.

Ze zgłoszenia patentowego US nr 2010/0303881 A1 znana jest kompozycja z włókien elektroprzędzionych z jednego lub więcej polimeru, zawierających jeden lub więcej składników aktywnych biologicznie. Warstwy włókniste tej kompozycji składają się ze zorientowanych bądź niezorientowanych włókien o średnicach zawierających się w przedziale od 100 nm do 1 ąm. Jako polimery proponuje się związki syntetyczne, naturalne, na bazie białek, a także ich kombinacje. Czynniki biologicznie aktywne o działaniu leczniczym mogą być zawarte w ilości 5-10% wagowych i mogą to być molekuły, na przykład rybozymy, RNA, antyciała, czynniki wzrostu.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2009/0061496 A1 znane są, wytworzone metodą elektroprzędzenia, warstwy włókniste zawierające żywe, enkapsulowane organizmy, jak bakterie czy wirusy. Enkapsulowane organizmy żywe stanowią składnik roztworu przędzalniczego. Dodatkowym składnikiem roztworu przędzalniczego mogą być środki osmoregulujące (cukier, glicerol, glikol). Warstwy włókniste zawierają włókna o średnicy nie większej niż 5 ąm, wytworzone z polimerów, takich jak PVA, PEG, PLA, PGA, PGLA.

Wielowarstwowa, wielofazowa struktura włóknista, uzyskana metodą elektroprzędzenia, zawierająca nie tylko składniki aktywne biologiczne, lecznicze, ale także żywe komórki jest znana z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2010/0292791 A1. Pomimo swojej wielofazowości materiał taki zachowuje ciągłość pomiędzy poszczególnymi fazami. Składnikami aktywnymi, zawartymi w matrycy polimerowej, poprawiającymi biozgodność oraz bioaktywność implantu jest bioceramika, substancje bioaktywne (hormony, czynniki wzrostu), jak również żywe komórki (fibroblasty, chondrocyty, osteoblasty). Te ostatnie mogą być dodatkowo zlokalizowane w matrycy hydrożelowej. Materiał włóknisty jest wykonany z polimerów biodegradowalnych, jak poliestry alifatyczne, PLA, PGA, PDO, kolagen, alginian, chitozan.

Z opisu zgłoszenia patentowego US nr 2010/0093093 A1 są znane trójwymiarowe podłoża do hodowli komórkowych, wytworzone metodą elektroprzędzenia. Do wytwarzania materiału tych podłoży stosuje się PVA, PLA, PGA, PGLA, PEO, kolagen, elastyna, celuloza, PA, PAN, ich mieszanki. Ponadto do roztworu przędzalniczego dodaje się różnorodne modyfikatory, w tym czynne biologicznie.

Wielowarstwowy materiał medyczny przeznaczony na implant do wypełnień kości, zawierający warstwy włókniste z polimeru biodegradowalnego, w tym warstwy nanowłókien wykonanych techniką elektroprzędzenia z roztworu przędzalniczego polimeru biodegradowalnego, zawierający nadto dodatek ceramiczny oraz czynnik wzrostu lub lek, według wynalazku stanowi układ trzech warstw, z których środkową stanowi warstwa nanowłókien wykonanych z roztworu przędzalniczego polimeru biodegradowalnego w postaci kopolimeru laktydu i glikolidu, ewentualnie zawierającego dodatek polihydroksymaślanu, o masie powierzchniowej 9-80 g/m², zaś zewnętrzne warstwy stanowią warstwy włókniny igłowanej z włókien klasycznych z polimeru biodegradowalnego w postaci kopolimeru laktydu i glikolidu, o masie powierzchniowej 200-250 g/m², połączone z warstwą nanowłókien techniką igłowania, przy czym dodatek ceramiczny w postaci nanohydroksyapatytu jest zawarty w strukturze warstwy nanowłókien. Czynnik wzrostu lub lek, enkapsulowany w mikrosferach z biopolimeru, którym jest alginian sodu, jest osadzony na powierzchni warstwy nanowłókien. Nanowłókna zawierające dodatek polihydroksymaślanu są wykonane z roztworu przędzalniczego zawierającego dodatek polihydroksymaślanu syntetyzowanego z użyciem katalizatora cyrkonowego, w ilości do 30% wagowych. Średnica mikrosfer zawierających czynnik wzrostu lub lek jest równa 3-50 ąm.

