RU2780831C1 - Биоматериал для хирургии и способ его получения - Google Patents
Биоматериал для хирургии и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780831C1 RU2780831C1 RU2021113799A RU2021113799A RU2780831C1 RU 2780831 C1 RU2780831 C1 RU 2780831C1 RU 2021113799 A RU2021113799 A RU 2021113799A RU 2021113799 A RU2021113799 A RU 2021113799A RU 2780831 C1 RU2780831 C1 RU 2780831C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tissue
- solution
- biomaterial
- rinsing
- connective tissue
- Prior art date
Links
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 12
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 claims abstract description 71
- 210000002808 Connective Tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 38
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 20
- 210000002435 Tendons Anatomy 0.000 claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 210000004379 Membranes Anatomy 0.000 claims abstract description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims abstract description 5
- 210000003041 Ligaments Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 31
- 230000001954 sterilising Effects 0.000 claims description 29
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 21
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 11
- 230000002335 preservative Effects 0.000 claims description 11
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 11
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 claims description 9
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 9
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 9
- 210000004207 Dermis Anatomy 0.000 claims description 8
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 7
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 claims description 7
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- 230000000735 allogeneic Effects 0.000 claims description 4
- PSLIMVZEAPALCD-UHFFFAOYSA-N ethanol;ethoxyethane Chemical compound CCO.CCOCC PSLIMVZEAPALCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003356 suture material Substances 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims 1
- 238000002525 ultrasonication Methods 0.000 claims 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000427 antigen Substances 0.000 abstract 1
- 102000038129 antigens Human genes 0.000 abstract 1
- 108091007172 antigens Proteins 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 31
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 14
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 14
- 229960005188 collagen Drugs 0.000 description 14
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 12
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 9
- 210000000845 Cartilage Anatomy 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 7
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 210000004369 Blood Anatomy 0.000 description 5
- 102000003886 Glycoproteins Human genes 0.000 description 5
- 108090000288 Glycoproteins Proteins 0.000 description 5
- 229920002683 Glycosaminoglycan Polymers 0.000 description 5
- 230000000890 antigenic Effects 0.000 description 5
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 5
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 210000000577 Adipose Tissue Anatomy 0.000 description 4
- 210000003035 Hyaline Cartilage Anatomy 0.000 description 4
- 102000016611 Proteoglycans Human genes 0.000 description 4
- 108010067787 Proteoglycans Proteins 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 210000003205 Muscles Anatomy 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 3
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 3
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229960001927 Cetylpyridinium Chloride Drugs 0.000 description 2
- YMKDRGPMQRFJGP-UHFFFAOYSA-M Cetylpyridinium chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+]1=CC=CC=C1 YMKDRGPMQRFJGP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 210000004177 Elastic Tissue Anatomy 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 2
- 210000002356 Skeleton Anatomy 0.000 description 2
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 210000004003 Subcutaneous Fat Anatomy 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic Effects 0.000 description 2
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 2
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 2
- 210000001361 Achilles Tendon Anatomy 0.000 description 1
- 210000000601 Blood Cells Anatomy 0.000 description 1
- 102000016942 Elastin Human genes 0.000 description 1
- 108010014258 Elastin Proteins 0.000 description 1
- 210000000744 Eyelids Anatomy 0.000 description 1
- 210000003195 Fascia Anatomy 0.000 description 1
- 210000000109 Fascia Lata Anatomy 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 210000003734 Kidney Anatomy 0.000 description 1
- 210000004185 Liver Anatomy 0.000 description 1
- 241000906034 Orthops Species 0.000 description 1
- 102000016387 Pancreatic Elastase Human genes 0.000 description 1
- 108010067372 Pancreatic Elastase Proteins 0.000 description 1
- 108091005771 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 102000035443 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 206010058046 Post procedural complication Diseases 0.000 description 1
- 229940024999 Proteolytic enzymes for treatment of wounds and ulcers Drugs 0.000 description 1
- 210000002151 Serous Membrane Anatomy 0.000 description 1
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N Sodium sulfide Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090001109 Thermolysin Proteins 0.000 description 1
- FPKOPBFLPLFWAD-UHFFFAOYSA-N Trinitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C([N+]([O-])=O)=C1[N+]([O-])=O FPKOPBFLPLFWAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 1
