PL238404B1

PL238404B1 - Method of producing hybrid cylindrical implants

Info

Publication number: PL238404B1
Application number: PL428443A
Authority: PL
Inventors: Katarzyna Nawrotek; Michał Tylman
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2021-08-16
Also published as: PL428443A1

Abstract

Sposób, przedstawiony na rysunku, wytwarzania hybrydowych implantów o kształcie cylindrycznym, przeznaczonych zwłaszcza do regeneracji lub zastąpienia tkanek i narządów o budowie cylindrycznej, polega na tym, że najpierw wytwarza się szkielet wewnętrzny cylindrycznego implantu na stalowym pręcie o przekroju kołowym w drodze ekstruzji stopionego tworzywa termoplastycznego, ewentualnie zawierającego dodatek środka aktywnego, na tym pręcie poruszanym ruchem obrotowym i/lub posuwisto zwrotnym, ręcznie lub mechanicznie, w temperaturze zapewniającej płynność tworzywa. Następnie, po ostudzeniu szkieletu do temperatury pokojowej, zamocowuje się pręt z naniesionym szkieletem wewnętrznym implantu jako elektrodę wewnętrzną elektrolizera, wprowadza do elektrolizera roztwór chitozanu w wodnym roztworze kwasu zawierającego dodatek hydroksyapatytu i prowadzi proces elektrodepozycji chitozanu z roztworu na szkielecie wewnętrznym implantu prądem stałym przy napięciu 6 - 24 V w czasie 1 - 40 minut. Po zakończeniu elektrodepozycji powstały implant zdejmuje się z elektrody i umieszcza w soli fizjologicznej buforowanej fosforanami.The method, shown in the drawing, for manufacturing cylindrical hybrid implants, intended in particular for the regeneration or replacement of cylindrical tissues and organs, consists in first manufacturing an internal skeleton of a cylindrical implant on a steel rod of circular cross-section by extrusion of a melted thermoplastic material, optionally containing an additive of an active agent, on this rod moved in a rotary and/or reciprocating motion, manually or mechanically, at a temperature ensuring the fluidity of the material. Then, after cooling the skeleton to room temperature, a rod with the internal skeleton of the implant applied is attached as the internal electrode of the electrolyzer, a solution of chitosan in an aqueous solution of acid containing an additive of hydroxyapatite is introduced into the electrolyzer and the process of electrodeposition of chitosan from the solution on the internal skeleton of the implant is carried out using direct current at a voltage of 6-24 V for 1-40 minutes. After completion of the electrodedeposition, the resulting implant is removed from the electrode and placed in phosphate-buffered saline.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania hybrydowych implantów o kształcie cylindrycznym, przeznaczonych zwłaszcza do regeneracji lub zastąpienia tkanek i narządów o budowie cylindrycznej.The subject of the invention is a method of manufacturing hybrid cylindrical-shaped implants, intended in particular for the regeneration or replacement of tissues and organs with a cylindrical structure.

Implanty zwłaszcza o kształcie cylindrycznym, z polimerów naturalnych lub syntetycznych wykorzystywane są jako rusztowania w regeneracji tkanki nerwowej, uszczelniania cewki moczowej, uszczelnianiu naczyń krwionośnych lub regeneracji ubytków tkanki chrzęstnej w obrębie narządów szyi, takich jak tchawica.Implants, especially cylindrical shapes, made of natural or synthetic polymers, are used as scaffolds in the regeneration of nervous tissue, sealing the urethra, sealing blood vessels or regenerating cartilage defects in the neck organs, such as the trachea.

Z dostępnej literatury znane są próby wytwarzania implantów o budowie cylindrycznej, przeznaczonych do rekonstrukcji lub zastąpienia uszkodzonych tkanek i narządów, z bioresorbowalnych i biodegradowalnych polimerów naturalnych i syntetycznych. Polimery bioresorbowalne w środowisku biologicznie czynnym degradują się do nieszkodliwych produktów ubocznych, które występują w organizmie jako produkty przemiany materii, natomiast polimery biodegradowalne degradują się do substancji nie powodujących szkodliwych reakcji, niewystępujących w organizmie. Jako polimery naturalne do wytwarzania tych implantów stosuje się celulozę, kwas alginiowy, alginiany, chitynę, chitozan, kwas hialuronowy, kolagen, fibrynogen, zaś jako polimery syntetyczne polilaktyd (PLA), poli-L-laktyd (PLLA), poliglikolid (PGA), kopolimer polilaktyd-glikolid (PLGA), polikaprolakton (PCL), polidioksan (PDO), poli-β-hydroksymaślan (PHB), poli(ortoester), poli(cyjanoakrylan), poli(fosfazen), poli(g-etyloglutaminian), poli(DTH-iminowęglan), poli(biofenoloaminowęglan).The available literature describes attempts to produce implants with a cylindrical structure, intended for the reconstruction or replacement of damaged tissues and organs, from bioresorbable and biodegradable natural and synthetic polymers. In a biologically active environment, bioresorbable polymers degrade into harmless by-products that occur in the body as metabolic products, while biodegradable polymers degrade into substances that do not cause harmful reactions that do not occur in the body. Natural polymers for the production of these implants are cellulose, alginic acid, alginates, chitin, chitosan, hyaluronic acid, collagen, fibrinogen, and synthetic polymers are polylactide (PLA), poly-L-lactide (PLLA), polyglycolide (PGA), polylactide-glycolide (PLGA) copolymer, polycaprolactone (PCL), polydioxane (PDO), poly-β-hydroxybutyrate (PHB), poly (orthoester), poly (cyanoacrylate), poly (phosphazene), poly (g-ethylglutamate), poly (DTH-iminocarbonate), poly (biophenolaminocarbonate).