PL 232 396 B1

Materiał według wynalazku zawiera czynniki aktywne jedynie w warstwie środkowej nanowłókien, co wydłuża czas ich działania po implantacji oraz wpływa optymalnie na regeneracje otaczającej implant tkanki. Odpowiednio zaprojektowana struktura materiału sprzyja nagromadzeniu enkapsulowanych czynników bioaktywnych w pobliżu warstwy środkowej implantu, co także wpływa na wydłużenie działania czynników bioaktywnych oraz pasywnie aktywuje komórki kości do osteogenezy.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

P r z y k ł a d 1

Włókna z kopolimeru laktydu i glikolidu, o masie liniowej 6,02 dtex i długości cięcia 60 mm uformowano w postać runa techniką zgrzeblarkową. Runo formowano na laboratoryjnej zgrzeblarce wałkowej firmy Befama. W celu lepszego rozluźnienia i wymieszania włókien, proces zgrzeblenia prowadzono dwukrotnie. Każdorazowo wielkość zasilania wynosiła 35 g/pole zasilacza. Masa runka elementarnego wynosiła 9,2 g.

W celu uzyskania masy powierzchniowej na poziomie 240 g/m² dokonano wielokrotnego warstwowania runek elementarnych. Liczba złożonych runek wynosiła 28. Orientacja włókien w runie krzyżowa. Uformowane runo warstwowe wzmacniano w procesie igłowania igłami przetykowymi. Igłowanie wstępne prowadzono na igłowarce laboratoryjnej firmy Befama. Parametry igłowania: numer uiglenia 15x18x40x3 % RB, liczba przeigłowań 60 cm^-2, głębokość igłowania 12 mm.

Następnie formowano warstwę nanowłókien techniką elektroprzędzenia z roztworu kopolimeru laktydu i glikolidu. Przygotowywano 20% roztwór tego kopolimeru w dwumetylosulfotlenku (DMSO). Próbę elektroprzędzenia wykonano przy użyciu wysokiego napięcia 33 kV, odległość odbiornika od dyszy przędzalniczej wynosiła 35 cm, prędkość przesuwu igielnicy 20 mm/s, zaś prędkości obrotów odbiornika 20 rpm.

Warstwa nanowłókien posiadała następujące parametry:

• masa powierzchniowa: 9,5 g/m², • średnica włókien: 100-510 nm, • przepuszczalność powietrza: 6,15 l/m²/s, • pojemność sorpcyjna: 11,22 gwody/gpróbki.

Warstwę nanowłókien zamykano pomiędzy dwoma warstwami włókniny igłowanej. Łączenie warstw prowadzono w procesie igłowania zasadniczego, przy parametrach igłowania: numer uiglenia 15x18x40x3 % RB, liczba przeigłowań 60 cm^-2, głębokość igłowania 12 mm, krotność igłowania 2 ze zmianą stron igłowania.

Otrzymany trójwarstwowy materiał posiadał następującą charakterystykę:

• masa powierzchniowa: 458,6 g/m², • grubość: 1,6 mm, • przepuszczalność powietrza: 236 l/m²/s, • pojemność sorpcyjna: 4,4 g/g.

Następnie przeprowadzono enkapsulację leku o działaniu przeciwzapalnym. W tym celu alginian sodu rozpuszczono w wodzie z utworzeniem roztworu o stężeniu 5%. Do roztworu alginianu sodu wprowadzono 10% leku o działaniu przeciwzapalnym. Całość wymieszano mieszadłem magnetycznym w czasie 20 min. Roztwór polimeru z lekiem przetłaczano przez dyszę urządzenia do formowania mikrosfer, tworząc kulki o wymiarach od 3 do 30 μm. Zestalanie uformowanych mikrosfer prowadzono w kąpieli koagulacyjnej w postaci 10% roztworu węglanu wapnia. Uzyskane mikrosfery płukano w wodzie destylowanej, a następnie tworzono wodną zawiesinę. Udział mikrosfer w zawiesinie wynosił 30%.

Otrzymaną zawiesinę nanoszono na zewnętrzną warstwę materiału medycznego, a następnie techniką podciśnieniową wprowadzano mikrosfery do wnętrza materiału tak, aby zatrzymały się na warstwie nanowłókien. Odsączenie wody prowadzono podciśnieniowo. Po odsączeniu nadmiaru wody, wielowarstwowy materiał medyczny pozostawiono do wysuszenia w temperaturze otoczenia.

P r z y k ł a d 2

Włókninę igłowaną wykonywano postępując jak w przykładzie 1.

