RU176144U1 - Нанокатетер для введения/извлечения межклеточной жидкости из/в биологическую среду - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к различным областям науки, в частности к химии, медицине, биологии, и может найти применение, например, в лабораторном оборудовании при различного рода исследованиях, а также в качестве медицинского оборудования.Нанокатетер для введения/извлечения межклеточной жидкости из/в биологическую среду выполнен в виде спаянных по всей длине двух цилиндрических трубок из графена с соответствующими входными и выходными отверстиями по концам, при этом каждая трубка представляет собой цельное тело переменного сечения и состоит из двух частей, первая из которых выполнена с большими диаметром и длиной относительно второй части, при этом сопряжение между указанными частями выполнено конусным, общий размер поперечного сечения двух трубок первой части составляет 2 нм при длине 20÷25 см, а общий размер поперечного сечения двух трубок второй части составляет 0,5 нм при длине 0,01÷0,1 см, кроме того, по длине вторых частей трубок в шахматном порядке относительно друг друга выполнены отверстия размером 0,1 нм.Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала технических средств, заключающееся в гарантированной полноценной, адресной и безопасной доставке или извлечении межклеточной жидкости в определенные точечные зоны биологических сред.

Description

Область техники

Полезная модель относится к различным областям науки, в частности к химии, медицине, биологии, и может найти применение, например в лабораторном оборудовании при различного рода исследованиях, а также в качестве медицинского оборудования.

Уровень техники

Заявленное решение относится к инструментам и технологиям для получения межклеточной жидкости (содержимого) со всех видов клеточной популяции (более 200) и ее применение в областях медицины, косметологии и фармакологии.

В частности, в человеческом организме насчитывается более 200 видов клеточной популяции, а значит 200 форм и видов межклеточного пространства с разным объемом просвета. Используя наношцрицы, наноперфузоры, нанокатетеры, наносистемы и прочее, извлекается межклеточная жидкость, которая затем используется в различных областях медицины, косметологии, геронтологии, исследовательской деятельности и в области фармации.

Из международных заявок WO 89/11306 А1, 30.11.1989 и WO 89/11889 А1, 14.12.1989, известны устройства катетера, у которых для отклонения наконечника одна из полостей, размещенная сбоку катетера, наполняется жидкостью, в результате чего и отклоняется наконечник. Однако такое устройство может использоваться только при прохождении в крупных сосудах, а в мелких оно не применимо, поскольку оно не пройдет от сопротивления трения о стенку сосуда, раздутой жидкостью части наконечника.

Известны катетеры из международной заявки WO 89/06985 А1, 10.08.1989, а также авторских свидетельств SU 164939 А1, 14.10.1964 и SU 311642 А1, 08.10.1971, у которых отклонение наконечника производится за счет натяжения нити, прикрепленной к одной стороне пружинного наконечника. Однако при натяжении нити в первую очередь изгибается весь катетер, изготовленный на пружинной основе, а так как он вначале проходит по крупным сосудам, то произойдет его перераспределение в организме и наконечник отойдет от устья сосуда, т.е. такой катетер обладает ограниченной управляемостью. При этом жесткие пружинные катетеры обычно травмируют стенки сосудов.

Катетеры по патентам US 3470876 А, 07.10.1969, US 4719924 А, 19.01.1988 и US 4723936 А, 19.01.1988, характеризуются тем, что у них четыре натяжных шнура проходят через внутреннюю полость катетера. Такие катетеры могут быть изготовлены диаметром от 3,1 до 50 мм и пригодны для таких применений, как введение в луковицу двенадцатиперстной кишки.

