RU2563387C2 - Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom - Google Patents

Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom Download PDF

Info

Publication number
RU2563387C2
RU2563387C2 RU2013153741/14A RU2013153741A RU2563387C2 RU 2563387 C2 RU2563387 C2 RU 2563387C2 RU 2013153741/14 A RU2013153741/14 A RU 2013153741/14A RU 2013153741 A RU2013153741 A RU 2013153741A RU 2563387 C2 RU2563387 C2 RU 2563387C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
implantable device
active substance
insulating layer
magnetic field
Prior art date
Application number
RU2013153741/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013153741A (en
Inventor
Юрий Иванович Спичкин
Александр Павлович Пятаков
Александр Метталинович Тишин
Владимир Игоревич Зверев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Фармаг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Фармаг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Фармаг"
Priority to RU2013153741/14A priority Critical patent/RU2563387C2/en
Publication of RU2013153741A publication Critical patent/RU2013153741A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2563387C2 publication Critical patent/RU2563387C2/en

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medical equipment, namely to means for the delivery of medications by implanted devices, controlled by the magnetic field. The device consists of a body, an external periphery and a covering, which takes at least a part of the external periphery and includes the following layers in the order from internal to external: the first insulating layer, a layer of a magnetic material with positive and negative magnetocaloric effect of not less than 3 K/T, a layer of a sensitive material, which contains an active substance and is capable of holding and controlled release of the active substance, the second insulating layer, permeable for the active substance. The method of the controlled release of medications consists in implanting the device into the patient's body and influencing the implant by the magnetic field to release the active substance.
EFFECT: application of the invention makes it possible to increase safety for surrounding healthy tissues when the medication is released.
18 cl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к медицине, фармакологии и биотехнологии, в частности к системам доставки лекарств в заданный момент времени, имплантируемым и активируемым в теле пациента, и в особенности к имплантируемым устройствам, управляемым магнитным полем.The invention relates to medicine, pharmacology and biotechnology, in particular to drug delivery systems at a given point in time, implantable and activated in the patient’s body, and in particular to magnetic field controlled implantable devices.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Имплантаты - медицинские устройства, изготовляемые с целью замены утраченных биологических функций, поддержки поврежденных тканей и расширения возможностей существующих органов. Поверхность имплантатов, контактирующая с биологическими тканями, должна состоять из биомедицинского материала с целью лучшей приживаемости в тканях. В некоторых случаях имплантаты содержат электронные устройства, например искусственные кардиостимуляторы и кохлеарные имплантаты. Некоторые имплантаты обладают биологической активностью, например подкожные дозаторы лекарств в виде имплантируемых пилюль или стентов с лекарственными покрытиями.Implants are medical devices made to replace lost biological functions, support damaged tissues and expand the capabilities of existing organs. The surface of the implants in contact with biological tissues should consist of biomedical material with the aim of better survival in the tissues. In some cases, the implants contain electronic devices, such as artificial pacemakers and cochlear implants. Some implants have biological activity, for example subcutaneous drug dispensers in the form of implantable pills or drug-coated stents.

Современное развитие технологий имплантации привело к существенному прогрессу в медицине, и количество хирургических операций с использованием имплантатов постоянно растет. Имплантаты с магнитными элементами также начинают играть все большую роль в медицине. Примерами таких магнитных имплантатов служат концентраторы магнитного поля для адресной доставки лекарства с помощью вводимых внутривенно магнитных наночастиц [Zachary G. Forbes et al., Validation of high gradient magnetic field based drug delivery to magnetizable implants under flow, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, v.55, Issue: 2, p. 643-649}, имплантаты для магнитной фиксации протезов челюсти [Dental Magnetic Attachments http://www.aichi25steel.co.jp/ENGLISH/pro_nfo/pro_ntro/elect_1.html], многофункциональные ушные имплантаты на постоянных магнитах [Bulletin of the Magnetic Society, Vol.14(3), p.7 (2014)] и др.The modern development of implantation technologies has led to significant progress in medicine, and the number of surgical operations using implants is constantly growing. Implants with magnetic elements are also beginning to play an increasingly important role in medicine. Examples of such magnetic implants are magnetic field concentrators for targeted drug delivery using injected magnetic nanoparticles [Zachary G. Forbes et al., Validation of high gradient magnetic field based drug delivery to magnetizable implants under flow, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, v. 55, Issue: 2, p. 643-649}, implants for magnetic fixation of jaw prostheses [Dental Magnetic Attachments http://www.aichi25steel.co.jp/ENGLISH/pro_nfo/pro_ntro/elect_1.html], multifunctional permanent magnet implants [Bulletin of the Magnetic Society , Vol.14 (3), p.7 (2014)] and others.

Другие примеры включают биодеградируемые устройства с функциональностью многоразовых дозаторов, описанных в Grayson ACR, Choi IS, Tyier BM, et al. Multi-pulse drug delivery from a resorbable polymeric microchip device. Nat Mater. 2003; 2(11): 767- 772. Устройство состоит из биодеградируемого полимерного микрочипа с микроконтейнерами, заполненными различными лекарствами. При другом подходе (Yang R, Gorelov AV, Aldabbagh 5 F, Carroll WM, Rochev Y. An implantable thermoresponsive drug delivery system based on Pettier device. International journal of pharmaceutics. 2013: 447(1-2): 109-14) используют элементы Пельтье с термочувствительной мембраной, регулируемо выпускающей лекарство в водной среде. С помощью такого устройства был реализован пульсирующий режим выпуска лекарства под действием импульсов электрического тока. Однако имплантирование чипов, размеры которых составляют около сантиметра, ограничивает возможные сферы применения таких систем.Other examples include biodegradable devices with the functionality of the reusable dispensers described in Grayson ACR, Choi IS, Tyier BM, et al. Multi-pulse drug delivery from a resorbable polymeric microchip device. Nat Mater. 2003; 2 (11): 767-772. The device consists of a biodegradable polymer microchip with microcontainers filled with various drugs. In another approach (Yang R, Gorelov AV, Aldabbagh 5 F, Carroll WM, Rochev Y. An implantable thermoresponsive drug delivery system based on Pettier device. International journal of pharmaceutics. 2013: 447 (1-2): 109-14) use Peltier elements with a thermosensitive membrane that regulates the release of medicine in the aquatic environment. With the help of such a device, a pulsating regime of drug release under the influence of pulses of electric current was realized. However, the implantation of chips, whose dimensions are about a centimeter, limits the possible areas of application of such systems.

Более технологичными решением представляется нанесение на имплантаты покрытий из термочувствительных полимеров с наночастицами, разогреваемыми внешним воздействием, таким, например, как излучение ближнего инфракрасного диапазона, вызывающее в наночастицах покрытия плазменный резонанс [Sershen SR, Westcott SL, Halas N], West JL. Temperature-sensitive polymer-nanoshell composites for photothermally modulated drug delivery. Journal of Biomedical Materials Research. 2000; 51(3): 293-298]. Однако биологические ткани не вполне прозрачны даже для излучений инфракрасного и СВЧ диапазонов.A more technologically advanced solution is to coat implants with thermosensitive polymers with nanoparticles heated by external influences, such as, for example, near-infrared radiation, which causes plasma resonance in the nanoparticles of the coating [Sershen SR, Westcott SL, Halas N], West JL. Temperature-sensitive polymer-nanoshell composites for photothermally modulated drug delivery. Journal of Biomedical Materials Research. 2000; 51 (3): 293-298]. However, biological tissues are not completely transparent even for infrared and microwave radiation.

В патентах US 2002/0128704, US 2005/0278014 описаны управления активностью лекарства, покрывающего металлический имплантат (например, стент), или лекарства, находящегося внутри него.In the patents US 2002/0128704, US 2005/0278014 describes the activity control of the drug covering the metal implant (for example, a stent), or the drug inside it.

В этом методе разогрев стента позволяет выпускать лекарство из слоев покрытия, активировать лекарственные вещества, биологическая активность которых при температуре тела снижена или вовсе отсутствует, а также в заданные периоды времени усиливать взаимодействие с окружающими тканями. Лекарство может высвобождаться из термочувствительного материала внутри стента или на его поверхности. Тепло подводится за счет воздействия на стент с соответствующей магнитной восприимчивостью электромагнитным полем, желательно с частотой, меньшей 1 МГц. Авторы утверждают, что индуктивный нагрев неинвазивный и точно контролируемый. Однако выделение тепла за счет индуктивного нагрева не так просто контролировать, поскольку оно зависит от многих параметров, включая материал стента и его положение внутри тела. Следовательно, этой методике присущ риск перегрева тканей, окружающих имплантат, или их недостаточного прогрева, что снизит эффективность лечения. Вследствие индукционного характера нагрева можно использовать только металлические материалы, Соответственно использование биодеградируемых и пластиковых имплантатов исключается.In this method, heating the stent allows you to release the medicine from the coating layers, activate medicinal substances, the biological activity of which is reduced or completely absent at body temperature, and also intensify the interaction with surrounding tissues at specified time periods. The drug may be released from the heat-sensitive material inside the stent or on its surface. Heat is supplied by exposing the stent to an appropriate magnetic susceptibility to an electromagnetic field, preferably at a frequency of less than 1 MHz. The authors argue that inductive heating is non-invasive and precisely controlled. However, heat generation due to inductive heating is not so easy to control, since it depends on many parameters, including the stent material and its position inside the body. Therefore, this technique is inherent in the risk of overheating of the tissues surrounding the implant, or their insufficient heating, which will reduce the effectiveness of the treatment. Due to the induction nature of heating, only metallic materials can be used. Accordingly, the use of biodegradable and plastic implants is excluded.

Согласно другому подходу, описанному в US 6544163, с помощью магнитного поля достигается управляемая эмболизация при аневризме. Система магнитной эмболизации включает катетер, дистальный конец которого адаптирован для введения в полость аневризмы кровеносного сосуда постоянного магнита или электромагнита, создающих внутреннее магнитное поле, необходимое для управляемой эмболизации. Однако введение таких инородных и достаточно крупных тел создает большие трудности при проведении операций.According to another approach described in US 6,544,163, controlled embolization in aneurysm is achieved using a magnetic field. The magnetic embolization system includes a catheter, the distal end of which is adapted for insertion into the aneurysm cavity of a blood vessel of a permanent magnet or electromagnet, creating an internal magnetic field necessary for controlled embolization. However, the introduction of such foreign and rather large bodies creates great difficulties during operations.