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 description 1
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000721 bacterilogical Effects 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N edta Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 229920002549 elastin Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic Effects 0.000 description 1
- 230000001744 histochemical Effects 0.000 description 1
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 1
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 1
- 229940036998 hypertonic sodium chloride Drugs 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N iso-propanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 230000002934 lysing Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 210000000505 parietal peritoneum Anatomy 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic Effects 0.000 description 1
- 244000052769 pathogens Species 0.000 description 1
- -1 polyoxyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000001397 quillaja saponaria molina bark Substances 0.000 description 1
- 230000000693 radiobiological Effects 0.000 description 1
- 238000003608 radiolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004223 radioprotective Effects 0.000 description 1
- 230000003537 radioprotector Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 150000007949 saponins Chemical class 0.000 description 1
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 1
- 230000037390 scarring Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 231100000486 side effect Toxicity 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- MAKUBRYLFHZREJ-JWBQXVCJSA-M sodium;(2S,3S,4R,5R,6R)-3-[(2S,3R,5S,6R)-3-acetamido-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxy-4,5,6-trihydroxyoxane-2-carboxylate Chemical compound [Na+].CC(=O)N[C@@H]1C[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](C([O-])=O)O[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1O MAKUBRYLFHZREJ-JWBQXVCJSA-M 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 210000000434 stratum corneum Anatomy 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000003777 tissue processing method Methods 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- 231100000732 tissue residue Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
- 229960001322 trypsin Drugs 0.000 description 1
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к клеточной биологии и медицине, в частности к биоматериалам для регенеративной хирургии и способам их получения. Биоматериал состоит из соединительной донорской ткани, очищенной и обработанной с целью обеспечения репаративной регенерации, причём донорская соединительная ткань соответствует по фиброструктуре замещаемой ткани на 90-100 %, нарушение химических связей в коллаген-протеогликановых комплексах волокнистых структур тканевого матрикса не превышает 20 %. При осуществлении способов получают биоматериалы из висцеральных оболочек, сухожилий и связок, жировой соединительной ткани, дермы и скелетной соединительной ткани. Настоящее изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность при создании биоматериала для регенеративной хирургии из аллогенных и ксеногенных донорских тканей с предельно низкими антигенными свойствами и сохранёнными фиброархитектоникой и прочностными свойствами донорской соединительной ткани. 6 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к медицине, в частности, к трансплантологии и биотехнологии органов и тканей. Для восстановления функционально адекватных структур при различных повреждениях органов и тканей широко используются биоматериалы, которые изготавливаются из различных видов соединительной ткани. При введении в организм они играют роль матрицы и, постепенно замещаясь собственной тканью реципиента, обеспечивают репаративную регенерацию, реализуя генетические возможности самого организма - способности соединительной ткани к полному восстановлению. Наиболее подходящими для трансплантации признаны донорские человеческие (аллогенные) ткани, обладающие хорошей совместимостью и высоким регенераторным потенциалом. Однако, учитывая, что их забор, хранение и обработка сопряжены с рядом проблем законодательного, этического и эпидемиологического характера, для получения трансплантационных биоматериалов широко используются аналогичные ткани различных животных (ксенотрансплантаты).
Главной задачей при изготовлении биоматериалов для трансплантации является снижение антигенности исходных тканей, которая является одной из причин послеоперационных осложнений, включая воспаление, деградацию, рубцевание и отторжение. Известны способы получения биоматериалов, представляющих собой ацеллюлярный (лишенный клеточных элементов) матрикс различных видов соединительной ткани, например, консервированные трансплантаты на основе коллагена (US5336616A, US10906679B1), аллотрансплантаты для восстановления мягких тканей (US10238485B2, US10906679B2), алло- и ксенотрансплантаты мягких тканей (US10765703B2, US10850007B2), снижение антигенности которых и придание им определенных пластических свойств достигается комплексной физико-химической и/или ферментативной обработкой, приводящей к удалению большинства антигенных детерминант: форменных элементов крови и тканевой жидкости с растворенными низкомолекулярными белками, при сохранении их коллагенового каркаса. Как правило, для этих целей используются различные органические растворители (ацетон, метанол, этанол, изопропанол), солевые растворы (сульфид натрия, хлорид нария), кислоты (ЭДТА, надуксусная), щелочи (гидроксид натрия), перекись водорода, детергенты (додецилсульфат натрия, полиоксиэтилен, сапонин, Твин-80, Тритон Х100), протеолитические ферменты (эластаза, трипсин, термолизин) и др. (US4801299A, US5336616A, US6166288A).