Указанный недостаток устранен в патенте RU 2074010 С1, 27.07.1999, где проволочные направители могут применяться при диаметре катетера от 0,356 до 0,457 мм. В этом катетере отклонение пружинного наконечника обеспечивается за счет ручного поворота шайбы, к которой прикреплены проволочные направители, соединенные в пружинном наконечнике к одному стержню с шариком, который и осуществляет изгиб наконечника. Пружинный катетер вначале проходит по крупным сосудам и приобретает соответствующие изгибы. При повороте рукой шайбы с проволочными направителями в первую очередь изгибается та часть катетера, которая расположена в крупных сосудах с соответствующим изменением его длины и положения, в результате управлять таким катетером не просто, при этом не исключено травмирование внутренней оболочки сосуда жестким пружинным катетером.

Из авторского свидетельства SU 967485 А1, 23.10.1982, известен катетер с гибким тросиком, у которого тросик вворачивает в металлическую трубку съемную головку, поверхность которой гладкая, что меньше травмирует сосуды.

Известен японский катетер по международной заявке WO 89/02762 А1, 06.04.1989, у которого насадка выполнена из материала с большим коэффициентом линейного расширения (КЛР). В стенке катетера с разных сторон вмонтированы спирали. На одну из спиралей подается напряжение в 16 Вольт и силой тока в 16 Ампер. Мощность такой нити накаливания достигает 256 Ватт. При подаче напряжения только на одну сторону стенки катетера участок окружности катетера примерно в 30 градусов нагреется и наконечник изогнется за счет расширения материала катетера. С одной стороны стенка катетера увеличится и будет иметь длину 1+Δ1, а с другой - только 1. Естественно, что взять большую длину 1 нельзя, так как в целом увеличится радиус искривления наконечника и это ни к чему хорошему не приведет.

Из патента RU 2495965 С1, 20.10.2013 известно медицинское изделие, с нанесенным на него графеновым покрытием при помощи способа электрофоретического формирования покрытий из графена, включающего получение наночастиц графена, приготовление ионизированной суспензии с наночастицами графена на основе спиртового раствора, введение суспензии в емкость с электродами и осаждение наночастиц графена под действием постоянного тока с формированием графенового покрытия на изделиях, при этом суспензию готовят с водородным показателем 5-12 рН, а покрытие формируют под действием постоянного тока плотностью 2,5 мА/см2 и напряжением 80-110 В.

Общим недостатком известных аналогов можно считать большой размер, объем и просвет катетера, что не позволяет осуществить полноценный доступ в межклеточное пространство и получение межклеточной жидкости.

Аналог межклеточной жидкости - лимфа (содержимое лимфатических сосудов). Недостаток лимфы в том, что в ней смешаны специфическое содержимое клеточных популяций. Количество специфичного клеточного содержимого более 200 видов, которое соответствует более 200 разновидностей клеточной популяции. Например: эпидермис кожи имеет 5 разновидностей клеточной популяции - роговой, стекловидный, зернистый, шиповатый и базальный, и каждая клеточная популяция имеет качественно отличимое друг от друга межклеточное содержимое.

Матка имеет 3 оболочки: слизистая (эндометрий), мышечная (миометрий) и серозная (периметрий). В эндометрии различают, два вида клеточной популяции-клетки функционального слоя и клетки базального слоя. При этом межклеточное содержимое клеток функционального слоя качественно отличаются от содержимого базального слоя.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей устройства.

Раскрытие полезной модели

Указанная проблема решается за счет того, что нанокатетер для введения/извлечения межклеточной жидкости из/в биологическую среду, согласно полезной модели, выполнен в виде спаянных по всей длине двух цилиндрических трубок из графена с соответствующими входными и выходными отверстиями по концам, при этом каждая трубка представляет собой цельное тело переменного сечения и состоит из двух частей, первая из которых выполнена с большими диаметром и длиной относительно второй части, при этом сопряжение между указанными частями выполнено конусным, общий размер поперечного сечения двух трубок первой части составляет 2 нм при длине 20÷25 см, а общий размер поперечного сечения двух трубок второй части составляет 0,5 нм при длине 0,01÷0,1 см, кроме того, по длине вторых частей трубок в шахматном порядке относительно друг друга выполнены отверстия размером 0,1 нм.