В заявке WO 2005/042142 описан биосовместимый термочувствительный полимерный носитель с инкапсулированными магнитными или металлическими коллоидными частицами и наночастицами, который разогревается внешним высокочастотным переменным полем. В результате индуктивного нагрева в полимерной матрице изменяется физическая структура, что приводит к высвобождению инкапсулированного в матрице биоактивного вещества в течение короткого промежутка времени. Носители лекарственных препаратов, устроенные так, как описано выше, могут применяться локально с использованием стандартных методов приема лекарств, таких как инъекции, имплантации, пропитывания, диализы или биопсии. Воздействие магнитных частиц можно усилить, сконцентрировав их в требуемом месте с помощью сильного постоянного магнита или электромагнита. Как только полимерные частицы окажутся в месте воздействия, они могут быть нагреты выше температуры тела с помощью высокочастотного переменного магнитного поля, что приводит к изменению физической структуры полимерной матрицы. Это изменение запускает процесс интенсивного и локализованного в пространстве и времени воздействия биоактивных веществ. Однако чтобы нагреть вышеупомянутые металлические и магнитные частицы до нужных температур, необходим специально сконструированный источник магнитного поля с заданными частотными характеристиками и пространственной конфигурацией поля. Полимерные частицы могут неконтролируемо диффундировать из места воздействия, поэтому применение таких систем в некоторых случаях, таких как лечение стенок сосудов, затруднено. Более того, типичное время освобождения лекарства составляет около 5 минут, что нежелательно в случае пролонгированного лекарственного воздействия.WO 2005/042142 describes a biocompatible heat-sensitive polymer carrier with encapsulated magnetic or metallic colloidal particles and nanoparticles, which is heated by an external high-frequency alternating field. As a result of inductive heating in the polymer matrix, the physical structure changes, which leads to the release of the bioactive substance encapsulated in the matrix in a short period of time. Drug carriers arranged as described above can be applied locally using standard methods of drug administration, such as injection, implantation, soaking, dialysis or biopsy. Exposure to magnetic particles can be enhanced by concentrating them in the desired location using a strong permanent magnet or electromagnet. As soon as the polymer particles are at the site of exposure, they can be heated above body temperature using a high-frequency alternating magnetic field, which leads to a change in the physical structure of the polymer matrix. This change triggers the process of exposure to bioactive substances that is intense and localized in space and time. However, in order to heat the aforementioned metal and magnetic particles to the desired temperatures, a specially designed magnetic field source with predetermined frequency characteristics and spatial field configuration is needed. Polymer particles can diffuse uncontrollably from the site of exposure, so the use of such systems in some cases, such as treatment of vascular walls, is difficult. Moreover, a typical drug release time is about 5 minutes, which is undesirable in the case of prolonged drug exposure.

Таким образом, необходима разработка имплантируемых устройств с улучшенными свойствами, способных селективно воздействовать на пораженные ткани и безопасно для окружающих здоровых тканей освобождать лекарство в нужном месте контролируемым образом.Thus, it is necessary to develop implantable devices with improved properties that can selectively act on affected tissues and safely release the medicine in the right place in a controlled manner for surrounding healthy tissues.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Это изобретение относится к имплантируемым устройствам, обеспечивающим сохранение и контролируемое магнитным полем высвобождение лекарственных средств в заданном месте в требуемый момент времени.This invention relates to implantable devices that ensure the preservation and magnetic field controlled release of drugs in a given place at a desired point in time.

В частности, изобретение относится к улучшенной версии имплантируемых устройств. Оно обеспечивает сохранение лекарственного вещества при установке имплантата, не допускает его потерю и в то же время позволяет осуществлять залповый или пульсационный режим высвобождения биоактивного вещества, в то же время предотвращая перегрев или недостаточный нагрев устройства.In particular, the invention relates to an improved version of implantable devices. It ensures the preservation of the drug substance during the installation of the implant, prevents its loss and at the same time allows for the salvo or pulsation mode of release of the bioactive substance, while at the same time preventing overheating or insufficient heating of the device.

В техническом аспекте изобретение относится к имплантируемым устройствам, состоящим из корпуса устройства, имеющего внешнюю периферию и покрытие, занимающее часть внешней периферии и состоящее из следующих слоев в порядке от внутренних областей устройства к внешним:In a technical aspect, the invention relates to implantable devices consisting of a device body having an outer periphery and a coating occupying part of the outer periphery and consisting of the following layers in order from the inner regions of the device to the outer:

- первый изолирующий слой;- the first insulating layer;

- слой магнитного материала с положительным или отрицательным магнитокалорическим эффектом, с величиной не меньшей 3 К/Тл;- a layer of magnetic material with a positive or negative magnetocaloric effect, with a value of at least 3 K / T;

- слой чувствительного материала, содержащего активное вещество, который способен контролируемо удерживать/высвобождать активное вещество;- a layer of sensitive material containing the active substance, which is able to control the retention / release of the active substance;

- второй изолирующий слой, с большим количеством пор, проницаемый для активного вещества.- a second insulating layer, with a large number of pores, permeable to the active substance.

В соответствии с одной из реализаций приведенного выше описания первый слой выбирается из теплоизолирующего слоя или покрытия, отражающего инфракрасное излучение, а также их сочетания.In accordance with one implementation of the above description, the first layer is selected from a heat insulating layer or coating that reflects infrared radiation, as well as combinations thereof.

Предпочтительно, чтобы первый изолирующий слой прилегал к внешней периферии корпуса, однако там, где необходимо, может быть использован дополнительный слой под первым изолирующим слоем или над ним.Preferably, the first insulating layer is adjacent to the outer periphery of the housing, however, where necessary, an additional layer can be used below or above the first insulating layer.

В соответствии с одной из реализаций второй изолирующий слой содержит поры и проницаем для активного вещества, т.е. при определенных условиях пропускает сквозь себя лекарство. Второй изолирующий слой выбирается из пористого теплоизолирующего материала, пористого материала, отражающего инфракрасное излучение, или их комбинации.According to one implementation, the second insulating layer contains pores and is permeable to the active substance, i.e. under certain conditions, the medicine passes through itself. The second insulating layer is selected from a porous heat insulating material, a porous material reflecting infrared radiation, or a combination thereof.

В соответствии с одной из реализаций теплоизолирующий слой состоит из полистирола, геля кремниевой кислоты, полиуретана, биокерамики или их комбинации.In accordance with one implementation, the insulating layer consists of polystyrene, silica gel, polyurethane, bioceramics, or a combination thereof.

В соответствии с одной из реализаций отражающий инфракрасное излучение слой состоит из металла или металлического сплава, предпочтительно, из медицинской нержавеющей стали, сплава на основе титана или тантала.According to one implementation, the infrared reflective layer consists of a metal or metal alloy, preferably medical stainless steel, an alloy based on titanium or tantalum.

В соответствии с одной из реализаций магнитный материал выбирается из группы редкоземельных металлов, таких как гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий; переходных металлов, таких как железо, никель, кобальт, марганец; благородных металлов, таких как родий, палладий; их оксидов, композиций, комбинаций, твердых растворов и сплавов, таких как Gd5Si4, Gd5Si2,06Ge1,94, Gd7Pd3, MnFeP0,35As0,65, Fe0,5Rh0,5, Ni-Mn-Ga и MnAs.In accordance with one implementation, the magnetic material is selected from the group of rare earth metals such as gadolinium, terbium, dysprosium, holmium; transition metals such as iron, nickel, cobalt, manganese; noble metals such as rhodium, palladium; their oxides, compositions, combinations, solid solutions and alloys, such as Gd 5 Si 4 , Gd 5 Si 2.06 Ge 1.94 , Gd 7 Pd 3 , MnFeP 0.35 As 0.65 , Fe 0.5 Rh 0 5 , Ni-Mn-Ga and MnAs.

В одних реализациях магнитный материал имеет положительный, в других - отрицательный магнитокалорический эффект по величине не меньший 0,5 К/Тл, не меньший 1 К/Тл, не меньший 1,5 К/Тл, не меньший 2 К/Тл, по меньшей мере 2,5 К/Тл, не меньший 3 К/Тл, не меньший 3,5 К/Тл, не меньший 4 К/Тл, не меньший 4,5 К/Тл, не меньший 5 К/Тл, не меньший 5,5 К/Тл, не меньший 6 К/Тл, не меньший 6,5 К/Тл, не меньший 7 К/Тл, не меньший 7,5 К/Тл, не меньший 8 К/Тл.In some implementations, the magnetic material has a positive, in others, a negative magnetocaloric effect of at least 0.5 K / T, at least 1 K / T, at least 1.5 K / T, at least 2 K / T, at least at least 2.5 K / T, not less than 3 K / T, not less than 3.5 K / T, not less than 4 K / T, not less than 4.5 K / T, not less than 5 K / T, not less than 5 5 K / T, not less than 6 K / T, not less than 6.5 K / T, not less than 7 K / T, not less than 7.5 K / T, not less than 8 K / T.

В соответствии с реализацией данного изобретения слой чувствительного материала состоит из хотя бы одного материала, относящегося к полимерам, сополимерам, гидрогелям, биополимерам или их сочетания.In accordance with the implementation of the present invention, the layer of sensitive material consists of at least one material related to polymers, copolymers, hydrogels, biopolymers, or a combination thereof.

В соответствии с реализацией данного изобретения слой чувствительного материала содержит:In accordance with the implementation of this invention, the layer of sensitive material contains:

- смесь двух и более полимеров; и/или- a mixture of two or more polymers; and / or

- двух и более слоев различных полимеров; и/или- two or more layers of various polymers; and / or

- двух и более вставок с различными полимерами.- two or more inserts with different polymers.

В соответствии с реализацией данного изобретения по меньшей мере один из полимеров (предпочтительнее два и более) является термочувствительным материалом с температурой фазового перехода вблизи температуры тела.In accordance with the implementation of the present invention, at least one of the polymers (preferably two or more) is a heat-sensitive material with a phase transition temperature near body temperature.

В соответствии с одной из реализаций данного изобретения различные термочувствительные слои имеют различные температуры фазовых переходов.In accordance with one implementation of the present invention, various heat-sensitive layers have different phase transition temperatures.

В соответствии с реализацией данного изобретения термочувствительный полимер выбирается из следующей группы веществ: полибутилметакрилат (рВМА), поли-N-изопропилакриламид (PNIPAM), сополимер N-изопропилакриламида (NIPAM), N-изопропилметакриламида (NIPMAM) и акриламида (AAm) и/или их комбинации.In accordance with the implementation of the present invention, the heat-sensitive polymer is selected from the following group of substances: polybutyl methacrylate (rVMA), poly-N-isopropyl acrylamide (PNIPAM), a copolymer of N-isopropyl acrylamide (NIPAM), N-isopropyl methacrylamide (NIPMAM) and acrylamide (AAm) and / or their combinations.

Полимерный слой, состоящий из нескольких полимеров, делает возможным многократное срабатывание термочувствительных полимеров в процессе нагрева, при проходе через различные температуры переходов для различных слоев, а также осуществляет термоизоляцию устройства, так что пониженная или повышенная по сравнению с остальными тканями температура может поддерживаться в течение достаточного для выделения лекарства промежутка времени без существенного теплообмена с окружающими тканями.A polymer layer consisting of several polymers makes it possible to repeatedly activate thermosensitive polymers during heating, when passing through different transition temperatures for different layers, and also provides thermal insulation of the device, so that a temperature lower or higher than other tissues can be maintained for a sufficient to isolate the drug for a period of time without significant heat transfer with surrounding tissues.