Наиболее близким прототипом к заявляемому является «Биоматериал Аллоплант для регенеративной хирургии» (RU2189257C1), состоящий из консервированной донорской человеческой соединительной ткани с элиминированными клеточными элементами, которая соответствует по фиброструктуре замещаемой ткани на 70%, а в волокнистых компонентах донорской соединительной ткани на 80-90% разблокированы химические связи протеогликанов и гликопротеинов, структурированные в пучках коллагеновых волокон и частично элиминированы из пучков волокон гликозаминогликаны до остаточного содержания не менее 50%, что достигается путем механической очистки донорской ткани от жировой клетчатки и остатков мышечной ткани и дальнейшей последовательной обработке химическими реактивами.
Для приготовления биоматериала Аллоплант (там же, RU2189257C1) используют донорскую соединительную ткань, на 70% соответствующую структуре замещаемой ткани, что устанавливают с помощью поляризационно-оптического метода.
Донорскую ткань освобождают, при наличии, от жировой клетчатки и мышечной ткани, затем последовательно обрабатывают анионными и катионными детергентами с целью мембранолиза. Одновременно осуществляют контроль за разблокированием связей протеогликонов и гликопротеинов в пучках коллагеновых волокон и элиминацией гликозаминогликанов. Контроль проводят гистохимическим методом. По достижении 90%-го разблокирования связи протеогликанов и гликопротеинов и не более 50%-ой элиминации гликозаминогликанов обработку прекращают. Биоматериал отмывают от реагентов, фасуют в стеклянные флаконы, заливают консервантом и проводят радиационную стерилизацию с использованием ускорителя электронов.
Например, для приготовления биоматериала Аллоплант, используют биоматериал, представляющий собой комбинацию донорских тканей хряща и дермы, которые по фиброструктуре на 70% соответствуют замещаемым тканям. Донорские ткани освобождают от рогового слоя и подкожной жировой клетчатки, остатков костной ткани, промывают в проточной воде. Далее ткани последовательно обрабатывают детергентами, выбранными из группы (додсцилсульфат натрия, цетилпиридиния хлорид), с целью мембранолиза в течение 12-18 часов, затем в течение 1-5 часов - веществами, экстрагирующими жир и коагулирующими белки (диэтиловый эфир + этиловый спирт).
Указанное разблокирование на 80-90% химических связей протеогликанов и гликопротеинов и их удаление однозначно свидетельствует о значительном разрушении исходной фиброархитектоники, представленной прочной трехмерной разветвленной сетью волокон, состоящих из коллаген-протеогликановых комплексов. Это может привести к быстрому и сплошному замещению, при котором исключается роль формообразующего фактора волокнистого остова трансплантата. Известно, также, что гликозаминогликаны являются естественными радиопротекторами, уровень содержания которых в значительной степени определяет радиоустойчивость тканей (Куценко С.А., Бутомо Н.В., Гребенюк А.Н. и др. Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита: Учебник / Под ред. Куценко С.А. - СПб.: Фолиант, 2004. 528с.; Ярмоненко С.П., Вайнсон А.А. Радиобиология человека и животных М.: Высш. шк., 2004. 549 с.), поэтому их удаление крайне нежелательно.
Используемые при получении некоторых аналогоа и прототипа химические агенты (додецилсульфат натрия, цетилпиридиния хлорид, ТВИН 80, Тритон Х-100), являются дорогостоящими импортными реактивами, токсичными и трудноудаляемыми из обработанных биологических тканей, что приводит к существенным затратам при производстве биоматериала и нежелательным побочным эффектам: выраженной воспалительной реакции в месте введения и дополнительной аллергизации организма.
Для достижения бактериологической безопасности биоматериалов, изготовленных из донорских тканей, используются различные методы стерилизации, самым эффективным из которых признан метод радиационной стерилизации потоком быстрых электронов и гамма-излучением (Каушанский Д.А., Кузин A.M Радиационно-биологическая технология //М.: Энергоатомиздат, 1984.-151с.; Пономарев В.Н., Носкова Т.Н. Состояние промышленного внедрения радиационного способа стерилизации медицинских изделий однократного применения // Вестник АДС «Радтех-Евразия». 1993. - № 1.- С.18-21.; Туманян, М.А. Радиационная стерилизация как биотехнологический процесс и перспективы её развития //1 Всесоюзный радиобиологический съезд. Пущино, 1989. - Т. 3. - С. 805-806).