Implanty o kształcie cylindrycznym, zarówno z polimerów pochodzenia naturalnego, jak i z polimerów syntetycznych, wytwarza się dotychczas głównie metodą odlewania z cylindrycznej formy oraz metodą elektroprzędzenia w polu elektrycznym.Until now, cylindrical-shaped implants, both of natural and synthetic polymers, have been produced mainly by casting from a cylindrical mold and by electrospinning in an electric field.

Wytwarzanie implantów o kształcie cylindrycznym metodą odlewania polega na wypełnianiu specjalnie przygotowanych form roztworem polimeru, który następnie jest chemicznie sieciowany. Z czasopisma Biomaterials, 26 (2005) znany jest sposób wytwarzania cylindrycznego implantu przez odlewanie z cylindrycznej formy roztworu chitozanu, a następnie pozostawienie go do całkowitego osuszenia z jednoczesnym odparowaniem rozpuszczalników.The production of cylindrical-shaped implants by casting involves filling specially prepared molds with a polymer solution, which is then chemically cross-linked. From the journal Biomaterials, 26 (2005) there is known a method of producing a cylindrical implant by pouring a chitosan solution from a cylindrical form and then allowing it to completely dry while evaporating the solvents.

Wytwarzanie implantów metodą elektroprzędzenia polega na otrzymywaniu włókien ze stopionych polimerów lub ich roztworów z zastosowaniem wysokiego napięcia. Powstające włókna mają średnice od kilku nanometrów (nanowłókna) do kilku milimetrów. W czasopiśmie Journal of Biomedical Materials Reaserch Part A, 85A (2008) ujawniono sposób wytwarzania dwuwarstwowych rurek chitozanowych metodą elektroprzędzenia.The production of implants by the electrospinning method consists in obtaining fibers from melted polymers or their solutions with the use of high voltage. The resulting fibers have diameters ranging from a few nanometers (nanofibers) to a few millimeters. The Journal of Biomedical Materials Reaserch Part A, 85A (2008) discloses a method for producing double-layer chitosan tubes by electrospinning.

Z opisu patentowego US 9931432 B2 znany jest sposób otrzymywania implantu o kształcie cylindrycznym metodą łączącą elektroprzędzenie w polu elektrycznym z odlewaniem w formie. W pierwszym etapie nić polimerową zawierającą wybrane czynniki wzrostu nerwu, otrzymaną w wyniku elektroprzędzenia nawija się ręcznie na metalowy pręt. W drugim etapie elektrodę z polimerową nicią umieszcza się w cylindrycznej formie, a następnie wlewa się żel agarozowy, który ulega polimeryzacji. Wytwarzanie włókien polimerowych wymaga stosowania ostrych procedur chemicznych, jak stosowanie rozpuszczalników organicznych (dichlorometanu), co może być niekorzystne dla wysokowrażliwych czynników wzrostu.The patent description US 9931432 B2 describes a method of obtaining a cylindrical-shaped implant by a method combining electrospinning in an electric field with casting in a mold. In the first stage, a polymer thread containing selected nerve growth factors, obtained as a result of electrospinning, is manually wound on a metal rod. In the second stage, the electrode with the polymer thread is placed in a cylindrical form, and then the agarose gel is poured and it polymerizes. The production of polymer fibers requires the use of harsh chemical procedures, such as the use of organic solvents (dichloromethane), which may be disadvantageous for highly sensitive growth factors.