В соответствии с одной из реализаций данного изобретения как минимум один из чувствительных полимеров (предпочтительно, два и больше) чувствительны к механическим деформациям с низким пределом прочности, в частности сополимер молочной и гликолевой кислот.In accordance with one implementation of the present invention, at least one of the sensitive polymers (preferably two or more) is sensitive to mechanical deformation with a low tensile strength, in particular a copolymer of lactic and glycolic acids.

В соответствии с одной из реализаций данного изобретения слой чувствительного материала также может содержать контрастный агент, позволяющий контролировать количество выпущенного лекарства методом магнитно-резонансной томографии.In accordance with one implementation of the present invention, the layer of sensitive material may also contain a contrast agent that allows you to control the amount of drug released by magnetic resonance imaging.

В соответствии с реализацией данного изобретения пористый/проницаемый слой полимера позволяет межтканевой жидкости или плазме крови проходить сквозь них и, таким образом, осуществлять выпуск активных веществ.According to an embodiment of the present invention, a porous / permeable polymer layer allows interstitial fluid or blood plasma to pass through them and thus release active substances.

В соответствии с реализацией данного изобретения имплантируемое устройство - это стент, катетер, эндопротез суставов, эндопротез суставов и кости, костный шов, зубной протез, кардиостимулятор, инсулиновые дозаторы, силиконовые импланты, нейроимплантаты, вживляемые в мозг микросхемы (чип-имплантаты), кохлеариые протезы и зубные импланты.In accordance with the implementation of this invention, the implantable device is a stent, catheter, joint prosthesis, joint and bone endoprosthesis, bone suture, denture, pacemaker, insulin dispensers, silicone implants, neuroimplants, microcircuits implanted in the brain (chip implants), cochlear prosthesis and dental implants.

Другим аспектом данного изобретения является метод контролируемого сброса лекарства, состоящий из следующих этапов: имплантирование управляемого магнитным полем устройства в тело пациента; воздействие на имплантируемое устройство магнитным полем с целью контролируемого выпуска активного вещества.Another aspect of the present invention is a controlled drug release method consisting of the following steps: implanting a magnetic field controlled device into a patient's body; exposure of the implantable device to a magnetic field in order to controlled release of the active substance.

В соответствии с одной из реализаций данного изобретения переменное магнитное поле от внешнего источника с частотой от 1 кГц до 100 кГц.In accordance with one implementation of the present invention, an alternating magnetic field from an external source with a frequency of from 1 kHz to 100 kHz.

В соответствии с одной из реализаций данного изобретения постоянное магнитное поле от внешнего источника прикладывается в определенные интервалы времени.In accordance with one implementation of the present invention, a constant magnetic field from an external source is applied at certain time intervals.

Управляемое магнитным полем устройство, описываемое в данной заявке, обеспечивает несколько технических эффектов и новых преимуществ по сравнению с ранее известными устройствами.The magnetic field controlled device described in this application provides several technical effects and new advantages over previously known devices.

В частности, устройство, описанное в изобретении, обеспечивает сохранение активного вещества во время имплантации и удерживает его необходимое время вплоть до момента сброса. Ранее известные устройства обычно теряли от 85 до 90% лекарства в процессе установки, и только 10-15% оставалось на поверхности имплантата.In particular, the device described in the invention ensures the preservation of the active substance during implantation and holds it for the necessary time until the moment of discharge. Previously known devices typically lost 85 to 90% of the drug during installation, and only 10-15% remained on the surface of the implant.

Также, как показывают исследования, описанное устройство позволяет проводить залповый и пульсационный сброс активного вещества. Эта способность очень важна, поскольку она воспроизводит естественное функционирование живых систем, минимизирует побочные эффекты и, следовательно, дает оптимальный терапевтический эффект.Also, studies show that the described device allows salvo and pulsating discharge of the active substance. This ability is very important because it reproduces the natural functioning of living systems, minimizes side effects and, therefore, provides an optimal therapeutic effect.

На практике устройство, контролируемое магнитным полем, представляет корпус и многослойное покрытие с изолирующими слоями, которые граничат со слоем магнитного материала, характеризующегося положительным или отрицательным магнитокалорическим эффектом, не меньшим 3 К/Т. Предполагается, что температура устройства будет оставаться вблизи температуры тела пациента за счет механизма саморегуляции. Это достигается путем подбора магнитного материала с температурой фазового перехода вблизи температуры тела. В результате, избегается перегрев или недостаточный нагрев имплантируемых устройств, характерные для ранее предложенных решений. Особо стоит отметить, что этот результат достигается без использования инвазивных датчиков температуры.In practice, a device controlled by a magnetic field represents a body and a multilayer coating with insulating layers that border a layer of magnetic material characterized by a positive or negative magnetocaloric effect of not less than 3 K / T. It is assumed that the temperature of the device will remain close to the patient’s body temperature due to the self-regulation mechanism. This is achieved by selecting a magnetic material with a phase transition temperature near body temperature. As a result, overheating or insufficient heating of implantable devices characteristic of previously proposed solutions is avoided. It is especially worth noting that this result is achieved without the use of invasive temperature sensors.

Таким образом, описываемое устройство имеет ряд преимуществ. Следовательно, оно может быть с успехом использовано во многих случаях. В частности, имплантируемое устройство может быть использовано как стент, катетер, эндопротез суставов и кости, костный шов, зубной протез, кардиостимулятор, инсулиновый дозатор, силиконовый имплант, нейроимплантат, вживляемая в мозг микросхема (чип-имплантаты), кохлеарный протез и зубной имплант.Thus, the described device has several advantages. Therefore, it can be successfully used in many cases. In particular, the implantable device can be used as a stent, catheter, joint and bone endoprosthesis, bone suture, denture, pacemaker, insulin dispenser, silicone implant, neuroimplant, microchip implanted in the brain (chip implants), cochlear prosthesis and dental implant.

Кроме того, описанное устройство может быть использовано при управлении комплексными биомединскими системами и процессами с помощью внешнего магнитного поля, в частности, магнитноуправляемый режим может быть использован для устройств контролируемого выпуска гормонов и других имплантируемых устройств, таких как микророботы, сенсоры и др.In addition, the described device can be used to control complex biomedical systems and processes using an external magnetic field, in particular, the magnetically controlled mode can be used for devices for the controlled release of hormones and other implantable devices, such as microrobots, sensors, etc.

Преимуществом магнитного способа управления по сравнению с другими методами воздействия - ультразвукового, СВЧ или инфракрасного излучений, является то, что магнитное поле свободно проникает сквозь биологические ткани и не оказывает побочных воздействий на организм.The advantage of the magnetic control method in comparison with other methods of exposure - ultrasonic, microwave or infrared radiation - is that the magnetic field penetrates freely through biological tissues and does not have side effects on the body.

Имплантируемое устройство, описанное в заявке, может быть пополняемо на месте (уже после установки) с помощью внутривенного введения магнитных наночастиц, содержащих активное вещество. Магнитные носители лекарств, распространяясь по кровеносной системе, собираются на имплантате за счет магнитного притяжения, пополняя, таким образом, его лекарством.The implantable device described in the application can be replenished on site (after installation) by intravenous administration of magnetic nanoparticles containing the active substance. Magnetic drug carriers, spreading through the circulatory system, are collected on the implant due to magnetic attraction, thus replenishing it with the medicine.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Каждый интервал значений физических величин, описанный в данной заявке, понимается как множество значений, принадлежащих данному интервалу. Следовательно, каждый интервал включает все значения, принадлежащие данному интервалу, а также все интервалы, входящие в него. Если не оговорено особо, то граничные точки интервалов предполагаются включенными в интервал. Например, если приведен интервал [0; 1], то под этим понимаются все числа, например 0.76 и 0.1, входящие в интервал. Также, обозначение [0; 1] предполагает что все подынтервалы, такие как [0.2; 0.3] и [0.23; 0.7], также являются частью описания.Each interval of values of physical quantities described in this application is understood as a set of values belonging to this interval. Therefore, each interval includes all values belonging to this interval, as well as all intervals included in it. Unless otherwise specified, the boundary points of the intervals are assumed to be included in the interval. For example, if the interval [0; 1], then this means all numbers, for example 0.76 and 0.1, which are in the interval. Also, the notation [0; 1] suggests that all subintervals, such as [0.2; 0.3] and [0.23; 0.7] are also part of the description.

В данной заявке под "управляемым магнитным полем имплантируемым устройством" понимается устройство или аппаратура, которая может быть размещена в теле пациента и активирована с помощью приложения магнитного поля. Корпус устройства имеет форму и функциональность, предназначенную для размещения в теле пациента и последующего терапевтического воздействия.In this application, “magnetic field controlled implantable device” means a device or apparatus that can be placed in a patient’s body and activated by applying a magnetic field. The body of the device has a shape and functionality designed to be placed in the patient’s body and subsequent therapeutic effects.

В соответствии с различными реализациями приведенного выше описания корпус устройства изготовляется в форме стента, катетера, эндопротеза сустава или кости, костного шва, зубного протеза, кардиостимулятора, инсулиновых дозаторов, силиконовых имплантов, нейроимплантатов, вживляемых в мозг микросхем и в других формах. Кроме того, корпус может быть изготовлен в виде спирали и функционировать как колебательный контур.In accordance with various implementations of the above description, the device body is made in the form of a stent, catheter, joint or bone endoprosthesis, bone suture, denture, pacemaker, insulin dispensers, silicone implants, neuroimplants, microchips implanted into the brain and in other forms. In addition, the housing can be made in the form of a spiral and function as an oscillating circuit.

В соответствии с реализацией корпус устройства может быть сделан из неметаллического материала, в частности биодеградируемого. Может быть использован любой подходящий биодеградируемый материал, включающий следующий список компонентов, но не ограничивающийся ими: полимолочная кислота, 3-гидроксипропионовая кислота или их сочетание. Подходящие биодеградируемые полимеры также известны, см., например, Averousand L, Pollet E. (eds.), Environmental Silicate Nano-Biocomposites Green Energy and Technology, Springer-Verlag London 2012, Ch. 2. В другой реализации корпус имплантируемого устройства сделан из смеси биодеградируемых полимеров.In accordance with the implementation of the housing of the device can be made of non-metallic material, in particular biodegradable. Any suitable biodegradable material may be used, including but not limited to the following list of components: polylactic acid, 3-hydroxypropionic acid, or a combination thereof. Suitable biodegradable polymers are also known, see, for example, Averousand L, Pollet E. (eds.), Environmental Silicate Nano-Biocomposites Green Energy and Technology, Springer-Verlag London 2012, Ch. 2. In another implementation, the body of the implantable device is made of a mixture of biodegradable polymers.

В другой реализации данного устройства корпус сделан из металлического материала, в частности биосовместимого металла или сплава.In another implementation of this device, the housing is made of a metal material, in particular a biocompatible metal or alloy.