Następnie formowano warstwę nanowłókien techniką elektroprzędzenia z roztworu mieszaniny kopolimeru laktydu i glikolidu. Roztwór o stężeniu 10% przygotowywano przy użyciu mieszadła mechanicznego (2 h) i następnie mieszadła sonicznego (15 min). Próbę elektroprzędzenia wykonano przy użyciu wysokiego napięcia 20 kV, odległość odbiornika od dyszy przędzalniczej wynosiła 15 cm, prędkość przesuwu igielnicy 30 mm/s, zaś prędkość obrotów odbiornika 30 rpm.

PL 232 396 B1

Otrzymano warstwę nanowłókien o następujących parametrach:

• masa powierzchniowa: 8 g/m², • średnica włókien: 500-1000 nm, • przepuszczalność powietrza: 50 l/m²/s, • pojemność sorpcyjna: 4,56 gwody/gpróbki.

Dalej postępowano jak w przykładzie 1.

P r z y k ł a d 3

Włókna z mieszaniny kopolimeru laktydu i glikolidu z 10% udziałem polihydroksymaślanu, o masie liniowej 2,91 dtex i długości cięcia 60 mm uformowano w postać runa techniką zgrzeblarkową. Runo formowano na laboratoryjnej zgrzeblarce wałkowej firmy Befama. W celu lepszego rozluźnienia i wymieszania włókien, proces zgrzeblenia prowadzono dwukrotnie. Każdorazowo wielkość zasilania wynosiła 30 g/pole zasilacza. Masa runka elementarnego wynosiła 8,7 g. W celu uzyskania masy powierzchniowej na poziomie 240 g/m² dokonano wielokrotnego warstwowania runek elementarnych. Liczba złożonych runek wynosiła 30. Orientacja włókien w runie - krzyżowa. Uformowane runo warstwowe wzmacniano w procesie igłowania igłami przetykowymi. Igłowanie wstępne prowadzono na igłowarce laboratoryjnej firmy Befama. Parametry igłowania: numer uiglenia 15x18x40x3 % RB, liczba przeigłowań 60 cm^-2, głębokość igłowania 12 mm.

Następnie formowano warstwę nanowłókien techniką elektroprzędzenia z 15% roztworu mieszaniny kopolimeru laktydu i glikolidu z 10% polihydroksymaślanem w DMSO. Jako dodatek stosowano hydroksyapatyt. Hydroksyapatyt z DMSO wymieszano przy użyciu mieszadła sonicznego (20 minut). Następnie do roztworu hydroksyapatytu z DMSO dodano roztwór mieszaniny kopolimeru laktydu i glikolidu z polihydroksymaślanem i rozpuszczano z użyciem mieszadła magnetycznego nie dłużej niż 3 godziny. Elektroprzędzenie z roztworu wykonano na urządzeniu do elektroprzędzenia. Próbę wykonano przy użyciu wysokiego napięcia 33 kV, odległość odbiornika od dyszy przędzalniczej wynosiła 25 cm, prędkość przesuwu igielnicy 20 mm/s, zaś prędkość obrotów odbiornika 20 rpm.

Otrzymano warstwę nanowłókien o następujących parametrach:

• masa powierzchniowa: 20,4 g/m², • średnica włókien: 100-260 nm, • grubość włókniny: 0,07 mm, • przepuszczalność powietrza: 1 l/m²/s, • pojemność sorpcyjna: 15,64 gwody/gpróbki.

Warstwę nanowłókien zamykano pomiędzy dwoma warstwami włókniny igłowanej. Łączenie warstw prowadzono w procesie igłowania zasadniczego, przy parametrach igłowania: numer uiglenia 15x18x40x3 % RB, liczba przeigłowań 60 cm^-2, głębokość igłowania 12 mm, krotność igłowania 2 ze zmianą stron igłowania.

Otrzymany trójwarstwowy materiał posiadał następującą charakterystykę:

• masa powierzchniowa: 398,3 g/m², • grubość: 1,4 mm, • przepuszczalność powietrza: 267 l/m²/s, • pojemność sorpcyjna: 4,6 g/g.

Następnie przeprowadzono enkapsulację czynnika wzrostu. W tym celu alginian sodu. rozpuszczono w wodzie biologicznie czystej, pozbawionej obecności enzymów i innych związków mogących spowodować destrukcję białka, z utworzeniem roztworu o stężeniu 3%. Do 20 ml tego roztworu wprowadzono 50 μg insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF 1). Całość wymieszano mieszadłem magnetycznym w czasie 20 minut. Roztwór polimeru z czynnikiem wzrostu przetłaczano przez dyszę urządzenia do formowania mikrosfer, tworząc kulki o wymiarach od 3 do 50 μm. Zestalanie uformowanych mikrosfer prowadzono w kąpieli koagulacyjnej w postaci 10% roztworu węglanu wapnia. Uzyskane mikrosfery płukano w wodzie destylowanej, a następnie tworzono wodną ich zawiesinę. Udział mikrosfer w zawiesinie wynosił 30%.