Однако, стандарты, регламентирующие дозы радиации не учитывают структурные особенности самих биологических тканей и методы их консервации, что часто приводит к нежелательным деструктивным изменениям в биоматериалах (Belkoff S., Haut R. Microstructurally based model analysis of gamma-irradiated tendon allografts // J. Orthop. Res. -1992. Vol. 10, № 3. - P. 461; Bogdansky S, et al. Effective use of optimized, high-dose (50 kGy) gamma irradiation for pathogen inactivation of human bone allografts //Biomaterials, 2005, № 26.- Р.2033-2042; Dziedzic-Goclawska A., Kaminski A. Is it possible to diminish the damage induced by radiation-sterilization to connective tissue grafts? //13th International Congress of the European Association of tissue Banks. Prague, 2004. - P. 108).
Известно, что наибольшие изменения фиброархитектоники биоматериалов и их пластических свойств находятся в прямой зависимости от вида и дозы ионизирующего излучения. Стерилизация потоком быстрых электронов оказывает более выраженное деструктивное воздействие, чем гамма-излучение. Сроки и характер замещения соединительнотканных материалов определяются степенью сохранности их волокнистого остова. Сохраненная фиброархитектоника биоматериала способствует его постепенному замещению адекватным регенератом, тогда как деструкция волокнистого каркаса приводит к его быстрой резорбции с формированием рубца (Шангина О. Р. Анализ структуры соединительной ткани при различных видах радиационного воздействия // Морфология. Научно-теоретический медицинский журнал. Санкт-Петербург.- №4, Т.129, 2006 г.- С.139).
Используемый в прототипе метод радиационной стерилизации потоком быстрых электронов не учитывает в этом смысле вид исходной соединительной ткани, которые различаются по своей фиброархитектонике и биохимическому составу и являются материалом с низким уровнем структурной стабильности, деструктивные изменения в котором проявляются даже при незначительных вариациях доз радиации. Это способствует неконтролируемым процессам радиолиза и деструкции, что существенным образом сказывается на механических и биохимических свойствах биоматериала, приводящим к его быстрому лизису после пересадки и формированию рубцового регенерата.
Определенным недостатком является использование для изготовления прототипа только донорских человеческих тканей, что значительно ограничивает его широкое клиническое применение. Для приготовления биоматериала Аллоплант используют только ту донорскую соединительную ткань, которая на 70% соответствующую структуре замещаемой ткани, что существенно сужает возможности выбора исходного материала.
Указанных недостатков можно избежать, если при изготовлении биоматериала для хирургии будут использованы как аллогенные, так и ксеногенные ткани с сохранением всех структурных компонентов соединительнотканного матрикса (коллагена различных типов, эластина, протеогликанов и гликопротеинов), физико-химическая обработка исходных тканей будет проводиться с использованием более доступных и безопасных химических реагентов, а вид и дозы радиационной стерилизации биоматериалов будут подбираться с учетом морфологических особенностей облучаемых тканей.
Задача изобретения - получение биоматериала, морфологически и биохимически адекватного органам и тканям организма реципиента из различных видов донорской соединительной ткани.
Технический результат - создание эффективного и безопасного биоматериала для хирургии из аллогенных и ксеногенных донорских тканей с предельно низкими антигенными свойствами, с учетом всех структурных компонентов соединительнотканного матрикса, и способ его получения с использованием щадящих химических реагентов и селективной радиационной стерилизации, не приводящей к нарушению фиброархитектоники и прочностных свойств донорской соединительной ткани.
Сохранение прочностных свойств соединительной ткани имеет принципиальное значение для трансплантатов. Например, плотная оформленная соединительная ткань (сухожилия, связки) характеризуется линейной (одноосной) ориентацией пучков коллагеновых волокон, что и определяет ее механические свойства. Испытания на прочность трансплантатов сухожилия проводили при одноосном растяжении, а рабочая часть образца была ориентирована вдоль пучков коллагеновых волокон. Величина относительного удлинения нативных трансплантатов сухожилия составляла 0,15±0,002; обработанных по предлагаемому способу - 0,1±0,004. Изменение предела прочности в данном ряду имело иную динамику. Наибольшее значение предела прочности отмечалось у нативных трансплантатов сухожилия - 104,5±3,3 МПа. У обработанных по предлагаемому способу трансплантатов сухожилия предел прочности равен 95,4±4,2 МПа. Сходная тенденция наблюдалась в изменении модуля упругости (Юнга). Наибольшее значение данного показателя отмечалось у нативных трансплантатов сухожилия - 1110±36 МПа (таблица 1).