В данной заявке под термином "магнитокалорический эффект" будет пониматься выделение (при положительном магнитокалорическом эффекте) или поглощение (при отрицательном магниитокалорическом эффекте) тепла в магнитном материале под действием магнитного поля. Если процесс можно считать адиабатическим или квазиадиабатическим, он проявляется в росте или уменьшении температуры образца при помещении в магнитное поле. Магнитокалорический эффект основан на способности магнитного материала менять свою температуру и энтропию под действием постоянного магнитного поля, подобно тому как это происходит в обычных холодильниках при расширении или сжатии газа или пара.In this application, the term "magnetocaloric effect" will be understood to mean the release (with a positive magnetocaloric effect) or the absorption (with a negative magnetocaloric effect) of heat in a magnetic material under the influence of a magnetic field. If the process can be considered adiabatic or quasi-adiabatic, it manifests itself in an increase or decrease in the temperature of the sample when placed in a magnetic field. The magnetocaloric effect is based on the ability of a magnetic material to change its temperature and entropy under the influence of a constant magnetic field, similar to what happens in ordinary refrigerators when gas or steam expands or contracts.

Изменение температуры магнитного материала происходит в результате перераспределения в системе внутренней энергии между подсистемой магнитных моментов и кристаллической решеткой.A change in the temperature of the magnetic material occurs as a result of the redistribution of internal energy in the system between the subsystem of magnetic moments and the crystal lattice.

В частности, магнитокалорический эффект определяет магнитотепловые свойства, и чем он больше, тем более эффективно выделяется или поглощается тепло магнитным материалом под действием магнитного поля.In particular, the magnetocaloric effect determines the magnetothermal properties, and the more it is, the more efficiently heat is generated or absorbed by the magnetic material under the influence of a magnetic field.

В соответствии с реализацией данного изобретения магнитный слой состоит из магнитного материала, который имеет температуру фазового перехода вблизи температуры тела человека или животного.According to an embodiment of the invention, the magnetic layer consists of a magnetic material that has a phase transition temperature near the temperature of a human or animal body.

В соответствии с реализацией данного изобретения магнитный материал выбирается из следующих групп веществ, но ими не ограничивается: редкоземельные материалы, такие как гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий; переходные металлы, такие как железо, никель, кобальт, марганец; благородные металлы, такие как родий, палладий; их оксиды, композиции, комбинации, твердые растворы и сплавы, такие как Gd5Si4, Gd5Si2,06Ge1,94, Gd7Pd3, MnFeP0,35As0,65, Fe0,5Rh0,5, Ni-Mn-Ga и MnAs.In accordance with the implementation of this invention, the magnetic material is selected from the following groups of substances, but is not limited to: rare earth materials, such as gadolinium, terbium, dysprosium, holmium; transition metals such as iron, nickel, cobalt, manganese; noble metals such as rhodium, palladium; their oxides, compositions, combinations, solid solutions and alloys, such as Gd 5 Si 4 , Gd 5 Si 2.06 Ge 1.94 , Gd 7 Pd 3 , MnFeP 0.35 As 0.65 , Fe 0.5 Rh 0 5 , Ni-Mn-Ga and MnAs.

Другие примеры материалов с высоким магнитокалорическим эффектом вблизи температуры тела (между 36 и 37°C) могут быть найдены в книге A.M. Tishin, Y.I. Spichkin. Magnetocaloric effect and its application. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 2003, pp. 410-411. В частности, это сплавы, содержащие благородные металлы (родий, палладий, платина), редкоземельные элементы (металлы), такие как гадолиний Gd (с температурой Кюри около 295 К и величиной магнитокалорического эффекта ΔT=5,8 K при H=2 Тл), сплавы или интерметаллические соединения, такие как сплав железо-родий Fe0,49Rh0,51 (с температурой магнитного фазового перехода между антиферромагнитным и магнитным состояниями около 310-316 K и магнитокалорическим эффектом - 13 K в поле 2 Тл); сплавы гадолиния и кремния Gd5Si4 (с магнитокалорическим эффектом, который достигает максимума при T=336 K с величиной ΔT=8,8 K в поле 5 Тл); сплав гадолиния-кремния-германия Gd5Si2.06Ge1.94 (ΔT=8 K в поле 5 Тл и T=306 K); сплав гадолиния-паладия Gd7Pd3 (ΔT=8,5 K при T=323 K и Н=5 Тл); сплав марганец-железо-фосфор-мышьяк MnFeP0.35As0.65 (максимальный эффект при Т=332 K); сплав марганец-мышьяк MnAs (ΔТ=13 K при Т=318 K и Н=5 Тл) и др.Other examples of materials with a high magnetocaloric effect near body temperature (between 36 and 37 ° C) can be found in AM Tishin, YI Spichkin. Magnetocaloric effect and its application. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 2003, pp. 410-411. In particular, these are alloys containing noble metals (rhodium, palladium, platinum), rare-earth elements (metals), such as gadolinium Gd (with a Curie temperature of about 295 K and a magnitude of magnetocaloric effect ΔT = 5.8 K at H = 2 T) , alloys or intermetallic compounds, such as an alloy of rhodium Fe 0.49 Rh 0.51 (with a temperature of a magnetic phase transition between antiferromagnetic and magnetic states of about 310-316 K and a magnetocaloric effect of 13 K in a field of 2 T); gadolinium and silicon alloys Gd5Si4 (with a magnetocaloric effect, which reaches a maximum at T = 336 K with a value of ΔT = 8.8 K in a field of 5 T); gadolinium-silicon-germanium alloy Gd 5 Si 2.06 Ge 1.94 (ΔT = 8 K in the field of 5 T and T = 306 K); gadolinium-paladium alloy Gd 7 Pd 3 (ΔT = 8.5 K at T = 323 K and H = 5 T); Manganese-iron-phosphorus-arsenic alloy MnFeP 0.35 As 0.65 (maximum effect at T = 332 K); MnAs-arsenic alloy MnAs (ΔТ = 13 K at Т = 318 K and Н = 5 Т) and others.

Из магнитных измерений известно, что температура магнитного фазового перехода сильно зависит от концентрации металлов в сплаве и редкоземельных элементов (РЗЭ). Можно достичь требуемого магнитокалорического эффекта при требуемой температуре, например при температуре тела, путем варьирования содержания определенных элементов в сплаве. Обычно магнитный фазовый переход можно наблюдать при величине поля от нескольких кЭ (килоэрстед) до 60 кЭ и более.From magnetic measurements it is known that the temperature of the magnetic phase transition strongly depends on the concentration of metals in the alloy and rare-earth elements (REE). The desired magnetocaloric effect can be achieved at the required temperature, for example, at body temperature, by varying the content of certain elements in the alloy. Usually, a magnetic phase transition can be observed at a field magnitude of several kOe (kiloersted) to 60 kOe or more.

В соответствии с реализацией данного описания магнитный материал может быть комбинацией двух и более магнитных материалов с различными величинами магнитокалорического эффекта. Более того, различные магнитные материалы могут быть упорядочены в слои, каждый слой может быть составлен из материалов с различным магнитокалорическим эффектом. В одной из реализаций слои магнитного материала имеют толщину в районе от 10 до 100 мкм. В другой реализации толщина варьируется между 15 мкм и 30 мкм.In accordance with the implementation of this description, the magnetic material may be a combination of two or more magnetic materials with different magnitudes of the magnetocaloric effect. Moreover, various magnetic materials can be arranged in layers, each layer can be composed of materials with different magnetocaloric effects. In one implementation, the layers of magnetic material have a thickness in the region of 10 to 100 microns. In another implementation, the thickness varies between 15 μm and 30 μm.

Слои магнитного материала могут быть изготовлены с помощью различных технологий, в частности методом плазменного осаждения в инертной среде (например, аргоне) из частиц металлов с начальным размером, например, 50-100 мкм или, например, методом, близким к описанному в патенте SU 1746162, 7/7/1992, или осаждением слоев наночастиц на подложку.The layers of magnetic material can be manufactured using various technologies, in particular, plasma deposition in an inert medium (for example, argon) from metal particles with an initial size of, for example, 50-100 microns or, for example, by a method close to that described in patent SU 1746162 , 7/7/1992, or by deposition of layers of nanoparticles on a substrate.

В данной заявке под "изолирующим слоем" понимается слой материала с низкой теплопроводностью, обеспечивающий уменьшение теплообмена между внутренностью покрытия и окружением. Материалы, которые могут служить теплоизолирующими слоями, хорошо известны и включают в себя, в частности, биокерамику, полистирол, гель кремниевой кислоты и полиуретан. Теплоизолирующий слой препятствует потерям тепла, которое выделяется в магнитном материале. Толщина теплоизолирующего слоя от 1 до 100 мкм, в частности между 3 мкм и 20 мкм, еще точнее между 5 мкм и 15 мкм. Слои теплоизолирующего материала могут быть приготовлены с использованием известных технологий, например отливки пленок или методом центрифугирования.In this application, “insulating layer” refers to a layer of material with low thermal conductivity, providing a decrease in heat transfer between the interior of the coating and the environment. Materials that can serve as heat insulating layers are well known and include, in particular, bioceramics, polystyrene, silica gel and polyurethane. The heat-insulating layer prevents the loss of heat that is released in the magnetic material. The thickness of the heat insulating layer is from 1 to 100 microns, in particular between 3 microns and 20 microns, more precisely between 5 microns and 15 microns. Layers of heat insulating material can be prepared using known techniques, such as film casting or centrifugation.

Теплоизолирующий слой может быть частью первого изолирующего слоя, второго слоя или обоих.The heat insulating layer may be part of the first insulating layer, the second layer, or both.

Если корпус устройства сделан из неметаллического материала, в частности полимера, тогда наличие теплоизолирующего слоя в первом изолирующем слое не обязательно. В этом случае сам корпус устройства является теплоизолирующим. Теплоизолирующий слой во втором изолирующем слое сделан из мезопористого материала и содержит множество пор. Поры обеспечивают возможность выхода активного вещества в форме молекул и наночастиц. Поры достаточно велики, чтобы пропускать вместе с межклеточной жидкостью и плазмой крови частицы лекарства, и в то же время достаточно малы, чтобы предотвратить прямой контакт потока крови и связанную с ними передачу тепла. Поры непроницаемы для клеток и форменных элементов крови. В некоторых местах размеры пор варьируются от 1 до 100 нм, в частности в диапазоне от 2 до 50 нм, еще точнее от 5 до 30 нм.If the housing of the device is made of a non-metallic material, in particular a polymer, then the presence of a heat insulating layer in the first insulating layer is not necessary. In this case, the housing of the device is heat insulating. The heat insulating layer in the second insulating layer is made of mesoporous material and contains many pores. Pores allow the release of the active substance in the form of molecules and nanoparticles. The pores are large enough to allow drug particles to pass along with the intercellular fluid and blood plasma, and at the same time are small enough to prevent direct contact of the blood stream and the associated heat transfer. Pores are impervious to cells and blood cells. In some places, pore sizes range from 1 to 100 nm, in particular in the range from 2 to 50 nm, more specifically from 5 to 30 nm.

