RU2150956C1

RU2150956C1 - Method of biocompatible material producing

Info

Publication number: RU2150956C1
Application number: RU99113001A
Authority: RU
Inventors: С.Н. Багров; И.А. Маклакова; Б.Э. Малюгин; А.А. Верзин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экспериментальное производство "Микрохирургия глаза"
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: medicine, ophthalmology. SUBSTANCE: method involves radical polymerization of monomers of acryl and/or vinyl order in the presence of water and cross-linking agent. Fibronectin or chemically modified fibronectin in concentration 0.02-4.0 mg/ml is added to mixture to be polymerized and polymerization is carried out by irradiation or by substantial initiation. Invention can be used for making intracorneal lens and implants, keratoprosthesis and artificial irides. EFFECT: decreased complications associated with excessive scarring and transparency loss of eye optical media in implant zone. 3 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для изготовления интракорнеальных линз и имплантатов, кератопротезов, искусственных радужек и т.д. The invention relates to medicine, namely to ophthalmology, and can be used for the manufacture of intracorneal lenses and implants, keratoprostheses, artificial irises, etc.

Известен способ получения пластичного материала из коллагена для офтальмологии (патент РФ N 2033165), который заключается в сополимеризации сорбированного на поликремневую кислоту коллагена с мономерами акрилового и/или винилового ряда путем радиационного облучения. Такой материал является биосовместимым, однако он обладает недостаточной адгезией к тканям глаза, что особенно важно для внутрироговичных имплантатов. A known method for producing a plastic material from collagen for ophthalmology (RF patent N 2033165), which consists in copolymerizing collagen adsorbed onto polysilicic acid with acrylic and / or vinyl monomers by radiation. Such material is biocompatible, however, it has insufficient adhesion to the tissues of the eye, which is especially important for corneal implants.

Задачей изобретения является разработка способа получения биосовместимого материала для интракорнеальных линз и имплантатов, имплантатов для эпикератофакии, кератопротезов и искусственных радужек, обладающего специфическим сродством и адгезией к соединительным тканям глаза, позволяющим при имплантации свести к минимуму процесс инкапсулирования. The objective of the invention is to develop a method for producing a biocompatible material for intracorneal lenses and implants, implants for epikeratophakia, keratoprostheses and artificial irises, which has a specific affinity and adhesion to the connective tissues of the eye, which allows implantation to minimize the encapsulation process.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является снижение или отсутствие осложнений, связанных с избыточным рубцеванием или потерей прозрачности оптических сред глаза в зоне имплантата. The technical result achieved by using the invention is to reduce or absence of complications associated with excessive scarring or loss of transparency of the optical media of the eye in the implant area.

Технический результат достигается тем, что проводят объемную радикальную полимеризацию мономеров акрилового и/или винилового ряда в присутствии воды и сшивателя, и согласно изобретению в полимеризуемую смесь добавляют фибронектин или химически модифицированный фибронектин в количестве 0,02 - 4,0 мг/мл, при этом полимеризацию проводят с помощью облучения или с помощью вещественного инициирования. The technical result is achieved by performing volumetric radical polymerization of acrylic and / or vinyl monomers in the presence of water and a crosslinker, and according to the invention, fibronectin or chemically modified fibronectin in an amount of 0.02-4.0 mg / ml is added to the polymerized mixture. polymerization is carried out by irradiation or by material initiation.

Фибронектин - белок, который является одним из ключевых компонентов экстрацеллюлярного матрикса. Одной из основных функций фибронектина является обеспечение адгезии клеток к внеклеточному матриксу, а также друг к другу. Это свойство особенно важно при хирургии роговицы с применением имплантатов, когда необходимо минимизировать или избежать формирования капсулы вокруг имплантата, снижающей оптические свойства. Введение фибронектина в структуру полимера позволяет осуществлять адгезию межклеточного матрикса и клеток к полимеру по типу природного взаимодействия без формирования дополнительной прослойки - капсулы. Fibronectin is a protein that is one of the key components of the extracellular matrix. One of the main functions of fibronectin is to ensure cell adhesion to the extracellular matrix, as well as to each other. This property is especially important during corneal surgery with implants, when it is necessary to minimize or avoid the formation of capsules around the implant, which reduces optical properties. The introduction of fibronectin into the polymer structure allows the adhesion of the intercellular matrix and cells to the polymer by the type of natural interaction without the formation of an additional layer - capsule.