Z opisu patentowego PL 223870 jest znany sposób wytwarzania rurek polimerowych, przeznaczonych zwłaszcza do zastosowań medycznych, z jednorodnego 1% roztworu chitozanu w 1% roztworze wodnym kwasu karboksylowego, zawierającego rozdyspergowany hydroksyapatyt, w drodze elektrolizy prądem o napięciu 20 V, polegający na tym, że roztwór chitozanu w roztworze wodnym kwasu mlekowego lub octowego, zawierający hydroksyapatyt oraz ewentualnie kolagen użyte w ilości 1-40% wagowych w stosunku do masy chitozanu, poddaje się elektrolizie w przestrzeni cylindrycznej wewnątrz urządzenia do wytwarzania rurek prądem stałym o natężeniu 0,2 A w czasie 1-30 minut.Patent description PL 223870 describes a method of producing polymer tubes, especially for medical applications, from a homogeneous 1% solution of chitosan in a 1% aqueous solution of carboxylic acid, containing dispersed hydroxyapatite, by electrolysis with a current of 20 V, consisting in the fact that chitosan solution in an aqueous solution of lactic or acetic acid, containing hydroxyapatite and possibly collagen used in an amount of 1-40% by weight in relation to the chitosan weight, is subjected to electrolysis in the cylindrical space inside the tube making device with a direct current of 0.2 A over time 1-30 minutes.

Sposób wytwarzania hybrydowych implantów o kształcie cylindrycznym, przeznaczonych zwłaszcza do regeneracji lub zastąpienia tkanek i narządów o budowie cylindrycznej, polegający na wytworzeniu szkieletu implantu na metalowym pręcie, a następnie pokryciu szkieletu polimerem, z wykorzystaniem procesu elektrodepozycji chitozanu z roztworu chitozanu w roztworze wodnym kwasu, zawierającego dodatek hydroksyapatytu, według wynalazku polega na tym, że szkielet wewnętrzny cylindrycznego implantu wytwarza się na stalowym pręcie o przekroju kołowym w drodze ekstruzji stopionego tworzywa termoplastycznego, ewentualnie zawierającego dodatek środka aktywnego w ilości 0,01-15% wagowych masy tworzywa, na tym pręcie poruszanym ruchem obrotowym i/lub posuwisto-zwrotnym,A method of producing hybrid cylindrical implants, intended especially for the regeneration or replacement of cylindrical tissues and organs, consisting in creating the implant skeleton on a metal rod, and then covering the skeleton with a polymer, using the chitosan electrodeposition process from a chitosan solution in an aqueous acid solution containing the addition of hydroxyapatite, according to the invention, consists in the fact that the internal skeleton of a cylindrical implant is produced on a steel rod with a circular cross-section by extruding a molten thermoplastic, possibly containing an active agent addition in the amount of 0.01-15% by weight of the material weight, on this rod moved rotary and / or reciprocating movement,

PL 238 404 B1 ręcznie lub mechanicznie, w temperaturze zapewniającej płynność tworzywa. Następnie, po ostudzeniu szkieletu do temperatury pokojowej, pokrywa się szkielet wewnętrzny polimerem w drodze zamocowania pręta z naniesionym szkieletem wewnętrznym implantu jako elektrody wewnętrznej elektrolizera, wprowadzenia do elektrolizera roztworu chitozanu w wodnym roztworze kwasu organicznego lub nieorganicznego, zawierającego dodatek hydroksyapatytu w ilości 1-40% wagowych w stosunku do masy chitozanu i prowadzenia procesu elektrodepozycji chitozanu z roztworu na szkielecie wewnętrznym implantu prądem stałym przy napięciu 6-24 V w czasie 1-40 minut. Po zakończeniu elektrodepozycji powstały implant zdejmuje się z elektrody i umieszcza w soli fizjologicznej buforowanej fosforanami. Proces ekstruzji prowadzi się z dyszy ekstrudera o średnicy 0,1-0,6 mm. Wytwarza się szkielet wewnętrzny w kształcie helisy, o strukturze siatki lub strukturze pierścieniowej. Jako tworzywo termoplastyczne korzystnie stosuje się kopolimer kwasu mlekowego i glikolowego lub polikaprolakton. Jako środki aktywne w tworzywie termoplastycznym stosuje się leki małocząsteczkowe, jak białka, DNA, RNA, wirusy, w postaci stałej lub enkapsulowane w mikro- lub nanosferach. Stosuje się roztwór chitozanu korzystnie w roztworze wodnym kwasu octowego, mlekowego lub chlorowodorowego.Manually or mechanically, at a temperature ensuring the fluidity of the material. Then, after the skeleton has cooled down to room temperature, the internal skeleton is covered with a polymer by attaching a rod with the internal skeleton of the implant as an internal electrode of the electrolyser, introducing a chitosan solution in an aqueous solution of organic or inorganic acid into the electrolyser, containing an addition of 1-40% hydroxyapatite weight with respect to the mass of chitosan and conducting the process of electrodeposition of chitosan from the solution on the internal skeleton of the implant with direct current at a voltage of 6-24 V for 1-40 minutes. After electrodeposition is complete, the resulting implant is removed from the electrode and placed in phosphate-buffered saline. The extrusion process is carried out from an extruder nozzle with a diameter of 0.1-0.6 mm. A helix-shaped, mesh-like or ring-shaped internal skeleton is created. The thermoplastic is preferably a lactic-glycolic acid copolymer or a polycaprolactone. The active agents in the thermoplastic are small molecule drugs such as proteins, DNA, RNA, viruses, in solid form or encapsulated in micro- or nanospheres. A chitosan solution is used, preferably in an aqueous solution of acetic, lactic or hydrochloric acid.