В данной заявке под "отражающим слоем" понимается слой материала, который может отразить инфракрасное излучение от прилегающего слоя обратно. Материалы, которые могут быть использованы в качестве отражающего слоя, известны, и включают, в частности, биосовместимые металлы и металлические сплавы, в частности медицинская нержавеющая сталь, сплавы на основе титана и тантала. Отражающий слой предотвращает теплопередачу от магнитного материала со стороны, не прилегающей к термополимеру. Толщина отражающего слоя находится в диапазоне между 0,1 мкм и 1 мкм, в частности в диапазоне 0,3 мкм и 0,7 мкм, еще точнее, между 0,4 мкм и 0,6 мкм. Слой, отражающий инфракрасное излучение, может быть создан с помощью различных методик, в частности холодного газового распыления или химической металлизации.In this application, “reflective layer” refers to a layer of material that can reflect infrared radiation from the adjacent layer back. Materials that can be used as a reflective layer are known, and include, in particular, biocompatible metals and metal alloys, in particular medical stainless steel, alloys based on titanium and tantalum. The reflective layer prevents heat transfer from the magnetic material from the side not adjacent to the thermopolymer. The thickness of the reflective layer is in the range between 0.1 μm and 1 μm, in particular in the range of 0.3 μm and 0.7 μm, more specifically, between 0.4 μm and 0.6 μm. A layer reflecting infrared radiation can be created using various techniques, in particular cold gas spraying or chemical metallization.

Отражающий слой может быть частью первого изолирующего слоя, второго изолирующего слоя или обоих.The reflection layer may be part of a first insulating layer, a second insulating layer, or both.

Если корпус устройства сделан из металлического материала, тогда необходимости в отражающем слое в первом изолирующем слое нет. В этом случае корпус устройства может служить в качестве слоя, отражающего инфракрасное излучение.If the casing of the device is made of metallic material, then there is no need for a reflective layer in the first insulating layer. In this case, the housing of the device can serve as a layer reflecting infrared radiation.

Отражающий слой, расположенный во втором изолирующем слое, должен иметь множество пор для свободного проникновения активного вещества. Поры отражающего слоя должны быть примерно того же размера, что и у теплоизолирующего слоя. В некоторых реализациях размер пор находится в диапазоне от 1 до 100 нм, в частности в диапазоне от 2 до 50 нм, еще точнее от 5 до 30 нм.The reflective layer located in the second insulating layer must have many pores for free penetration of the active substance. The pores of the reflective layer should be approximately the same size as that of the heat insulating layer. In some implementations, the pore size is in the range from 1 to 100 nm, in particular in the range from 2 to 50 nm, more specifically from 5 to 30 nm.

В данной заявке под «чувствительным слоем» понимается слой из материала, способного изменять свою структуру и свойства в ответ на увеличение или уменьшение температуры или под действием приложенного механического напряжения, достаточного для высвобождения нужного количества активного вещества.In this application, “sensitive layer” refers to a layer of material capable of changing its structure and properties in response to an increase or decrease in temperature or under the action of applied mechanical stress sufficient to release the desired amount of active substance.

В соответствии с одной из реализаций описания чувствительный слой состоит, по меньшей мере, из одного материала, принадлежащего классу полимеров, сополимеров, гидрогелей, биополимеров или их сочетания.In accordance with one implementation of the description, the sensitive layer consists of at least one material belonging to the class of polymers, copolymers, hydrogels, biopolymers, or a combination thereof.

В соответствии с одной из реализаций описания чувствительный слой представляет собой слой из термочувствительного материала.In accordance with one implementation of the description, the sensitive layer is a layer of heat-sensitive material.

Термочувствительный материал обладает способностью контролировать удержание/высвобождение лекарственного вещества, что подразумевает возможность различного воздействия на скорость выпуска лекарства. Например, активное вещество может быть инкапсулировано в термочувствительный материал. В другом варианте активное вещество может быть растворено в термочувствительном материале, в этом случае скорость высвобождения активного вещества будет зависеть от растворимости и скорости диффузии.The heat-sensitive material has the ability to control the retention / release of the drug substance, which implies the possibility of various effects on the release rate of the drug. For example, the active substance may be encapsulated in a heat-sensitive material. In another embodiment, the active substance may be dissolved in a heat-sensitive material, in which case the release rate of the active substance will depend on the solubility and diffusion rate.

В соответствии с одной из реализаций описания слой термочувствительного материала состоит из смеси двух или более различных полимеров, которые хотя бы отчасти покрывают слой магнитного материала. Слой термочувствительного материала состоит из двух и более слоев различных полимеров или двух и более участков поверхности из различных полимеров. По меньшей мере, один слой состоит из термочувствительного полимера.In accordance with one implementation of the description, the layer of heat-sensitive material consists of a mixture of two or more different polymers, which at least partially cover the layer of magnetic material. The layer of heat-sensitive material consists of two or more layers of different polymers or two or more surface sections of different polymers. At least one layer consists of a heat-sensitive polymer.

Многослойная структура из полимеров делает возможными множественные фазовые переходы при различных температурах (что позволяет осуществлять поэтапный режим выпуска лекарства), а также обеспечивает термоизоляцию устройства, так что повышенная или пониженная температура может поддерживаться дольше без теплообмена с окружающими тканями.The multilayer structure of polymers allows for multiple phase transitions at different temperatures (which allows for a phased release of the drug), and also provides thermal insulation of the device, so that the increased or decreased temperature can be maintained longer without heat exchange with surrounding tissues.

В соответствии с одной из реализаций описания полимерный материал может состоять из термочувствительного полимера или сополимера, демонстрирующего фазовый переход от нерастворимого к растворимому состоянию вблизи нижней критической температуры растворения (НКТР). Полимер при температуре ниже НКТР (в гидрофильном состоянии) приводится в соприкосновение с активным веществом, в частности, в форме водного раствора. Полимер в растворе набухает и вбирает в себя активное вещество. Затем полимер нагревается выше НКТР (переходит в гидрофобное состояние), что приводит к коллапсу полимера и захвату активного вещества внутри полимера. Активное вещество выпускается в месте расположения имплантата тогда, когда температура термочувствительного полимера падает ниже критической, определяющей фазовый переход в гидрогеле, вследствие теплового контакта с магнитным материалом с более низкой температурой.In accordance with one implementation of the description, the polymeric material may consist of a thermosensitive polymer or copolymer exhibiting a phase transition from insoluble to soluble state near the lower critical temperature of dissolution (NCTR). The polymer at a temperature below the NCTR (in a hydrophilic state) is brought into contact with the active substance, in particular in the form of an aqueous solution. The polymer in solution swells and absorbs the active substance. Then the polymer is heated above the NCTR (becomes hydrophobic), which leads to the collapse of the polymer and the capture of the active substance inside the polymer. The active substance is released at the location of the implant when the temperature of the thermosensitive polymer falls below a critical temperature that determines the phase transition in the hydrogel due to thermal contact with a lower temperature magnetic material.

Полимеры и сополимеры с нижней критической температурой могут быть приготовлены из следующих термочувствительных мономеров: N-этил акриламид, N-n-пропил акриламид, N-n-пропил метакриламид, N-изопропил акриламид, N-изопропил метакриламид, N-циклопропил акриламид, N-циклопропил метакриламид, N-этоксиэтил акриламид, N-этоксиэтил метакриламид, N,N-двузамещенные метакриаламиды, такие как N,N-диметил метакриаламид и сополимеры на их основе.Polymers and copolymers with a lower critical temperature can be prepared from the following heat-sensitive monomers: N-ethyl acrylamide, Nn-propyl acrylamide, Nn-propyl methacrylamide, N-isopropyl acrylamide, N-isopropyl methacrylamide, N-cyclopropyl acrylamide, N-cyclopropyl methacryls N-ethoxyethyl acrylamide, N-ethoxyethyl methacrylamide, N, N-disubstituted methacrylamides, such as N, N-dimethyl methacrylamide and copolymers based thereon.

Азот-замещенные акриламиды и метакриламиды, кислород-замещенные акриламиды и метакриламиды и другие мономеры, способные к сополимеризации с мономерами, которые формируют термочувствительные полимеры, могут быть использованы как мономеры для термочувствительных полимеров.Nitrogen-substituted acrylamides and methacrylamides, oxygen-substituted acrylamides and methacrylamides and other monomers capable of copolymerization with monomers that form heat-sensitive polymers can be used as monomers for heat-sensitive polymers.

В частности, сополимеры М-изопропил акриламида (NIPAAm) и N-трет-бутилакриламид (tBuAM) могут быть использованы как термочувствительные полимеры.In particular, copolymers of M-isopropyl acrylamide (NIPAAm) and N-tert-butyl acrylamide (tBuAM) can be used as heat-sensitive polymers.

Кроме акриламидов и метакриламидов, могут быть использованы в качестве термочувствительных полимеров следующие составы с нижней критической температурой растворимости: N-винил капролактам и полиоксамеры на их основе, такие как триблок-сополимеры, образованные из полиоксиэтилена и полиоксипропилена.In addition to acrylamides and methacrylamides, the following compositions with lower critical solubility temperatures can be used as thermosensitive polymers: N-vinyl caprolactam and polyoxamers based on them, such as triblock copolymers formed from polyoxyethylene and polyoxypropylene.

Кроме перечисленных полимеров с нижней критической температурой растворения, могут быть использованы биополимеры, образующие гель при повышении температуры, такие как метилцеллюлоза. Термочувствительное вещество может быть раствором или гелем на основе желатина и коллагена.In addition to the listed polymers with a lower critical dissolution temperature, biopolymers that form a gel with increasing temperature, such as methyl cellulose, can be used. The heat-sensitive substance may be a gelatin or collagen-based solution or gel.

В более общем случае слой термочувствительного материала может состоять из любой термочувствительной полимерной среды, в частности термочувствительного гидрогеля или биополимера.More generally, a layer of a thermosensitive material may consist of any thermosensitive polymer medium, in particular a thermosensitive hydrogel or biopolymer.

В соответствии с одной из реализаций описания слой чувствительного материала является слоем материала, чувствительного к деформации.In accordance with one implementation of the description, the layer of sensitive material is a layer of material that is sensitive to deformation.

В соответствии с этой реализацией описания слой чувствительного к деформации материала состоит из смеси двух и более различных полимеров, хотя бы частично покрывающих слой магнитного материала. Слой чувствительного к деформации материала может состоять из двух и более слоев различных полимеров, а также двух и более фрагментов различных полимеров. По меньшей мере, один полимер из полимеров, образующих чувствительный к деформации слой, является материалом, чувствительным к деформации.In accordance with this implementation of the description, the layer of strain-sensitive material consists of a mixture of two or more different polymers, at least partially covering the layer of magnetic material. The layer of deformation-sensitive material may consist of two or more layers of different polymers, as well as two or more fragments of different polymers. At least one polymer of the polymers forming the strain-sensitive layer is a strain-sensitive material.