В частном варианте выполнеия каждая из первой и второй частей соответствующих трубок выполнена по длине с постоянным поперечным сечением.

Предпочтительно, чтобы отверстия во вторых частях соответствующих трубок были расположены оппозитно друг другу и не сообщаются между собой.

В другом предпочтительном варианте выполнения длины спаянных трубок в соответствующих первых и вторых частей равные.

В другом частном варианте длины спаянных трубок вторых частей не равны..

Целесообразно, чтобы диаметры спаянных трубок соответствующих первых и вторых частей были равные.

Шаг отверстий во второй части трубок лежит в предпочтительном интервале 0,003÷0,03 см.

Количество отверстий на каждой трубке второй части, по меньшей мере, три.

Угол конусности при сопряжении первой и второй частей трубок находится в предпочтительном диапазоне 160÷170°.

Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала технических средств, заключающееся в гарантированной полноценной, адресной и безопасной доставке или извлечении межклеточной жидкости в определенные точечные зоны биологических сред.

Осуществление полезной модели

В данном разделе описания будет раскрыт наиболее предпочтительный вариант выполнения устройства, который, однако, как это понятно специалисту, ни коим образом не ограничивает другие возможные варианты выполнения, явным образом вытекающие из материалов данной заявки.

Нанокатетер для введения межклеточной жидкости в биологическую среду, выполнен в виде спаянных по всей длине двух цилиндрических трубок из графена с соответствующими входными и выходными отверстиями по концам

Каждая трубка представляет собой цельное тело, выполненное по длине с переменным сечением и состоит из двух частей.

Первая часть трубки выполнена с большими диаметром и длиной относительно второй части, при этом сопряжение между указанными частями выполнено конусным с предпочтительным углом конусности 165°. Угол меньше 160° приводит к большему сопротивление при вводе нанокатетера в ту или иную среду, а угол больше 170° является нецелесообразным, поскольку приводит к удлинению переходного конусного участка.

Каждая из первой и второй частей соответствующих трубок выполнена по длине с постоянным поперечным сечением. Длины и диаметры спаянных трубок в соответствующих первых и вторых частей равны.

Общий размер поперечного сечения двух трубок первой части составляет 2 нм при длине 20 см, а общий размер поперечного сечения двух трубок второй части составляет 0,5 нм при длине 0,1 см. Указанные размеры подобраны экспериментально в результате проведения опытов и находятся в наиболее предпочтительном диапазоне и выбраны из условия удобства пользования при котором осуществляется беспрепятственная и качественная доставка (или отбор) жидкости, например, лекарственного препарата, в межклеточное пространство организма человека или животного.

По длине вторых частей трубок в шахматном порядке относительно друг друга выполнены три отверстия (имеется ввиду количество на каждой трубке второй части) отверстия размером 0,1 нм, которые расположены оппозитно друг другу и не сообщаются между собой. Шаг указанных отверстий составляет 0,01 см. Данные размеры также выбраны экспериментально и обусловлены размерами самих трубок, указанными ранее, и находятся с ними в прямой взаимосвязи а также обусловлены размерами тех внутриклеточных зон, куда необходимо (или откуда необходимо) доставить (извлечь) межклеточную зону. Количество отверстий и их расположение также выбрано из условия полноценной и адресной доставки вводимой среды.

Наличие двух спаянных по длине трубок с отверстиями на вторых частях, которые не сообщаются между собой, обеспечивает, как вариант, одновременное введение в межклеточное пространство двух различных препаратов, или, как другой вариант, одновременное введение и извлечение (замещение) «зараженной» и «здоровой» межклеточной жидкостей.

В качестве примера применения нанокатетера можно привести получение межклеточной жидкости в медицине в случае возникновения «патологического очага», при котором под воздействием негативных факторов нарушается специфическая функция клетки, отмечается «сужение» межклеточного пространства с рядом расположенными клетками и это, в свою очередь, может вовлечь в процесс соседние клетки и привести к «сужению» межклеточного пространства с клетками, с которыми они соприкасаются.