Таблица 1. Прочностные свойства трансплантатов сухожилия
Трансплантаты Сухожилия |
Предел прочности (МПа) (М±m) (М±L) |
Относительное удлинение (М±m) (М±L) |
Модуль упругости (Юнга) (МПа) (М±m) (М±L) |
Нативные | 104,5±3,3 (101,2÷107,8) |
0,15±0,002 (0,148÷0,152) |
1110,0±36,0 (1074,0÷1146,0) |
Обработанные по заявляемому способу |
95,4±4,2 (91,2÷99,6) |
0,1±0,004 (0,096÷0,104) |
954,0±29,0 (925,0÷983,0) |
Например, плотная неоформленная соединительная ткань (дерма) имеет многовекторную ориентацию пучков коллагеновых волокон. Испытания прочностных свойств данных трансплантатов проводили на растяжение. Анализ полученных результатов показал, что параметры относительного удлинения, предела прочности и модуля упругости не претерпевают выраженных изменений. Средняя величина относительного удлинения имеет одинаковое значение для всех исследуемых трансплантатов дермы и равна 0,6. Незначительные изменения наблюдались при обсчете параметров предела прочности и модуля упругости, цифровые значения которых представлены в таблице 2.
Таблица 2. Прочностные свойства трансплантатов дермы
Трансплантаты дермы |
Предел прочности (МПа) (М±m) (М±L) |
Относительное удлинение (М±m) (М±L) |
Модуль упругости (Юнга) (МПа) (М±m) (М±L) |
Нативные | 12,9±0,7 (12,2÷13,6) |
0,6±0,06 (0,54÷0,66) |
23,5±1,2 (22,3÷24,7) |
Обработанные по заявляемому способу |
13,1±0,4 (12,7÷13,5) |
0,6±0,02 (0,58÷0,62) |
23,6±1,0 (22,6÷24,6) |
Упруго-прочностные свойства скелетной соединительной ткани (хрящ, кости), например, трансплантатов гиалинового хряща определяли двумя параметрами - предел прочности и деформация на сжатие (относительное укорочение). Так, для нативных и обработанных по предлагаемому способу трансплантатов гиалинового хряща величина предела прочности составляла 10,8±0,8 МПа и 10,1±0,6 МПа соответственно. Практически такая же величина среднего значения предела прочности наблюдалась у обработанных по предлагаемому способу. Среднее значение величины пластической деформации у нативных трансплантатов гиалинового хряща равно 0,26±0,08. У обработанных по предлагаемому способу трансплантатов данная величина составляла 0,23±0,05. Сводные данные по изменению прочностных показателей трансплантатов хряща, в зависимости от физико-химической обработки представлены в таблице 3.
Таблица 3. Прочностные свойства трансплантата гиалинового хряща
Трансплантаты хряща |
Предел прочности (МПа) (М±m) (М±L) |
Относительное укорочение (М±m) (М±L) |
Нативные | 10,8±0,8 (10,0÷11,6) |
0,26±0,08 (0,18÷0,18) |
Обработанные по заявляемому способу |
10,1±0,6 (9,5÷10,7) |
0,23±0,09 (0,14÷0,32) |
Таким образом, в ходе исследований прочностных свойств соединительнотканных трансплантатов, как нативных, так и подвергнутых физической и химической обработке и радиационной стерилизации по предлагаемому способу, получены следующие результаты: химическая и радиационная обработка соединительной ткани по предлагаемому способу не изменяет прочностных параметров трансплантатов.
Особенности фиброархитектоники и биохимического состава различных типов соединительной ткани позволили выделить три уровня структурной стабильности, соответствующие различной устойчивости тканей к химическому и радиационному воздействию. В зависимости от уровня структурной стабильности соединительной ткани, которая определяется морфологическими исследованиями и который, в свою очередь зависит от исходной фиброархитектоники и наличия межклеточных компонентов ткани, а также назначения получаемого биоматериала, используют тот способ обработки соединительной ткани, который иллюстрируют приведенные ниже примеры.