Одним из возможных механизмов сброса активного вещества из слоя материала, чувствительного к деформации, является деформация магнитного материала под действием магнитного поля. Будучи подвергнут действию магнитного поля, магнитный материал испытывает механические деформации вследствие эффекта магнитной памяти формы или магнитострикции, которая приводит к возникновению механических напряжений в материале и к образованию в нем трещин. В этом случае активное вещество вытекает из полимера или высвобождается каким-либо другим способом через образовавшиеся трещины. Материал, чувствительный к деформации, состоит из полимера с низким пределом прочности, в частности сополимера молочной и гликолевой кислот. Некоторые магнитные материалы, в частности сплав Ni-Mn-Ga, испытывают относительные деформации до 10% вследствие эффекта магнитной памяти формы.One of the possible mechanisms for the release of the active substance from a layer of material sensitive to deformation is the deformation of a magnetic material under the influence of a magnetic field. Being subjected to a magnetic field, the magnetic material experiences mechanical deformation due to the effect of magnetic shape memory or magnetostriction, which leads to mechanical stresses in the material and to the formation of cracks in it. In this case, the active substance flows out of the polymer or is released in some other way through the cracks formed. The material sensitive to deformation consists of a polymer with a low tensile strength, in particular a copolymer of lactic and glycolic acids. Some magnetic materials, in particular Ni-Mn-Ga alloy, experience relative deformations of up to 10% due to the effect of magnetic shape memory.

В соответствии с одной из реализаций описания слой чувствительного материала также содержит контрастный агент. Он позволяет контролировать степень выделения лекарства из полимера с использованием методов магниторезонансной томографии.In accordance with one implementation of the description, the layer of sensitive material also contains a contrast agent. It allows you to control the degree of drug release from the polymer using magnetic resonance imaging methods.

В данной заявке «активным веществом» называется вещество, относящееся к следующему списку, но им не ограничивающееся: химический агент, лекарственный препарат, биологически-активное вещество, генетические структуры.In this application, “active substance” refers to a substance that belongs to the following list, but is not limited to: chemical agent, drug, biologically active substance, genetic structures.

Для медицинских приложений предпочтительно выбирать активное вещество из следующего списка веществ, но им не ограничиваться: противовоспалительные агенты, антибиотики, болеутоляющие средства, антиаллергические, антигистаминные, противоопухолевые, антивирусные, анти-диабетические и противоязвенные средства, антигиперлипидемические, антитромбические средства, бета-блокаторы, сосудорасширяющие, ингибиторы ресорбции костей, антипролиферативные агенты и другие.For medical applications, it is preferable to choose the active substance from the following list of substances, but not limited to: anti-inflammatory agents, antibiotics, painkillers, antiallergic, antihistamines, antitumor, antiviral, anti-diabetic and antiulcer drugs, antihyperlipidemic, antithrombotic agents, beta-blockers, vasodilators , bone resorption inhibitors, antiproliferative agents and others.

Под термином «лекарственный препарат» понимается вещество, вызывающее определенную биологическую реакцию. Лекарственный препарат относится к любому лекарству, вводимому млекопитающим, включая людей, домашних животных, диких животных, а также крупный рогатый скот и других сельскохозяйственных животных. Термин «лекарственный препарат» включает, но не ограничен следующими классами веществ: лекарственные средства, профилактические средства и диагностические препараты. Примерами лекарственных веществ, которые могут быть помещены в полимерную матрицу, служат следующие вещества: колхицин, болеутоляющие средства, соли золота, кортикостероиды, гормональные препараты, антималярийные лекарства; производные индола, лекарства для лечения артрита; антибиотики, включая: тетрациклин, пенициллин, стрептомицин, хлортетрациклин; глистогонные и средства против чумы плотоядных, применяемые к домашним животным и крупному рогатому скоту, такие как, например, фенотиазин; серосодержащие препараты, например сульфисоксазол; антипролиферативные агенты (паклитаксел, сиролимус); противораковые лекарства; препараты, контролирующие эффекты привыкания, такие как алкоголизм, табакокурение; агенты, противодействующие привыканию к лекарству, такие как метадон; средства контроля веса; средства, контролирующие функционирование щитовидной железы; анальгетики; лекарства, контролирующие процессы оплодотворения, и противозачаточные гормоны; амфетамины; гипотензивные средства; противовоспалительные агенты; противокашлевые и седативные средства; препараты, обеспечивающие нейромышечную релаксацию; противоэпилептические средства; антидепрессанты; антиаритмические лекарства; сосудорасширяющие средства; гипотензивные мочегонные средства; противодиабетические лекарства; противосвертывающие средства, антитуберкулезные препараты, антипсихотические средства; гормоны и пептиды. Предполагается, что вышеприведенный список не полон и просто показывает широкое разнообразие лекарств, которое может быть включено в полимерный слой. Предпочтительно, чтобы лекарство относилось к пептидам.The term "drug" refers to a substance that causes a certain biological reaction. A medicinal product refers to any medicine administered by a mammal, including humans, domestic animals, wild animals, as well as cattle and other farm animals. The term “drug” includes, but is not limited to, the following classes of substances: drugs, prophylactic agents, and diagnostic drugs. The following substances are examples of drugs that can be placed in a polymer matrix: colchicine, painkillers, gold salts, corticosteroids, hormonal drugs, antimalarial drugs; derivatives of indole; drugs for the treatment of arthritis; antibiotics, including: tetracycline, penicillin, streptomycin, chlortetracycline; anthelmintic and anti-carnivore plague agents applied to domestic animals and cattle, such as, for example, phenothiazine; sulfur-containing preparations, for example sulfisoxazole; antiproliferative agents (paclitaxel, sirolimus); anti-cancer drugs; drugs that control the effects of addiction, such as alcoholism, smoking; drug addiction agents, such as methadone; means of weight control; agents that control the functioning of the thyroid gland; analgesics; fertilization medications and birth control hormones; amphetamines; antihypertensive drugs; anti-inflammatory agents; antitussive and sedatives; drugs providing neuromuscular relaxation; antiepileptic drugs; antidepressants; antiarrhythmic drugs; vasodilators; antihypertensive diuretics; antidiabetic drugs; anticoagulants, antituberculosis drugs, antipsychotics; hormones and peptides. It is assumed that the above list is not complete and simply shows a wide variety of drugs that can be included in the polymer layer. Preferably, the drug relates to peptides.

Количество вещества, распределенное в слое термочувствительного материала, зависит от многих факторов, включая, к примеру, особенности лекарственного вещества; функции, которые оно выполняет; требуемый период времени, необходимый для освобождения лекарства; количество вводимого лекарственного вещества и размеры имплантата. В общем случае, доза лекарства, т.е. количество вещества в термочувствительном материале, выбирается из диапазона массовых долей 0,5% до 95%, в частности от 5% до 75% и еще более точно от 10% до 60%.The amount of substance distributed in the layer of heat-sensitive material depends on many factors, including, for example, the characteristics of the drug substance; the functions that it performs; the required period of time required to release the medicine; the amount of drug administered and the size of the implant. In general, the dose of the drug, i.e. the amount of substance in the heat-sensitive material is selected from the range of mass fractions of 0.5% to 95%, in particular from 5% to 75% and even more precisely from 10% to 60%.

В соответствии с другой реализацией данного изобретения, активное вещество может быть связано чувствительным материалом.In accordance with another implementation of the present invention, the active substance may be associated with a sensitive material.

Под термином «связанный» в данном контексте понимается, в частности, в форме адсорбированного и абсорбированного вещества, в форме растворенного, рассеянного, взвешенного и инкапсулированного лекарства, связанного ковалентными или ван-дер-ваальсовыми связями, посредством связующих веществ, пептидных связей, в форме лекарства, заключенного в полупроницаемую мембрану или прикрепленного механически или с помощью других физических механизмов, таких как магнитные или электрические силы, таких как диполь-дипольные связи.The term “bound” in this context is understood, in particular, in the form of an adsorbed and absorbed substance, in the form of a dissolved, dispersed, suspended and encapsulated drug, bound by covalent or van der Waals bonds, by means of binders, peptide bonds, in the form a drug enclosed in a semipermeable membrane or attached mechanically or by other physical mechanisms, such as magnetic or electric forces, such as dipole-dipole bonds.

Биоактивный состав в соответствии с реализациями данного описания представляют собой антигены, антитела, нуклеотиды, гелеобразующие агенты, ферменты, бактерии, дрожжи, грибки, вирусы, полисахариды, липиды, белки, гормоны, карбогидраты и клеточный материал.The bioactive composition in accordance with the implementations of this description are antigens, antibodies, nucleotides, gelling agents, enzymes, bacteria, yeast, fungi, viruses, polysaccharides, lipids, proteins, hormones, carbohydrates and cellular material.

Загруженность полимера лекарством может составлять от 0,5 до 95% массовой доли полимерного материала. Предпочтительно, чтобы содержание лекарства составляло от 5 до 75% массовой доли микрочастиц.The polymer load of the drug can be from 0.5 to 95% of the mass fraction of the polymer material. Preferably, the drug content is from 5 to 75% of the mass fraction of microparticles.

В соответствии с другой реализацией данного описания предлагается метод управляемого высвобождения лекарства, имеющий следующие стадии: имплантирование описанного устройства в тело пациента и воздействие на имплантированное устройство магнитным полем с целью контролированного высвобождения.In accordance with another implementation of this description, a controlled drug release method is proposed having the following steps: implanting the described device into the patient’s body and exposing the implanted device to a magnetic field for controlled release.

В некоторых реализациях магнитное поле переменное, создаваемое внешним источником с частотой между 1 кГц и 100 кГц.In some implementations, the magnetic field is variable, generated by an external source with a frequency between 1 kHz and 100 kHz.

В некоторых реализациях изобретения магнитное поле прикладывается в определенные промежутки времени (пульсирующий режим). Этот режим может быть реализован с помощью поднесения постоянного магнита, помещением в соленоид магниторезонансного томографа или другими способами, предполагающими наличие постоянного поля в течение одного периода времени и его отсутствия в другой. Оба периода времени длятся порядка минуты и определяются практикующим врачом, приобретение подобного опыта не требует большого времени.In some implementations of the invention, a magnetic field is applied at certain intervals of time (pulsed mode). This mode can be realized by means of a permanent magnet present, by placing a magnetic resonance tomograph in the solenoid, or by other methods involving the presence of a constant field for one period of time and its absence in another. Both time periods last about an minute and are determined by the practitioner; acquiring such an experience does not require much time.

Имплантация устройства в нужное место тела пациента осуществляется профессиональным медиком. Перед имплантацией устройство загружается требуемым количеством активного вещества, необходимого в терапевтических целях.The device is implanted in the right place on the patient’s body by a professional physician. Before implantation, the device is loaded with the required amount of active substance necessary for therapeutic purposes.