При таком нарушении тока межклеточной жидкости, межклеточное содержимое из нормально функционирующих клеток «обходит» зоны «сужения» и устремляется в зоны меньшего сопротивления, а приток и отток в зонах «сужения» (патологическом очаге) уменьшается, что способствует формированию в начале острого, а затем хронического течения нарушений функций клеток с «суженным») межклеточным пространством.

Субстратная основа межклеточного содержимого нормальной клеточной популяции отличаются от субстратов содержимого межклеточного пространства с патологической наклонностью, а это и есть причины нарушений функций, тканей, органов и систем, трансформаций, метаплазий, дистрофии, аплазии.

При любой форме, типе болезни происходит процесс «сужения» межклеточного пространства и предлагается с помощью нанокатетера проникнуть в зону поражения и способствовать притоку и оттоку межклеточного содержимого из зоны сужения. Принцип схож с внутривенным вливанием жидкости, при котором происходит разбавление и выведение из организма токсичных продуктов.

Например, при опухолевом процессе зона поражения ограничена и в этой зоне изменено содержимое межклеточного пространства, она качественна отлична от межклеточного содержимого нормальной клеточной популяции. Попадая с помощью нанокатетера в зону опухолевого процесса доставляют нормальное (специфическое) межклеточное содержимое и достигают тем самым качественного изменения межклеточной жидкости в опухолевом очаге, что в свою очередь приводит к регрессии опухолевого процесса в зоне поражения.

В частности, содержимое межклеточного пространства зон поражения кожи (бесцветная) отличается от содержимого с нормальной клеточной окраской. Вливая в область поражения межклеточное содержимое из зон с нормальной кожной окраской достичь восстановления пигментации, где отсутствует меланин.

Точно также можно поступать при хронической почечной недостаточности, при сахарном диабете, при пневмонии, при мононуклеозе и других формах патологии (при остром и хроническом течении воспалительных процессов). Кроме того с помощью нанокатетера можно извлекать содержимое из суженных зон и поставлять в эти зоны обогащенный кислородом межклеточную жидкость и таким образом способствовать улучшению окислительно-восстановительного процесса.

Через визуализацию в формате 3D технологий возможно «проникать» в зоны поражения (сужения) и образно(виртуально) способствовать восстановлению тока межклеточной жидкости в патологическом очаге.

В настоящее время синтезировано масса химиопрепаратов для борьбы с онкологическим, воспалительным (как острым так и хроническим) процессами из - того, что лекарственные препараты не доставляются до очага поражения и это ведет к малой эффективности введения лекарств через вены, артерии и лимфу.

При доставке лекарственных препаратов с помощью нанокатетера достигается максимальный эффект при терапии того или иного заболевания.

Использование нанокатетера возможно и при исследовательской деятельности

В зонах поражения межклеточное содержимое в корне отличается от содержимого с нормальной клеточной деятельностью. Исследуя межклеточное содержимое патологического очага можно найти разницу между содержимым с нормальным межклеточным пространством. Извлекая межклеточную жидкость из экстра эмбриональных тканей находят факторы различия от эмбриональной межклеточной жидкости. Сравнивают межклеточную жидкость экстра эмбриональной ткани с межклеточной жидкостью опухолей экстра эмбрионального типа. Изучают межклеточную жидкость стволовых клеток и находят факторы дифференциации клеток в более зрелые формы.

Также данное устройство может найти применение в других областях, например косметологии, где межклеточное содержимое «проблемной кожи» (увядание, сморщенность, акне, псориаз, лишай и прочие) отличается от межклеточного содержимого нормальной кожи. Корректируя межклеточное содержимое «проблемной кожи» путем введения нормальной межклеточной жидкости с помощью нанокатетера достигают решение поставленной задачи.

В геронтологии межклеточное содержимое у людей с преклонным возрастом отличается от содержимого межклеточного пространства более молодых людей. Путем введения через нанокатетер межклеточной жидкости характерных для молодых людей в межклеточное пространства людей преклонного возраста можно достичь «коррекции возраста».