Пример 1. Рыхлая соединительная ткань (висцеральные оболочки). Относится к первому, наиболее лабильному, уровню структурной стабильности. Образована сетью тонких, хаотично расположенных коллагеновых волокон, связывающих пучки первого порядка, между которыми находится большое количество основного аморфного вещества, представленного гликозаминогликанами. Обладает невысокой механической прочностью, низкой радиорезистентностью и легкой проницаемостью для жидкостей. При обработке требуются низкие концентрации реактивов с небольшим временем экспозиции и щадящие дозы радиационной стерилизации. Изготавливается из висцеральных серозных оболочек некоторых органов человека (фиброзной капсулы почек, глиссоновой капсулы печени, париетальной брюшины и др.) или аналогичной ткани животных. Для этого висцеральные ткани подвергают механической очистке от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывают в проточной воде, помещают в 3% раствор перекиси водорода на непродолжительное время (не более 15 минут) для удаления кровяных элементов и отполаскивают в изотоническом растворе натрия хлорида. Затем, для обезжиривания ткани помещают в раствор 95 % этилового спирта и диэтилового эфира в соотношении 3:1, после чего несколько раз промывают в изотоническом растворе натрия хлорида. Обработанным тканям придают различные форму и размеры в зависимости от клинического назначения, помещают в стеклянные флаконы с консервирующим раствором этилового спирта и герметично укупоривают. Стерилизацию проводят ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе не более 15 кГр (1,5 Мрад). Используется для изготовления биоматериалов для мембранной пластики, для покрытия резецированных поверхностей органов и тканей при различных хирургических вмешательствах.
Пример 2. Плотная оформленная соединительная ткань (сухожилия, связки). Относится ко второму уровню структурной стабильности. Состоит из плотно расположенных коллагеновых волокон, образуя параллельно идущие пучки, связанные небольшим количеством основного аморфного вещества и тонкой сетью эластических волокон. Обладает высокой линейной прочностью в направлении действия нагрузки, низкой радиорезистентностью и легкой проницаемостью для жидкостей. При обработке требуются низкие концентрации реактивов с небольшим временем экспозиции и щадящие дозы радиационной стерилизации. При стерилизации потоком быстрых электронов структурные изменения в виде разрушения оплетающей сети коллагеновых волокон и продольного расщепления пучков отмечаются уже при дозе радиационного воздействия до 10-15 кГр, что является недостаточным для обеспечения гарантированного стерилизующего эффекта. Увеличение же стерилизующей дозы неизбежно приводит к полной деструкции ткани. Стерилизация гамма-излучением в стандартных стерилизующих дозах до 25 кГр позволяет в значительной степени сохранить исходную фиброархитектонику. Используется для изготовления биоматериалов для фиксирующей пластики. Изготавливаются из сухожилий и фасций человека (ахиллово сухожилие, широкая фасция бедра, сухожилия мышц спины и др.) или аналогичной ткани животных. Для этого сухожилия подвергают механической очистке от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывают в проточной воде, помещают в 6% раствор перекиси водорода на непродолжительное время (не более 15 минут) для удаления кровяных элементов и тканевой жидкости и отполаскивают в воде. Затем помещают в гипертонический раствор натрия хлорида для окончательного разрушения и экстракции клеточных элементов, после чего отполаскивают в изотоническом растворе натрия хлорида. Обработанным тканям придают различные форму и размеры в зависимости от клинического назначения, помещают в стеклянные флаконы с консервирующим раствором этилового спирта и герметично укупоривают. Стерилизацию проводят ионизирующим излучением гамма-лучами в дозе до 25 кГр (2,5 Мрад). Изготовленный таким образом целевой продукт применяется в хирургии в качестве шовного материала и для фиксации органов и тканей при реконструктивных операциях.