Магнитное поле прикладывается в определенном месте в определенное время в течение определенного промежутка времени для охлаждающего/разогревающего воздействия на магнитный материал и доведения его до температуры, обеспечивающей сброс лекарства в определенном месте в определенное время.The magnetic field is applied in a certain place at a certain time for a certain period of time for cooling / warming up the magnetic material and bringing it to a temperature that ensures the discharge of the drug in a certain place at a certain time.

В некоторых случаях, когда наиболее походящим режимом является однократный сброс активного вещества, достаточно однократное приложение магнитного поля. Это постоянное магнитное поле порядка 1 Тл. В частности от 0,5 до 5 Тл, в более частных случаях от 1 Тл до 3 Тл.In some cases, when the most suitable mode is a single discharge of the active substance, a single application of a magnetic field is sufficient. This is a constant magnetic field of the order of 1 T. In particular, from 0.5 to 5 T, in more particular cases from 1 T to 3 T.

В других случаях для продолжительного сброса активного вещества используется переменное магнитное поле.In other cases, an alternating magnetic field is used to continuously release the active substance.

Данное описание может быть проиллюстрировано следующими примерами, но ими не исчерпывается.This description can be illustrated by the following examples, but they are not exhaustive.

Пример 1. Изготовление имплантируемого устройства, управляемого магнитным полемExample 1. The manufacture of an implantable device controlled by a magnetic field

Управляемое магнитным полем имплантируемое устройство, описанное выше, было протестировано с целью проверки его способности инкапсулировать и выпускать активное вещество при приложении магнитного поля. Прототип имплантируемого устройства был изготовлен осаждением пленки гадолиния толщиной 0,1 мм на пластинку полистирола. Гадолиний имеет положительный магнитокалорический эффект около 3 К/Тл при 294 К. Затем методом отливки на гадолиниевой фольге создавалась пленка из полимера pNIPAM, в сколлапсированном состоянии, имеющая толщину 10 мкм. Получившаяся композитная структура помещалась в раствор колхицина с концентрацией 1 мг/см3 с температурой 25°C - ниже НКТР pNIPAM (32°C). Пленка полимера при этом находилась в набухшем гидрофильном состоянии с толщиной 100 мкм, что позволяло загружать ее колхицином. Композитная структура затем промывалась горячей водой (с температурой выше НКТР), что приводило к коллапсу полимера и захвату лекарства в объеме вещества, в то время как на поверхности колхицина не оставалось. Количество колхицина в расчете на 1 квадратный сантиметр поверхности составляло 0,1 мкг. Наконец, полимер накрывался слоем мезопористой биокерамики ZrO2, в результате чего образовывалась сэндвич-структура с композитом из слоев термочувствительного полимера и магнитокалорического материала, зажатых между двумя теплоизолирующими слоями.The magnetic field-controlled implantable device described above was tested to test its ability to encapsulate and release the active substance upon application of a magnetic field. The prototype of the implantable device was made by depositing a 0.1 mm thick gadolinium film on a polystyrene plate. Gadolinium has a positive magnetocaloric effect of about 3 K / T at 294 K. Then, a film of pNIPAM polymer in a collapsed state having a thickness of 10 μm was created by casting on gadolinium foil. The resulting composite structure was placed in a colchicine solution with a concentration of 1 mg / cm 3 with a temperature of 25 ° C — lower than the NCRP pNIPAM (32 ° C). In this case, the polymer film was in a swollen hydrophilic state with a thickness of 100 μm, which allowed it to be loaded with colchicine. The composite structure was then washed with hot water (with a temperature above NCTR), which led to the collapse of the polymer and drug capture in the bulk of the substance, while no colchicine remained on the surface. The amount of colchicine per 1 square centimeter of the surface was 0.1 μg. Finally, the polymer was covered with a layer of ZrO 2 mesoporous bioceramics, as a result of which a sandwich structure was formed with a composite of layers of a thermosensitive polymer and magnetocaloric material sandwiched between two heat-insulating layers.

Пример 2. Высвобождение активного вещества, оцениваемое по результатам цитотоксического тестаExample 2. The release of the active substance, as measured by the results of the cytotoxic test

В цитотоксическом тесте использовались прототип из Примера 1 и клеточная линия NCTC clone L929. Раствор, содержащий культуру, поддерживавшийся при температуре 37°C, был помещен в 10 мл пробирку. Прототип из Примера 1 погружался в раствор. Затем медленно (так чтобы процесс происходил изотермически и тепло, выделяющееся в гадолинии за счет магнитокалорического эффекта, успевало бы рассеяться) подносили постоянный магнит, тем самым постепенно увеличивая поле в пробирке до 2 Тл при неизменной температуре раствора 37°C. Затем магнит резко убирался, что приводило к падению температуры до 32°C за счет магнитокалорического эффекта и выделению колхицина. После этого раствор выдерживался при 37°C в течение 24 часов. Затем количество живых и мертвых клеток подсчитывалось с помощью наблюдения под микроскопом в камере Горяева с использованием красителей Syto9 и йодида пропидия. Краситель Syto9 проникает через мембраны живых и мертвых клеток, окрашивая в зеленый цвет ДНК и РНК. Йодид пропидия проникает через мембраны только мертвых клеток, окрашивая в красный цвет ядра. Это позволяет сделать видимыми мертвые и живые клетки для подсчета в микроскопе.In the cytotoxic test, the prototype of Example 1 and the NCTC clone L929 cell line were used. A culture containing solution maintained at 37 ° C was placed in a 10 ml tube. The prototype of Example 1 was immersed in a solution. Then, slowly (so that the process would occur isothermally and the heat released in the gadolinium due to the magnetocaloric effect could be dissipated), a permanent magnet was brought in, thereby gradually increasing the field in the tube to 2 T at a constant solution temperature of 37 ° C. Then the magnet was sharply removed, which led to a drop in temperature to 32 ° C due to the magnetocaloric effect and the release of colchicine. After that, the solution was kept at 37 ° C for 24 hours. Then, the number of living and dead cells was calculated by observation under a microscope in a Goryaev chamber using Syto9 dyes and propidium iodide. Syto9 dye penetrates through the membranes of living and dead cells, staining DNA and RNA in green. Propidium iodide penetrates only dead cell membranes, staining the nucleus red. This allows you to make visible dead and living cells for counting in a microscope.

В данном примере выживало только 10% клеток по истечении 24 часов. В случае с прямым добавлением в раствор колхицина с концентрацией 0,1 мкг/см3 выживало 99% бактерий.In this example, only 10% of the cells survived after 24 hours. In the case of direct addition of colchicine with a concentration of 0.1 μg / cm 3 to the solution, 99% of the bacteria survived.

Такая значительная разница в цитотоксичности может быть объяснена адсорбцией клеток на поверхности прототипа имплантата, вблизи которой концентрация колхицина повышена за счет выделения его из полимерного слоя. Данное обстоятельство является преимуществом, поскольку в большинстве случаев осложнения развиваются в области, примыкающей к поверхности имплантата, и именно в этой области должна быть повышенная концентрация лекарства. В то же время внутривенное введение аналогично непосредственному введению колхицина в раствор в эксперименте, что приводит к низкой концентрации лекарства вблизи поверхности имплантата и к развитию побочных эффектов в здоровых тканях.Such a significant difference in cytotoxicity can be explained by adsorption of cells on the surface of the prototype of the implant, near which the concentration of colchicine is increased due to its release from the polymer layer. This fact is an advantage, since in most cases complications develop in the area adjacent to the surface of the implant, and it is in this area that there should be an increased concentration of the drug. At the same time, intravenous administration is similar to the direct introduction of colchicine into a solution in an experiment, which leads to a low concentration of the drug near the surface of the implant and to the development of side effects in healthy tissues.

Пример 3. Имплантируемое устройство на основе сплава Fe0,49Rh0,51, управляемое магнитным полем.Example 3. An implantable device based on an alloy of Fe 0.49 Rh 0.51 , controlled by a magnetic field.

Тот же протокол испытаний, как и в примерах 1 и 2, был соблюден применительно к данному образцу, с той разницей, что вместо фольги гадолиния использовалась фольга из Fe0,49Rh0,51. Сплав Fe0,49Rh0,51 демонстрирует отрицательный магнитокалорический эффект -6 К/Тл при 294 К. Соответственно, охлаждение, необходимое для сброса колхицина, осуществлялось быстрым поднесением постоянного магнита к пробирке с препаратом, обеспечивая, таким образом, быстрое изменение магнитного поля от нулевого значения до 2 Тл и охлаждение образца. После установления термодинамического равновесия при температуре 37°C магнит медленно убирался от пробирки. Температура 37°C поддерживалась с помощью термостата в течение 24 часов. По прошествии этого интервала времени методом, описанным выше в примере 2, было оценено количество живых и мертвых клеток. В данном случае осталось 3% живых клеток по истечении 24 часов.The same test protocol, as in examples 1 and 2, was observed in relation to this sample, with the difference that instead of gadolinium foil, a foil of Fe 0.49 Rh 0.51 was used . Alloy Fe 0.49 Rh 0.51 exhibits a negative magnetocaloric effect of -6 K / T at 294 K. Accordingly, the cooling required to discharge colchicine was carried out by quickly bringing the permanent magnet to the tube with the drug, thus ensuring a quick change in the magnetic field from zero to 2 T and sample cooling. After establishing thermodynamic equilibrium at a temperature of 37 ° C, the magnet was slowly removed from the tube. The temperature of 37 ° C was maintained using a thermostat for 24 hours. After this time interval, by the method described above in example 2, the number of living and dead cells was estimated. In this case, 3% of living cells remained after 24 hours.