Implanty otrzymane sposobem wynalazku wykazują budowę naśladującą mikrośrodowisko uszkodzonej tkanki lub narządu o budowie cylindrycznej. Dobierając odpowiednie składniki implantu (kwas, tworzywo termoplastyczne, enkapsulowane środki aktywne), wymiary elektrody oraz zadając odpowiedni kształt szkieletu wewnętrznego (helikalny, struktura siatki lub pierścieniowa) można otrzymać implant o właściwościach pożądanych w regeneracji tkanki nerwowej, uszczelniania cewki moczowej, uszczelniania naczyń krwionośnych lub regeneracji ubytków tkanki chrzęstnej w obrębie narządów szyi, takich jak tchawica. Implanty wytworzone sposobem według wynalazku przyczynią się do postępów w regeneracji, czyli szybkiego i jak najpełniejszego powrotu utraconych funkcji odpowiednich tkanek i narządów. Otrzymane według wynalazku hybrydowe implanty mają korzystniejsze cechy fizyko-chemiczne, biologiczne jak i użytkowe od materiałów dotychczas stosowanych. Wprowadzenie warstwy w postaci wewnętrznego szkieletu z tworzywa termoplastycznego powoduje, że implanty charakteryzują się dużą elastycznością oraz wytrzymałością na naprężenie wzdłużne i poprzeczne, co powoduje ochronę regenerujących się tkanek przed uszkodzeniami wtórnymi. Ponadto umiejscowienie w szkielecie wewnętrznym środka aktywnego w postaci stałej (liofilizatu) lub enkapsulowanego w mikrolub nanosferach pozwala na jego kontrolowane, długotrwałe uwalnianie o kinetyce zależnej od kinetyki degradacji, co powinno zwiększyć skuteczność terapii, ograniczyć jej skutki uboczne oraz zredukować koszty leczenia ( czas hospitalizacji).The implants obtained by the method of the invention show a structure that imitates the microenvironment of damaged tissue or an organ with a cylindrical structure. By selecting the appropriate components of the implant (acid, thermoplastic, encapsulated active agents), electrode dimensions and setting the appropriate shape of the internal skeleton (helical, mesh or ring structure), you can obtain an implant with properties desired in the regeneration of nervous tissue, sealing the urethra, sealing blood vessels or regeneration of cartilage defects in the neck, such as the trachea. The implants produced by the method according to the invention will contribute to the progress in regeneration, i.e. the quick and fullest possible recovery of the lost functions of the relevant tissues and organs. The hybrid implants obtained according to the invention have more favorable physico-chemical, biological and functional properties than the materials used so far. The introduction of a layer in the form of an internal skeleton made of thermoplastic material makes the implants highly flexible and resistant to longitudinal and transverse stress, which protects the regenerating tissues against secondary damage. In addition, the location of the active agent in the internal skeleton in the form of a solid (lyophilisate) or encapsulated in micro or nanospheres allows for its controlled, long-term release with kinetics depending on degradation kinetics, which should increase the effectiveness of therapy, reduce its side effects and reduce treatment costs (hospitalization time). .