Фармация.

Как было описано выше о межклеточное содержимое нормальной клеточной популяции людей молодого возраста с нормальным состоянием кожи отличается от патологического, от возрастного и от межклеточного содержимого проблемной кожи.

Перед фармацией встает вопрос синтеза межклеточного содержимого и ее компонентов для решения задач в медицине, косметологии и геронтологии. Изучив содержимое различных межклеточных пространств (более 200) на их основе возможно изготавливать фармакологические средства для решения коррекции нарушенного межклеточного содержимого в областях патологического процесса - воспалительные процессы, обменные нарушения, нарушения дифференцировки, малигнизации, трансформации, генетические и хромосомные нарушения.

Биология.

Растения организованы из:

- вегетативных органов - корни, стебли и листья;

- органы размножения - цветки, плоды и семена,

Межклеточное содержимое разных частей растений также отличаются друг от друга. Так, межклеточное содержимое корневой части растения отличается от межклеточного содержимого стебля или цветка.

С помощью нанокатетера можно извлечь межклеточное содержимое корней растения, а затем ее можно применить для ускорения роста и развития растения и других биологических систем.

Извлекая из других частей растения (листья, цветки, стебель) межклеточное содержимое последнее можно использовать в области косметологии, медицины, фармации.

При лечении заболеваний существует проблема создания постоянной и достаточной концентрации лекарственных препаратов в очаге поражения в связи с особенностями анатомо-физиологического строения и наличием сложных гистогематических барьеров. Данные барьеры препятствуют поступлению препаратов к очагу поражения в достаточной концентрации в течение необходимого периода времени, снижая эффективность лечения.

Предлагаемая методика с помощью заявленного нанокатетера будет способствовать полноценной и безопасной доставке в необходимых дозах лекарственных веществ в зоны поражения.

Актуальность исследований межклеточного содержимого заключается в следующем:

- содержимое межклеточного пространства (МКП) различных клеточных популяций отличаемо;

- исследование крови, лимфы не дает полноценной картины из-за смешивания содержимого МКП различными популяциями клеток и ее вливания в лимфу и кровь;

- в содержимом МКП информация не искажена (специфичность).

В перспективе исследуя межклеточное содержимое можно находить специфические факторы дифференциации клеток; факторы коррекции хромосомных и генетических дефектов (отклонений).

Из теории Жакобо и Моно следует, что синтез соответствующих белков-ферментов - индуцируется веществом, служащим субстратом и необходимым для нормальной жизнедеятельности клетки. Извлечение специфических субстратов для синтеза конечного продукта «искажена» из-за смешивания их в лимфе и в крови. Извлечение нанокатетором специфических межклеточных жидкостей открывает широкие возможности для синтеза конечных продуктов - таких как инсулина, гамма оксимасляной кислоты, незаменимых аминокислот (при обменных нарушениях) и др.

Нанокатетер изготавливается из графена (например из наноуглерода) и имеет просвет размером от 2 нм и меньше, т.к. так как нормальный просвет межклеточного пространства имеет размер 2-4 нм. При воспалительном отеке этот просвет сужается, а нанокатетер с меньшим диаметром просвета способствует извлечению воспалительного содержимого межклеточного пространства и доставлять межклеточную жидкость с нормальными параметрами (специфическое естественное межклеточное содержимое).

Пример применения в косметологии и геронтологии.

С возрастом межклеточное содержимое меняется и это способствует изменению структуры и формы клетки (морщины, возрастные пятна, седина, сухость и т.д. - признаки старения). В молодом возрасте межклеточное содержимое имеет качественно другое содержимое, которое можно будет «извлекать» с помощью нанокатетера и затем замещать им межклеточное пространство клеток «в возрасте». Это способствует «пробуждению» генетики молодости - возврат тех биохимических процессов, которые соответствуют более молодому возрасту клетки.