Химически модифицированный фибронектин - фибронектин, содержащий одну или несколько реакционоспособных групп в молекуле. Одним из методов химической модификации белка является ацилирование. Ацилирование проводят с помощью хлорангидрида акриловой или метакриловой кислот (Ж. Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева, т. XXX, N 4, 1985, 402 - 410). Chemically modified fibronectin is fibronectin containing one or more reactive groups in a molecule. One method of chemical modification of a protein is acylation. Acylation is carried out using acid chloride of acrylic or methacrylic acids (J. All-Union Chemical Society named after D.I. Mendeleev, vol. XXX, N 4, 1985, 402-410).

В случае использования химически модифицированного фибронектина происходит дополнительное ковалентное присоединение молекулы белка к полимерной матрице. Это особенно важно при получении редкосшитых полимеров с высоким содержанием воды. In the case of using chemically modified fibronectin, additional covalent attachment of the protein molecule to the polymer matrix occurs. This is especially important in the preparation of rare cross-linked polymers with a high water content.

Интервал концентрации фибронектина выбран экспериментально. С этой целью изучали адгезию клеток перитонеального ряда крыс на излучаемых полимерах. Для этого готовили суспензию клеток в среде 199 и доводили концентрацию до 1,5•10⁶ кл/мл. В стерильную чашку Петри помещали полимерный образец, на него наслаивали суспензию клеток, инкубировали при температуре 37^oC в течение 1 часа, затем раствор сливали и проводили подсчет клеток на единицу площади поверхности полимера с помощью микроскопа. Результаты сравнивали с контролем, в качестве которого служил полимер, синтезированный в идентичных условиях, но без добавления фибронектина.The range of fibronectin concentration is selected experimentally. To this end, the adhesion of rat peritoneal cells on emitted polymers was studied. For this, a cell suspension was prepared in medium 199 and the concentration was adjusted to 1.5 • 10 ⁶ cells / ml. A polymer sample was placed in a sterile Petri dish, a cell suspension was layered on it, incubated at a temperature of 37 ^° C for 1 hour, then the solution was drained and the cells were counted per unit surface area of the polymer using a microscope. The results were compared with a control, which was a polymer synthesized under identical conditions, but without the addition of fibronectin.

При концентрации фибронектина в полимеризуемой смеси меньше, чем 0,02 мг/мл адгезия клеток была идентична контрольным образцам полимера. В области концентраций 0,02 - 4,0 мг/мл адгезия клеток на опытных образцах была значительно выше, чем на контрольных. При увеличении концентрации фибронектина выше 4,0 мг/мл не наблюдали дальнейшего увеличения количества адгезированных клеток. When the concentration of fibronectin in the polymerized mixture was less than 0.02 mg / ml, the cell adhesion was identical to the control polymer samples. In the concentration range of 0.02–4.0 mg / ml, cell adhesion in the experimental samples was significantly higher than in the control ones. With an increase in fibronectin concentration above 4.0 mg / ml, no further increase in the number of adherent cells was observed.

Биосовместимый материал получали следующими образом. К мономеру акрилового или винилового ряда или к их смеси добавляли воду, сшиватель и водный раствор фибронектина или химически модифицированного фибронектина. Смесь перемешивали, дегазировали, насыщали инертным газом, вновь дегазировали, а затем полимеризовали с помощью облучения, например гамма-облучения или ультрафиолетового облучения. Вместо облучения полимеризацию проводили с помощью вещественных инициаторов. С этой целью в полимеризуемую смесь добавляли вещественные инициаторы, например персульфат аммония или натрия и тетраметилэтилендиамин. Biocompatible material was prepared as follows. Water, a crosslinker and an aqueous solution of fibronectin or chemically modified fibronectin were added to the acrylic or vinyl series monomer or a mixture thereof. The mixture was stirred, degassed, saturated with an inert gas, degassed again, and then polymerized by irradiation, such as gamma radiation or ultraviolet radiation. Instead of irradiation, polymerization was carried out using material initiators. For this purpose, material initiators, for example, ammonium or sodium persulfate and tetramethylethylenediamine, were added to the polymerizable mixture.

Способ поясняется примерами. The method is illustrated by examples.