Otrzymaną zawiesinę nanoszono na zewnętrzną warstwę materiału medycznego, a następnie techniką podciśnieniową wprowadzano mikrosfery do wnętrza materiału tak, aby zatrzymały się na warstwie nanowłókien. Odsączenie wody prowadzono podciśnieniowo. Po odsączeniu nadmiaru wody, wielowarstwowy materiał medyczny pozostawiono do wysuszenia w temperaturze otoczenia.

Badania materiałów medycznych wykonanych w przykładach, przeprowadzone w Zakładzie Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów Akademii Medycznej we Wrocławiu, wykazały brak

PL 232 396 B1 działania cytotoksycznego w stosunku do komórek fibroblastów linia komórkowa L929. Badania prowadzone były zgodnie z wytycznymi norm PN-EN ISO 10993-5:2001 oraz PN-EN ISO 10993-12:2009 Część 12. Przeprowadzone badania wykazały, że wielowarstwowy materiał medyczny z wprowadzonymi mikrokapsułkami zawierającymi IGF stymuluje wzrost komórek fibroblastów w stosunku do materiału wielowarstwowego pozbawionego czynników IGF.

Badania implantacyjne wykonano zgodnie z normą PN-EN ISO 10993-6:2007 i normą PN-EN ISO 10993-12:2009 Część 12. Badania prowadzono na królikach rasy nowozelandzkiej. Wielowarstwowe materiały zawierające czynniki IGF, według wynalazku, wprowadzono do ubytków kości udowej. Zwierzęta w okresie obserwacji od 1 do 6 miesięcy zachowały bierną i czynną ruchliwość w stawie biodrowym, a rany pooperacyjne goiły się w sposób prawidłowy, przez rychłozrost. W preparatach histologicznych wokół wszczepionych materiałów wielowarstwowych według wynalazku była widoczna luźna tkanka łączna otaczająca poszczególne włókienka materiału. W otaczającej implant tkance kostnej ujawniała się aktywność osteoblastów, a w torebce tkankowej widoczne były fibroblasty, fibrocyty oraz dość liczne cienkościenne naczynia krwionośne. W miejscu kontaktu wielowarstwowego materiału według wynalazku ze szpikiem kostnym zaobserwowano głównie tkankę łączną. W czasie 6-miesięcznej obserwacji wszczepione materiały według wynalazku nie powodowały negatywnych zmian w organizmie klinicznym.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wielowarstwowy materiał medyczny przeznaczony na implant do wypełnień kości, zawierający warstwy włókniste z polimeru biodegradowalnego, w tym warstwy nanowłókien wykonanych techniką elektroprzędzenia z roztworu przędzalniczego polimeru biodegradowalnego, zawierający nadto dodatek ceramiczny oraz czynnik wzrostu lub lek, znamienny tym, że stanowi go układ trzech warstw, z których środkową stanowi warstwa nanowłókien wykonanych z roztworu przędzalniczego polimeru biodegradowalnego w postaci kopolimeru laktydu i glikolidu, ewentualnie zawierającego dodatek polihydroksymaślanu, o masie powierzchniowej 9-80 g/m², zaś zewnętrzne warstwy stanowią warstwy włókniny igłowanej z włókien klasycznych z polimeru biodegradowalnego w postaci kopolimeru laktydu i glikolidu, o masie powierzchniowej 200-250 g/m², połączone z warstwą nanowłókien techniką igłowania, przy czym dodatek ceramiczny w postaci nanohydroksyapatytu jest zawarty w strukturze warstwy nanowłókien, zaś czynnik wzrostu lub lek, enkapsulowany w mikrosferach z biopolimeru, którym jest alginian sodu, jest osadzony na powierzchni warstwy nanowłókien.
2. 2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że nanowłókna zawierające dodatek polihydroksymaślanu są wykonane z roztworu przędzalniczego zawierającego dodatek polihydroksymaślanu syntetyzowanego z użyciem katalizatora cyrkonowego, w ilości do 30% wagowych.
3. 3. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że średnica mikrosfer zawierających czynnik wzrostu lub lek jest równa 3-50 gm.