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady z powołaniem się na rysunek, na którym fig. 1a przedstawia etap wytwarzania szkieletu implantu o kształcie cylindryczny, fig. 1b implant ze szkieletem o kształcie cylindrycznym przedstawionym na fig. 1a, po elektrodepozycji chitozanu, fig. 1c - implant ze szkieletem o kształcie cylindrycznym przedstawionym na fig. 1a, po elektrodepozycji chitozanu, po zdjęciu z elektrody, fig. 2a przedstawia etap wytwarzania szkieletu implantu o kształcie helikalnym o gradientowym skoku, przeznaczonego na rusztowanie w regeneracji tkanki nerwowej, fig. 2b - implant ze szkieletem o kształcie helikalnym po elektrodepozycji chitozanu, fig. 2c - implant ze szkieletem o kształcie helikalnym, po elektrodepozycji chitozanu, po zdjęciu z elektrody, fig. 3a przedstawia etap wytwarzania szkieletu implantu o strukturze siatki, przeznaczonego na uszczelnienie naczyń krwionośnych, fig. 3b - implant ze szkieletem o strukturze siatki, po elektrodepozycji chitozanu, fig. 3c implant ze szkieletem o strukturze siatki, po elektrodepozycji chitozanu, po zdjęciu z elektrody, fig. 4a przedstawia etap wytwarzania szkieletu implantu o kształcie cylindrycznym, przeznaczonego na rusztowanie w regeneracji ubytków tkanki chrzęstnej w obrębie narządów szyi, fig. 4b - implant ze szkieletem o kształcie cylindrycznym przedstawionym na fig. 4a, po elektrodepozycji chitozanu, fig. 4c - implant ze szkieletem o kształcie cylindrycznym przedstawionym na fig. 4a, po elektrodepozycji chitozanu, po zdjęciu z elektrody.The method according to the invention is illustrated by the following examples with reference to the drawing, in which Fig. 1a shows the manufacturing step of the implant skeleton with a cylindrical shape, Fig. 1b implant with a cylindrical-shaped skeleton shown in Fig. 1a, after chitosan electrodeposition, Fig. 1c - implant with a cylindrical-shaped skeleton shown in Fig. 1a, after chitosan electrodeposition, after removal from the electrode, Fig. 2a shows the stage of manufacturing a helical-shaped implant skeleton with a gradient pitch, intended for scaffolding in the regeneration of nervous tissue, Fig. 2b - implant with a skeleton helical-shaped after chitosan electrodeposition, fig. 2c - implant with a helical-shaped skeleton, after chitosan electrodeposition, after removal from the electrode, fig. 3a shows the stage of manufacturing the implant skeleton with a mesh structure, intended for sealing blood vessels, fig. 3b - implant with a frame with a mesh structure, after chitosan electrodeposition, Fig. 3c an implant with a framework with a mesh structure, after chitosan electrodeposition, after removal from the electrode, Fig. 4a shows the stage of manufacturing a cylindrical-shaped implant skeleton intended for scaffolding in the regeneration of cartilage tissue defects in the neck organs, Fig. 4b - implant with with the cylindrical skeleton shown in Fig. 4a, after chitosan electrodeposition, Fig. 4c - implant with the cylindrical-shaped skeleton shown in Fig. 4a, after chitosan electrodeposition, after removal from the electrode.

P r z y k ł a d 1 g kopolimeru kwasu mlekowego i glikolowego (PLGA) w postaci granulek oraz 0,01 g mikrokapsułek wykonanych z PLGA inkapsulujących 20 pg czynnika wzrostu nerwów (NGF) zmieszano w temperaturze 75°C do uzyskania jednolitej dyspersji. Otrzymany stop uformowano w kształt walca i po ostudzeniu umieszczono w głowicy ekstrudera (element 1 na fig. 2a rysunku), po czym wytwarzano szkielet wewnętrzny (element 2 na fig. 2b rysunku) implantu w kształcie helisy, w drodze ekstruzji stopu przez dyszę ekstrudera o średnicy 0,2 mm na pręt wykonany ze stali nierdzewnej, o średnicy 2 mm, poruszany ręcznie jednocześnie ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym, w temperaturze 80°C przy prędkości podawania stopu 0,1 g/ 5 sekund. Po procesie ekstruzji szkielet implantu pozostawiono d oExample 1 g of lactic-glycolic acid copolymer (PLGA) in the form of granules and 0.01 g of microcapsules made of PLGA encapsulating 20 µg of nerve growth factor (NGF) were mixed at 75 ° C until uniform dispersion was obtained. The obtained alloy was formed into a cylinder shape and after cooling it was placed in the extruder head (element 1 in Fig. 2a of the drawing), after which the internal skeleton (element 2 in Fig. 2b of the drawing) of the implant was produced in the shape of a helix, by extruding the melt through the extruder nozzle of 0.2 mm diameter on a rod made of stainless steel, with a diameter of 2 mm, manually moved simultaneously with rotary and reciprocating movements, at a temperature of 80 ° C at a melt feed rate of 0.1 g / 5 seconds. After the extrusion process, the implant skeleton was left for