Пример 1. К 78,0 мл мономера гидроксиэтилметакрилата добавляют 2,0 мл сшивателя триэтиленгликольдиметакрилата и 20 мл водного раствора фибронектина с концентрацией 0,1 мг/мл. При этом концентрация фибронектина в полимеризуемой смеси составляет 0,02 мг/мл. Раствор перемешивают, дегазируют, насыщают инертным газом и вновь дегазируют. Полученную смесь полимеризуют с помощью гамма-излучения дозой 2 мрад. Из полученного полимера методом точения были сформированы интракорнеальные имплантаты в форме кольца толщиной 200 микрон, диаметром 6,5 мм и диаметром отверстия 5,5 мм. Example 1. To 78.0 ml of hydroxyethyl methacrylate monomer add 2.0 ml of a crosslinker of triethylene glycol dimethacrylate and 20 ml of an aqueous solution of fibronectin with a concentration of 0.1 mg / ml. The concentration of fibronectin in the polymerized mixture is 0.02 mg / ml. The solution is stirred, degassed, saturated with an inert gas and degassed again. The resulting mixture was polymerized using gamma radiation at a dose of 2 mrad. Intracorneal implants in the form of a ring 200 microns thick, 6.5 mm in diameter and 5.5 mm in diameter were formed from the obtained polymer by turning.

Пациенту А. 35 лет с диагнозом правый глаз миопия высокой степени, миопическая макуладистрофия - произведена операция аллопластическая кератофакция с имплантацией интракорнеального имплантата из ФИБРОГЕЛЯ в виде кольца. Операция проведена по клапанной, бесшовной методике без осложнений. В послеоперационном периоде роговица была прозрачная, визуально определяемый незначительный отек переднего лоскута роговицы над линзой прошел на 2-е сутки после операции. К этому же сроку роговица приняла расчетную офтальмометрию с повышением остроты зрения. Patient A., 35 years old, with a diagnosis of right eye, high myopia, myopic maculadystrophy - an alloplastic keratofaction was performed with implantation of an intracorneal implant from FIBROGEL in the form of a ring. The operation was performed according to the valve, seamless technique without complications. In the postoperative period, the cornea was transparent, a visually detectable slight swelling of the anterior corneal flap above the lens occurred on the 2nd day after the operation. By the same time, the cornea took calculated ophthalmometry with an increase in visual acuity.

Пример 2. К 59,5 мл мономера гидроксиэтилметакрилата добавляют 0,5 мл тридекаэтиленгликольдиметакрилата и 40 мл водного раствора ацилированного фибронектина с концентрацией 10 мг/мл. При этом концентрация фибронектина в полимеризуемой смеси составляет 4 мг/мл. Раствор перемешивают, дегазируют и полимеризуют с помощью гамма-излучения дозой 2 мрад. Из полученного полимера методом точения были сформированы интракорнеальные имплантаты в виде положительного мениска толщиной 180 микрон и диаметром 5 мм. Example 2. To 59.5 ml of hydroxyethyl methacrylate monomer add 0.5 ml of tridecaethylene glycol dimethacrylate and 40 ml of an aqueous solution of acylated fibronectin with a concentration of 10 mg / ml. The concentration of fibronectin in the polymerized mixture is 4 mg / ml. The solution is stirred, degassed and polymerized using gamma radiation at a dose of 2 mrad. Intracorneal implants in the form of a positive meniscus 180 microns thick and 5 mm in diameter were formed from the obtained polymer by turning method.

Пациентке Б. 65 лет с диагнозом правый глаз послеоперационная афакия, осложненная грыжа стекловидного тела, "сухая" макуладистрофия - произведена операция аллопластическая кератофакция с имплантацией интракорнеального имплантата из ФИБРОГЕЛЯ. Операция проведена по клапанной, бесшовной методике без осложнений. В послеоперационном периоде роговица была прозрачная, визуально определяемый незначительный отек переднего лоскута роговицы над линзой прошел на 2-е сутки после операции. К этому же сроку роговица приняла расчетную офтальмометрию с повышением остроты зрения. A 65-year-old patient B. with a diagnosis of right eye, postoperative aphakia, complicated vitreous hernia, “dry” macular dystrophy — an alloplastic keratofaction was performed with implantation of an intracorneal FIBROGEL implant. The operation was performed according to the valve, seamless technique without complications. In the postoperative period, the cornea was transparent, a visually detectable slight swelling of the anterior corneal flap above the lens occurred on the 2nd day after the operation. By the same time, the cornea took calculated ophthalmometry with an increase in visual acuity.

Пример 3. К 65 мл гидроксиэтилметакрилата добавляют 25 мл водного раствора ацилированного фибронектина с концентрацией 4 мг/мл, 7,6 мл воды, раствор тщательно перемешивают, дегазируют и добавляют 0,8 мл тетраметилэтилендиамина и 1,6 мл 10%-ного раствора персульфата натрия. Полученную смесь разливают в формы для образования формы оптической части кератопротеза и проводят полимеризацию. Через сутки полимерное изделие извлекают из формы, тщательно отмывают и стерилизуют с помощью гамма-излучения. Example 3. To 65 ml of hydroxyethyl methacrylate add 25 ml of an aqueous solution of acylated fibronectin with a concentration of 4 mg / ml, 7.6 ml of water, the solution is thoroughly mixed, degassed and 0.8 ml of tetramethylethylenediamine and 1.6 ml of 10% persulfate solution are added. sodium. The resulting mixture is poured into molds to form the optical part of the keratoprosthesis and polymerized. After a day, the polymer product is removed from the mold, thoroughly washed and sterilized using gamma radiation.