Claims (18)

1. Управляемое магнитным полем имплантируемое устройство, состоящее из корпуса, внешней периферии и покрытия, занимающего хотя бы часть внешней периферии, состоящего из следующих слоев в порядке от внутренних к наружным: первый изолирующий слой; слой магнитного материала с положительным или отрицательным магнитокалорическим эффектом не меньше 3 К/Тл; слой чувствительного материала, содержащего активное вещество и способного к удержанию и контролируемому выпуску активного вещества; второй изолирующий слой, проницаемый для активного вещества.1. An implantable device controlled by a magnetic field, consisting of a housing, an outer periphery and a coating, occupying at least a portion of the outer periphery, consisting of the following layers in order from inner to outer: first insulating layer; a layer of magnetic material with a positive or negative magnetocaloric effect of not less than 3 K / T; a layer of sensitive material containing the active substance and capable of retaining and controlled release of the active substance; a second insulating layer permeable to the active substance. 2. Имплантируемое устройство по п.1 отличающееся тем, что первый изолирующий слой состоит из теплоизолирующего слоя и слоя, отражающего инфракрасное излучение, или их сочетания.2. The implantable device according to claim 1, characterized in that the first insulating layer consists of a heat insulating layer and a layer reflecting infrared radiation, or a combination thereof. 3. Имплантируемое устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что второй изолирующий слой, проницаемый для активного вещества, содержит множество пор и представляет собой пористый/проницаемый теплоизолирующий слой, а также пористый/проницаемый слой, отражающий инфракрасное излучение, или их сочетание.3. An implantable device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the second insulating layer permeable to the active substance contains many pores and is a porous / permeable heat insulating layer, as well as a porous / permeable layer reflecting infrared radiation, or their combination. 4. Имплантируемое устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что теплоизолирующий слой состоит из полистирола, кремнегеля, полиуретана, биокерамики или их комбинации.4. The implantable device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the insulating layer consists of polystyrene, silica gel, polyurethane, bioceramics, or a combination thereof. 5. Имплантируемое устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что слой, отражающий инфракрасное излучение, состоит из металла или металлического слоя, предпочтительно медицинской нержавеющей стали, сплава на основе титана или тантала.5. An implantable device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the infrared reflecting layer consists of a metal or metal layer, preferably medical stainless steel, an alloy based on titanium or tantalum. 6. Имплантируемое устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что магнитный материал выбирается из группы материалов, включающей редкоземельные металлы, такие как гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий; переходные металлы, такие как железо, никель, кобальт, магний; благородные металлы, такие как родий, палладий; их оксиды, сочетания, твердые растворы, сплавы, такие как Gd5Si4, Gd5Si2,06Ge1,94, Gd7Pd3, MnFeP0,35As0,65, Fe0,5Rh0,5, Ni-Mn-Ga и MnAs.6. An implantable device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the magnetic material is selected from the group of materials, including rare-earth metals, such as gadolinium, terbium, dysprosium, holmium; transition metals such as iron, nickel, cobalt, magnesium; noble metals such as rhodium, palladium; their oxides, combinations, solid solutions, alloys, such as Gd 5 Si 4 , Gd 5 Si 2.06 Ge 1.94 , Gd 7 Pd 3 , MnFeP 0.35 As 0.65 , Fe 0.5 Rh 0.5 Ni-Mn-Ga and MnAs. 7. Имплантируемое устройство по п.1, отличающееся тем, что слой чувствительного материала состоит из, по меньшей мере, одного материала, относящегося к полимерам, сополимерам, гидрогелям, биополимерам или их сочетаниям.7. The implantable device according to claim 1, characterized in that the sensitive material layer consists of at least one material related to polymers, copolymers, hydrogels, biopolymers, or combinations thereof. 8. Имплантируемое устройство по п.1, отличающееся тем, что слой чувствительного материала содержит:
- смесь двух и более различных полимеров; или
- два и более слоя различных полимеров; или
- две и более вставки из различных полимеров в слой покрытия.
8. The implantable device according to claim 1, characterized in that the layer of sensitive material contains:
- a mixture of two or more different polymers; or
- two or more layers of different polymers; or
- two or more inserts of various polymers in the coating layer.
9. Имплантируемое устройство по п.7, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из полимеров, предпочтительнее два и более, являются веществами с точкой фазового перехода, лежащей вблизи температуры человеческого тела.9. The implantable device according to claim 7, characterized in that at least one of the polymers, preferably two or more, are substances with a phase transition point lying near the temperature of the human body. 10. Имплантируемое устройство по п.8, отличающееся тем, что различные термочувствительные полимеры имеют различные температуры фазового перехода.10. The implantable device of claim 8, characterized in that the various heat-sensitive polymers have different phase transition temperatures. 11. Имплантируемое устройство по любому из пп.9, 10, отличающееся тем, что термочувствительный полимер выбирается из класса материалов полибутилметакрилата (рВМА), поли-N-изопропилакриламида (PNIPAM), сополимера N-изопропилакриламида (NIPAM), N-изопропилметакриламида (NIPMAM) и акриламида (AAm) или их сочетания.11. An implantable device according to any one of claims 9, 10, characterized in that the heat-sensitive polymer is selected from the class of materials polybutyl methacrylate (rVMA), poly-N-isopropyl acrylamide (PNIPAM), copolymer of N-isopropyl acrylamide (NIPAM), N-isopropyl methacrylamide (NIPMAM ) and acrylamide (AAm), or a combination thereof. 12. Имплантируемое устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что предпочтительно два и более чувствительных слоя полимера чувствительны к деформациям и характеризуются малым пределом прочности, в частности, может быть использован сополимер молочной и гликолевой кислот.12. An implantable device according to any one of claims 1, 2, characterized in that preferably two or more sensitive polymer layers are sensitive to deformation and have a low tensile strength, in particular, a copolymer of lactic and glycolic acids can be used. 13. Имплантируемое устройство по п.1, отличающееся тем, что слой чувствительного материала включает контрастные агенты, позволяющие контролировать количество выпущенного из полимера лекарства методами магнитно-резонансной томографии.13. The implantable device according to claim 1, characterized in that the layer of sensitive material includes contrast agents that allow you to control the amount released from the polymer drug by magnetic resonance imaging. 14. Имплантируемое устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что поры позволяют межтканевой жидкости или плазме крови проникать сквозь изолирующий слой и вызывать диффузию активного вещества.14. An implantable device according to any one of claims 1, 2, characterized in that the pores allow interstitial fluid or blood plasma to penetrate the insulating layer and cause diffusion of the active substance. 15. Имплантируемое устройство по п.1, отличающееся тем, что оно представляет собой стент, катетер, эндопротез суставов, костный шов, зубной протез, кардиостимулятор, инсулиновый дозатор, силиконовый имплант, нейроимплантат, вживляемую в мозг микросхему (чип-имплантат), кохлеарный протез и зубной имплант.15. The implantable device according to claim 1, characterized in that it is a stent, catheter, joint prosthesis, bone suture, denture, pacemaker, insulin dispenser, silicone implant, neuroimplant, a microcircuit implanted in the brain (chip implant), cochlear denture and dental implant. 16. Способ контролируемого высвобождения лекарства, состоящий из следующих этапов: имплантирование устройства по любому из пп.1-15 в тело пациента; воздействие на имплантированное устройство магнитным полем контролируемым способом с высвобождением активного вещества.16. A method for the controlled release of a drug, consisting of the following steps: implanting a device according to any one of claims 1 to 15 into a patient’s body; the impact on the implanted device with a magnetic field in a controlled manner with the release of the active substance. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что воздействие осуществляется переменным магнитным полем, создаваемым внешним источником с частотой от 1 кГц до 100 кГц.17. The method according to clause 16, characterized in that the exposure is carried out by an alternating magnetic field created by an external source with a frequency of from 1 kHz to 100 kHz. 18. Способ по п.16, отличающийся тем, что воздействие осуществляется магнитным полем от периодически подносимого или убираемого постоянного магнита. 18. The method according to clause 16, characterized in that the exposure is carried out by a magnetic field from a periodically carried or retractable permanent magnet.
RU2013153741/14A 2013-12-04 2013-12-04 Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom RU2563387C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013153741/14A RU2563387C2 (en) 2013-12-04 2013-12-04 Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013153741/14A RU2563387C2 (en) 2013-12-04 2013-12-04 Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013153741A RU2013153741A (en) 2015-06-10
RU2563387C2 true RU2563387C2 (en) 2015-09-20

Family

ID=53285234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013153741/14A RU2563387C2 (en) 2013-12-04 2013-12-04 Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2563387C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2633469C2 (en) * 2015-07-16 2017-10-12 Валерий Вильгельмович Петрашкевич Device for delivery and method for implantation of magnetic x-ray endoprosthesis of human vessels and hollow bodies

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003022357A2 (en) * 2001-09-11 2003-03-20 Medtronic, Inc. Controllable deactivation of implantable device functions
WO2011022166A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 Envoy Medical Corporation Self-regulating transcutaneous energy transfer
CN202933391U (en) * 2012-11-14 2013-05-15 苏州景昱医疗器械有限公司 In vitro controller and implantable medical system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003022357A2 (en) * 2001-09-11 2003-03-20 Medtronic, Inc. Controllable deactivation of implantable device functions
WO2011022166A1 (en) * 2009-08-20 2011-02-24 Envoy Medical Corporation Self-regulating transcutaneous energy transfer
CN202933391U (en) * 2012-11-14 2013-05-15 苏州景昱医疗器械有限公司 In vitro controller and implantable medical system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zachary G. Forbes. Validation of High Gradient Magnetic Field Based Drug Delivery to Magnetizable Implants Under Flow, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 55, NO. 2, FEBRUARY 2008, pp.643-649. А.Н.ЛЕПЕТАЕВ и др. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В СИСТЕМЕ ЧРЕЗКОЖНОЙ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ, ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК, N2, 2010, сс.21-26 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2633469C2 (en) * 2015-07-16 2017-10-12 Валерий Вильгельмович Петрашкевич Device for delivery and method for implantation of magnetic x-ray endoprosthesis of human vessels and hollow bodies

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013153741A (en) 2015-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brudno et al. On-demand drug delivery from local depots
Zhang et al. Separable microneedles for near-infrared light-triggered transdermal delivery of metformin in diabetic rats
Mertz et al. Nanocomposite polymer scaffolds responding under external stimuli for drug delivery and tissue engineering applications
Anal Stimuli-induced pulsatile or triggered release delivery systems for bioactive compounds
Komlev et al. Smart magnetocaloric coatings for implants: Controlled drug release for targeted delivery
US11883620B2 (en) Controlled flow drug delivery implantable device
JP2013502294A (en) Phase change material and shape change material
Elman et al. Medical applications of implantable drug delivery microdevices based on MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems)
Shanmugan et al. Chronotherapeutic drug delivery systems
Komlev et al. Magnetocaloric effect for medical applications
GB2520960A (en) A magnetic field controllable implantable device and a method of controlled drug release therefrom
US20240108572A1 (en) Implantable cellular and biotherapeutic agent delivery canister
Langer Controlling the movement of molecules
RU2563387C2 (en) Implanted device, controlled by magnetic field, and method of medication release therefrom
Han et al. 3D-printed NIR-responsive bullets as multifunctional nanodrug platforms for image-guided local chemo-photothermal therapy
Nihar et al. A sequential review on intelligent drug delivery system
Spichkin et al. „UK Patent „GB „2520960 „В
Florence et al. Drug delivery and targeting
Powar Development status in the meadow of nanostructure magnetic drug delivery system and its promising applications
US20230293781A1 (en) System for shape memory alloy enabled drug release
EP3773480B1 (en) An implantable device for localized drug delivery, uses thereof and a manufacturing method thereof
Sukanya et al. Novel Approaches for Pulsatile Drug Delivery System
Shademani et al. Design, Fabrication and Characterization of Magnetic Porous PDMS as an On-Demand Drug Delivery Device
Elman et al. Micro-and nano-electro mechanical (MEMS and NEMS)-based technologies for implanted biomedical devices
Oni An implantable biomedical device and nanoparticles for cancer drug release and hyperthermia

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171205