PL 238 404 B1 ostygnięcia w temperaturze pokojowej przez 5 minut, po czym umieszczono jako elektrodę wewnętrzną w elektrolizerze. Jednocześnie w mieszalniku przygotowano 100 ml 1% roztworu chitozanu w 3% roztworze wodnym kwasu mlekowego, zawierającego 0,08 g dobrze rozdyspergowanego hydroksyapatytu, który następnie umieszczono w elektrolizerze. Elektrolizer podłączono do stabilizowanego zasilacza prądu stałego, tak że elektroda wewnętrzna z wcześniej wyekstrudowanym wewnętrznym szkieletem (element 2 na fig. 2a rysunku) posiadała potencjał ujemny, zaś elektroda zewnętrzna elektrolizera o średnicy wewnętrznej 40 mm, wykonana ze stali nierdzewnej posiadała potencjał dodatni. Proces elektrodepozycji prowadzono 10 minut przy napięciu 12 V. W wyniku tego procesu na elektrodzie wewnętrznej odkładał się zredukowany w procesie elektrodepozycji chitozan z wbudowanymi w jego strukturę kryształami hydroksyapatytu, tworzący zewnętrzną osłonę (element 3 na fig.2c rysunku) implantu, integrujący w swojej strukturze wewnętrzny szkielet z PLGA. Po zakończeniu procesu powstały na elektrodzie hybrydowy implant (fig. 2c rysunku) zdjęto z elektrody i przeniesiono do roztworu soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS, pH 7,4).It was allowed to cool at room temperature for 5 minutes and then placed as an internal electrode in an electrolyser. At the same time, in the mixer, 100 ml of 1% chitosan solution in 3% aqueous lactic acid solution containing 0.08 g of well-dispersed hydroxyapatite was prepared, which was then placed in the electrolyser. The electrolyser was connected to a stabilized DC power supply such that the inner electrode with the previously extruded inner skeleton (item 2 in Fig. 2a of the drawing) had a negative potential and the outer electrode of the electrolyser with an inner diameter of 40 mm made of stainless steel had a positive potential. The electrodeposition process was carried out for 10 minutes at a voltage of 12 V. As a result of this process, chitosan reduced in the electrodeposition process with hydroxyapatite crystals embedded in its structure was deposited on the inner electrode, forming the outer cover (element 3 in Fig.2c of the figure) of the implant, integrating in its structure internal skeleton made of PLGA. After completion of the process, the resulting hybrid implant on the electrode (Fig. 2c of the figure) was removed from the electrode and transferred to phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4).

Otrzymany tym sposobem hybrydowy implant o kształcie cylindrycznym z helikalnym szkieletem o gradientowym skoku, przeznaczony na rusztowanie w regeneracji tkanki nerwowej, uległ biodegradacji po czasie około 2 miesięcy. Ponadto otrzymana struktura nie wykazywała cytotoksyczności względem komórek nerwowych hodowanych in vitro w teście redukcji MTT przeprowadzonym zgodnie z protokołem przedstawionym w normie ISO-10993-5-2009.The hybrid implant of a cylindrical shape obtained in this way with a helical skeleton with a gradient stroke, intended for scaffolding in the regeneration of nervous tissue, was biodegradable after about 2 months. Moreover, the obtained structure showed no cytotoxicity to nerve cells cultured in vitro in the MTT reduction test performed according to the protocol presented in the ISO-10993-5-2009 standard.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

0,5 g kopolimeru PLGA w postaci granulek oraz 0,01 g mikrokapsułek wykonanych z PLGA inkapsulujących 20 μg czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) zmieszano w temperaturze 75°C do uzyskania jednolitej dyspersji. Otrzymany stop uformowano w kształt walca i po ostudzeniu umieszczono w głowicy ekstrudera (element 1 na fig. 3a rysunku), po czym wytwarzano szkielet wewnętrzny (element 2 na fig. 3a rysunku) implantu o strukturze siatki, w drodze ekstruzji stopu przez dyszę ekstrudera o średnicy 0,2 mm na pręt wykonany ze stali nierdzewnej, o średnicy 1 mm, poruszany ręcznie jednocześnie ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym, w temperaturze 80°C przy prędkości podawania stopu 0,1 g/ 5 sekund. Po procesie ekstruzji szkielet implantu pozostawiono do ostygnięcia w temperaturze pokojowej przez 5 minut, po czym umieszczono jako elektrodę wewnętrzną w elektrolizerze. Jednocześnie w mieszalniku przygotowano 100 ml 1% roztworu chitozanu w 1% roztworze wodnym kwasu octowego, zawierającego 0,1 g dobrze rozdyspergowanego hydroksyapatytu, który następnie umieszczono w elektrolizerze. Elektrolizer podłączono do stabilizowanego zasilacza prądu stałego, tak że elektroda wewnętrzna z wcześniej wyekstrudowanym wewnętrznym szkieletem posiadała potencjał ujemny, zaś elektroda zewnętrzna elektrolizera o średnicy wewnętrznej 40 mm, wykonana ze stali nierdzewnej posiadała potencjał dodatni. Proces elektrodepozycji prowadzono 20 minut przy napięciu 8 V.0.5 g of PLGA copolymer in the form of granules and 0.01 g of microcapsules made of PLGA encapsulating 20 µg of vascular endothelial growth factor (VEGF) were mixed at 75 ° C until a uniform dispersion was obtained. The obtained alloy was formed into a cylinder shape and after cooling it was placed in the extruder head (element 1 in Fig. 3a of the drawing), after which the internal skeleton (element 2 in Fig. 3a of the drawing) of the implant was produced with a mesh structure by extruding the melt through the extruder nozzle of 0.2 mm diameter on a stainless steel rod, 1 mm in diameter, manually moved simultaneously with rotary and reciprocating movements, at a temperature of 80 ° C at a melt feed rate of 0.1 g / 5 seconds. After the extrusion process, the implant skeleton was allowed to cool down at room temperature for 5 minutes and then placed as an internal electrode in the electrolyser. At the same time, in a mixer, 100 ml of a 1% solution of chitosan in a 1% aqueous solution of acetic acid, containing 0.1 g of well-dispersed hydroxyapatite, were prepared, which was then placed in the electrolyser. The electrolyser was connected to a stabilized DC power supply such that the inner electrode with the previously extruded inner skeleton had a negative potential, and the outer electrode of the electrolyser with an inner diameter of 40 mm, made of stainless steel, had a positive potential. The electrodeposition process was carried out for 20 minutes at a voltage of 8 V.