Размеры данной формы - диаметр 3,5 мм, толщина 100 микрон. Диск был имплантирован в строму роговицы кролика. Имплантат показал хорошую биосовместимость. В течение 6 месяцев не было обнаружено нарушения трофики роговицы. Морфологически не было выявлено специфической инфильтрации лейкоцитарных клеток и макрофагов. The dimensions of this form are diameter 3.5 mm, thickness 100 microns. The disc was implanted in the stroma of the rabbit cornea. The implant showed good biocompatibility. Within 6 months, no corneal trophic abnormality was detected. Morphologically, no specific infiltration of leukocyte cells and macrophages was detected.

Пример 4. К 60 мл воды добавляют 20 г акриламида и 40 мл водного раствора химически модифицированного фибронектина с концентрацией 1 мг/мл. Раствор перемешивают, дегазируют и помещают в матрицу, имеющую форму мениска, диаметром 8 мм и толщиной по центру 100 микрон. Полимеризацию смеси проводили в матрице с помощью гамма-облучения дозой 1,0 мрад. После этого линзу извлекали из матрицы, тщательно промывали водой и стерилизовали. Example 4. To 60 ml of water add 20 g of acrylamide and 40 ml of an aqueous solution of chemically modified fibronectin with a concentration of 1 mg / ml The solution is mixed, degassed and placed in a meniscus-shaped matrix with a diameter of 8 mm and a center thickness of 100 microns. The mixture was polymerized in a matrix using gamma irradiation with a dose of 1.0 mrad. After that, the lens was removed from the matrix, washed thoroughly with water and sterilized.

Затем на деэпителизированную поверхность роговицы кролика помещалась линза в виде мениска толщиной 100 микрон (край 20 - 30 микрон) с отверстиями по периферии, через которые она подшивалась к строме. Срок наблюдения - 2 недели. Под биомикроскопом на 3-е сутки обнаруживались еле заметные отстровки клеток по периферии линзы. Количество их в сроки наблюдения до 2-х недель увеличивалось и также распространялось к оптическому центру линзы. В сроки наблюдения 14 дней после операции нами произведена сканирующая электронная микроскопии линзы. По всей ее поверхности обнаружено островковое нарастание эпителиальных клеток, соединенных между собой "дорожками" из клеток. Клетки расположены монослоем, плотно прилегают друг к другу, однородные по своей форме. Часть клеток меньшего размера - по всей видимости более молодые. Воспалительные клетки практически отсутствуют. Then, a meniscus lens 100 microns thick (edge 20-30 microns) with holes along the periphery through which it was sutured to the stroma was placed on the de-epithelized surface of the rabbit cornea. The observation period is 2 weeks. Under the biomicroscope, on day 3, barely noticeable cell defects were found around the periphery of the lens. Their number in the observation period up to 2 weeks increased and also spread to the optical center of the lens. During the observation period of 14 days after the operation, we performed scanning electron microscopy of the lens. Across its surface, islet growth of epithelial cells was found, interconnected by "paths" of cells. The cells are arranged in a monolayer, tightly adjacent to each other, uniform in shape. Some of the smaller cells are apparently younger. Inflammatory cells are practically absent.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что ФИБРОГЕЛЬ обладает специфическим сродством к клеткам эпителия. The results obtained indicate that FIBROGEL has a specific affinity for epithelial cells.

Таким образом, предложенный способ получения биосовместимого материала ФИБРОГЕЛЬ позволяет изготавливать имплантаты для офтальмохирургии, обладающие повышенным сродством к тканям глаза. Thus, the proposed method for producing a biocompatible material FIBROGEL allows the manufacture of implants for ophthalmic surgery with an increased affinity for the tissues of the eye.

Claims

1. A method of producing a biocompatible material, including volumetric radical polymerization of acrylic and / or vinyl monomers in the presence of water and a crosslinker, characterized in that fibronectin or chemically modified fibronectin is added to the polymerized mixture in an amount of 0.02 - 43.0 mg / ml.

2. The method according to claim 1, characterized in that the polymerization is carried out using radiation.

3. The method according to claim 1, characterized in that the polymerization is carried out using material initiation.