Применение нанокатетера при сахарном диабете.

Эндокринный участок поджелудочной железы (бета участки Лангерганса) при воспалительных процессах перестают вырабатывать гормон инсулина, что ведет к развитию сахарного диабета. При этом, определенные участки островка Лангерганса продолжают вырабатывать гормон инсулин. Межклеточное содержимое островка Лангерганса, которое вырабатывает инсулин, отличается от содержимого, где этот процесс заблокирован.

При помощи нанокатетера извлекается межклеточное содержимое из функционирующих частей островка Лангерганса и вливается в межклеточное пространство, где этот процесс заблокирован. Это в свою очередь будет способствовать возобновлению процесса выработки гормона инсулина в тех участках, где раньше процесс синтеза инсулина был заблокирован.

Лимфаденит.

При лимфадените возникает отек из-за воспаления, что уменьшает межклеточное пространство. Применяя нанокатетер достигается эвакуация из суженного межклеточного пространства воспалительной жидкости, что способствует быстрейшему разрешению лимфаденита и восстановлению функции лимфаузлов.

Псориаз.

Из-за воспалительного процесса в четвертом слое кожи отмечается нарушение дифференциации (созревания) клеток дермы. Что способствует развитию псориаза. Извлекая из межклеточного пространства воспалительную жидкость и вливая обратно здоровую межклеточную жидкость достигается дальнейшая дифференцировка клеток кожи и разрешение псориатического процесса.

Лейкоз (лейкемия).

При лейкозе происходит нарушение дифференцировки белых кровяных телец в костном мозге за счет изменения содержимого межклеточного пространства. Применяя нанокатетер корректируется содержимое межклеточного пространства костного мозга и это способствует разрешению лейкоза(лейкемии).

Артрит.

Воспаление суставной поверхности становится причиной нарушения тока межклеточной жидкости и качественного изменения субстратного состава. Хроническое течение воспалительного процесса в суставах ведет к артриту и деформации суставной поверхности. Используя нанокатетер достигается возобновление нарушенного тока межклеточной жидкости и быстрейшее решение воспалительного процесса и ее последствий.

Исходя из приведенных примеров, применение нанокатетера качественно корректирует межклеточное содержимое, что способствует разрешению любого патологического процесса.

Заявленная полезная модель промышленно применима и является новой. Все существенные признаки находятся в прямой причинно-следственной связи с техническим результатом.

Claims (9)

1. Нанокатетер для введения/извлечения межклеточной жидкости из/в биологическую среду, характеризующийся тем, что он выполнен в виде спаянных по всей длине двух цилиндрических трубок из графена с соответствующими входными и выходными отверстиями по концам, при этом каждая трубка представляет собой цельное тело переменного сечения и состоит из двух частей, первая из которых выполнена с большими диаметром и длиной относительно второй части, при этом сопряжение между указанными частями выполнено конусным, общий размер поперечного сечения двух трубок первой части составляет 2 нм при длине 20÷25 см, а общий размер поперечного сечения двух трубок второй части составляет 0,5 нм при длине 0,01÷0,1 см, кроме того, по длине вторых частей трубок в шахматном порядке относительно друг друга выполнены отверстия размером 0,1 нм.

2. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что каждая из первой и второй частей соответствующих трубок выполнена по длине с постоянным поперечным сечением.

3. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что отверстия во вторых частях соответствующих трубок расположены оппозитно друг другу и не сообщаются между собой.

4. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что длины спаянных трубок соответствующих первых и вторых частей равные.

5. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что длины спаянных трубок вторых частей не равны.

6. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что диаметры спаянных трубок соответствующих первых и вторых частей равные.

7. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что шаг отверстий во второй части трубок составляет 0,003÷0,03 см.

8. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что количество отверстий на каждой трубке второй части, по меньшей мере, три.

9. Нанокатетер по п. 1, характеризующийся тем, что угол конусности при сопряжении первой и второй частей трубок 160÷170°.