W wyniku tego procesu na elektrodzie wewnętrznej odkładał się zredukowany w procesie elektrodepozycji chitozan z wbudowanymi w jego strukturę kryształami hydroksyapatytu, tworzący zewnętrzną osłonę implantu (element 3 na fig. 3c rysunku), integrujący w swojej strukturze wewnętrzny szkielet wykonany z PLGA. Po zakończeniu procesu powstały na elektrodzie hybrydowy implant (fig. 3c rysunku) zdjęto z elektrody i przeniesiono do roztworu soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS, pH 7,4). Otrzymany hybrydowy implant ze szkieletem wewnętrznym o strukturze siatki, przeznaczony na uszczelniania naczyń krwionośnych, uległ biodegradacji po czasie około 2 miesięcy. Ponadto otrzymany implant nie wykazywał cytotoksyczności względem komórek nerwowych hodowanych in vitro w teście redukcji MTT przeprowadzonym zgodnie z protokołem przedstawionym w normie ISO-10993-5-2009.As a result of this process, chitosan reduced in the electrodeposition process with hydroxyapatite crystals embedded in its structure was deposited on the inner electrode, forming the outer implant cover (element 3 in Fig. 3c of the drawing), integrating the internal skeleton made of PLGA in its structure. After completion of the process, the resulting hybrid implant on the electrode (Fig. 3c of the figure) was removed from the electrode and transferred to phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4). The obtained hybrid implant with an internal skeleton with a mesh structure, intended for sealing blood vessels, was biodegradable after about 2 months. Moreover, the obtained implant showed no cytotoxicity to nerve cells cultured in vitro in the MTT reduction test performed according to the protocol presented in the ISO-10993-5-2009 standard.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

0,5 g polikaprolaktonu w postaci granulek oraz 0,01 g mikrokapsułek wykonanych z PLGA inkapsulujących 20 μg transformującego czynnika wzrostu beta 1 (TGF-31) zmieszano w temperaturze 75°C do uzyskania jednolitej dyspersji. Otrzymany stop uformowano w kształt walca i po ostudzeniu umieszczono w głowicy ekstrudera (element 1 na fig. 4a rysunku), po czym wytwarzano szkielet wewnętrzny (element 2 na fig. 4a rysunku) implantu o strukturze pierścieniowej, w drodze ekstruzji stopu przez dyszę ekstrudera o średnicy 0,5 mm na pręt wykonany ze stali nierdzewnej, o średnicy 10 mm, poruszany ręcznie jednocześnie ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym, w temperaturze 80°C przy prędkości podawania stopu 0,1 g/ 5 sekund. Po procesie ekstruzji szkielet implantu pozostawiono do ostygnięcia w temperaturze pokojowej przez 5 minut, po czym umieszczono jako elektrodę wewnętrzną w elektroli0.5 g of polycaprolactone in the form of granules and 0.01 g of microcapsules made of PLGA encapsulating 20 µg of transforming growth factor beta 1 (TGF-31) were mixed at 75 ° C to obtain a uniform dispersion. The obtained alloy was formed into a cylinder shape and after cooling it was placed in the extruder head (element 1 in Fig. 4a of the drawing), after which the internal skeleton (element 2 in Fig. 4a of the drawing) of the implant was produced with a ring structure by extruding the melt through the extruder nozzle of diameter 0.5 mm on a rod made of stainless steel, with a diameter of 10 mm, manually moved simultaneously with a rotary and reciprocating movement, at a temperature of 80 ° C at a melt feed rate of 0.1 g / 5 seconds. After the extrusion process, the implant skeleton was allowed to cool down at room temperature for 5 minutes, and then placed as an internal electrode in the electrolyte.

PL 238 404 B1 zerze. Jednocześnie w mieszalniku przygotowano 100 ml 1% roztworu chitozanu w 1% wodnym roztworze kwasu chlorowodorowego, zawierającego 0,1 g dobrze rozdyspergowanego hydroksyapatytu, który następnie umieszczono w elektrolizerze. Elektrolizer podłączono do stabilizowanego zasilacza prądu stałego, tak że elektroda wewnętrzna z wcześniej wyekstrudowanym wewnętrznym szkieletem posiadała potencjał ujemny, zaś elektroda zewnętrzna elektrolizera o średnicy wewnętrznej 40 mm, wykonana ze stali nierdzewnej posiadała potencjał dodatni. Proces elektrodepozycji prowadzono 30 minut przy napięciu 10 V. W wyniku tego procesu na elektrodzie wewnętrznej odkładał się zredukowany w procesie elektrodepozycji chitozan z wbudowanymi w jego strukturę kryształami hydroksyapatytu, tworzący zewnętrzną osłonę (element 3 na fig. 4c rysunku) implantu, integrujący w swojej strukturze wewnętrzny szkielet wykonany z PLGA. Po zakończeniu procesu powstały na elektrodzie hybrydowy implant (fig. 4c rysunku) zdjęto z elektrody i przeniesiono do roztworu soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS, pH 7,4). Otrzymany implant o kształcie cylindrycznym z szkieletem wewnętrznym o strukturze pierścieniowej, przeznaczony na rusztowanie w regeneracji ubytków tkanki chrzęstnej w obrębie narządów szyi - tchawicy, nie wykazywał cytotoksyczności względem komórek nerwowych hodowanych in vitro w teście redukcji MTT przeprowadzonym zgodnie z protokołem przedstawionym w normie ISO-10993-5-2009.PL 238 404 B1 zero. At the same time, in the mixer, 100 ml of a 1% solution of chitosan in 1% aqueous hydrochloric acid solution containing 0.1 g of well-dispersed hydroxyapatite were prepared, which was then placed in the electrolyser. The electrolyser was connected to a stabilized DC power supply such that the inner electrode with the previously extruded inner skeleton had a negative potential, and the outer electrode of the electrolyser with an inner diameter of 40 mm, made of stainless steel, had a positive potential. The electrodeposition process was carried out for 30 minutes at a voltage of 10 V. As a result of this process, chitosan reduced in the electrodeposition process with hydroxyapatite crystals embedded in its structure was deposited on the inner electrode, forming the outer cover (element 3 in Fig. 4c of the figure) of the implant, integrating in its structure internal skeleton made of PLGA. After completion of the process, the resulting hybrid implant on the electrode (Fig. 4c of the figure) was removed from the electrode and transferred to phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4). The obtained cylindrical-shaped implant with a ring-shaped internal skeleton, intended as a scaffold in the regeneration of cartilage defects in the neck organs - trachea, showed no cytotoxicity to nerve cells cultured in vitro in the MTT reduction test carried out according to the protocol presented in the ISO-10993 standard -5-2009.

Claims

Patent claims

1. The method of producing hybrid cylindrical-shaped implants, intended especially for the regeneration or replacement of tissues and organs with a cylindrical structure, consisting in creating the implant skeleton on a metal rod, and then covering the skeleton with a polymer, using the chitosan electrodeposition process from chitosan solution in an aqueous acid solution , containing an addition of hydroxyapatite, characterized in that the internal skeleton of the cylindrical implant is produced on a steel rod with a circular cross-section by extrusion of a molten thermoplastic, possibly containing an active agent addition in the amount of 0.01-15% by weight of the material weight, on the rod moved by motion rotating and / or reciprocating, manually or mechanically, at a temperature ensuring fluidity of the material, then, after cooling the skeleton to room temperature, the internal skeleton is covered with polymer by attaching a rod with the internal skeleton of the implant applied j as an internal electrode of the electrolyser, introducing a chitosan solution in an aqueous solution of organic or inorganic acid into the electrolyser, containing an addition of hydroxyapatite in the amount of 1-40% by weight in relation to the chitosan mass, and conducting the process of electrodeposition of chitosan from the solution on the internal skeleton of the implant at a voltage of 6- 24 V for 1-40 minutes, and after the end of electrodeposition, the resulting implant is removed from the electrode and placed in phosphate-buffered saline.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the extrusion process is carried out from an extruder die with a diameter of 0.1-0.6 mm.

3. The method according to p. The method of claim 1, wherein the implant has a helix-shaped internal skeleton with a mesh structure or a ring structure.

4. The method according to p. The process of claim 1, wherein the thermoplastic is preferably a lactic-glycolic acid copolymer or a polycaprolactone.

5. The method according to p. The process of claim 1, wherein the active agents in the thermoplastic are small molecule drugs such as proteins, DNA, RNA, viruses, in solid form or encapsulated in micro- or nanospheres.

6. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the chitosan solution is used, preferably in an aqueous solution of acetic acid, lactic acid, hydrochloric acid.