Пример 3. Жировая ткань. Относится к третьему уровню структурной стабильности. Представлена жировыми дольками, разделенными сетью коллагеновых волокон и, благодаря этому, имеющая прочную пространственную структуру с высокими упруго-деформационными свойствами. Обладает высокой прочностью, высокой радиорезистентностью и низкой проницаемостью для жидкостей. Для удаления антигенных детерминант требуется интенсивное физическое воздействие и длительная экспозиция в растворах при химической обработке. Также необходимы более высокие стерилизующие дозы. Используется для изготовления биоматериалов для объемной пластики, что обусловлено длительным нахождением биоматериала в зоне трансплантации с сохранением определенных объемов, размеров и формы. Изготавливаются из подкожно-жировой клетчатки подошвы человека или аналогичной ткани животных. Для этого жировую ткань подвергают механической очистке от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывают в проточной воде, помещают в 6% раствор перекиси водорода для удаления кровяных элементов и многократно последовательно отполаскивают в изотоническом растворе натрия хлорида. Затем, для частичного обезжиривания ткани помещают в ультразвуковую ванну с раствором этилового спирта в концентрации 95 % и подвергают действию ультразвука в течение нескольких часов, после чего несколько раз промывают в изотоническом растворе натрия хлорида до отсутствия опалесценции в промывном растворе. Обработанным тканям придают различные форму и размеры в зависимости от клинического назначения, помещают в стеклянные флаконы с консервирующим раствором этилового спирта и герметично укупоривают. Стерилизацию проводят ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе до 25 кГр (2,5 Мрад). Изготовленный таким образом целевой продукт применяется в хирургии для замещения объемных дефектов тканей
Пример 4. Плотная неоформленная соединительная ткань (дерма). Относится к третьему уровню структурной стабильности. Состоит из большого количества беспорядочно расположенных в различных плоскостях коллагеновых и эластических волокон, которые переплетаясь между собой, формируют трехмерную сеть, обеспечивающую высокую прочность ткани при воздействии деформирующих сил любой направленности. Значительную часть дермы составляет основное вещество, главным компонентом которого является гиалуроновая кислота с выраженными радиопротекторными свойствами. Обладает высокой прочностью, высокой радиорезистентностью и очень низкой проницаемостью для жидкостей. Для удаления антигенных детерминант требуется интенсивное физическое воздействие и длительная экспозиция в растворах при химической обработке. Также необходимы высокие стерилизующие дозы. Используется для изготовления биоматериалов для каркасной пластики. Изготавливаются из дермы человека или животных. Для этого дерму подвергают механической очистке от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывают в проточной воде в течение длительного времени, помещают в 6% раствор перекиси водорода для удаления кровяных элементов и многократно последовательно отполаскивают в изотоническом растворе натрия хлорида. Затем, для частичного обезжиривания ткани помещают в ультразвуковую ванну с раствором этилового спирта и подвергают действию ультразвука в течение нескольких часов, после чего несколько раз промывают в изотоническом растворе натрия хлорида до отсутствия опалесценции в промывном растворе. Обработанным тканям придают различные форму и размеры в зависимости от клинического назначения, помещают в стеклянные флаконы с консервирующим раствором этилового спирта и герметично укупоривают. Стерилизацию проводят ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе 30 кГр (3,0 Мрад). Изготовленный таким образом целевой продукт применяется в хирургии для пластики орбиты, пластики век и других пластических операций, где требуются материалы с высокими прочностными характеристиками.
Пример 5. Скелетная соединительная ткань (хрящ, кости). Относится к третьему уровню структурной стабильности. Состоит из разветвленной сети коллагеновых волокон и минерализованного межклеточного вещества. Обладает очень высокой механической прочностью, высокой радиорезистентностью и практически полным отсутствием проницаемости для жидкостей. Для удаления антигенных детерминант требуется интенсивное физическое воздействие и длительная экспозиция в растворах при химической обработке. Также необходимы высокие стерилизующие дозы. Используется для изготовления биоматериалов для костной пластики. Изготавливаются из костей и хрящей человека или аналогичной ткани животных. Для этого кости или хрящи подвергают механической очистке от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывают в проточной воде в течение минут, помещают в 3% раствор перекиси водорода для удаления кровяных элементов и многократно последовательно отполаскивают в изотоническом растворе натрия хлорида. Затем, для частичного обезжиривания ткани помещают в ультразвуковую ванну с раствором этилового спирта и подвергают действию ультразвука в течение нескольких часов, после чего несколько раз промывают в изотоническом растворе натрия хлорида до отсутствия опалесценции в промывном растворе. Обработанным тканям придают различные форму и размеры в зависимости от клинического назначения, помещают в стеклянные флаконы с консервирующим раствором этилового спирта и герметично укупоривают. Стерилизацию проводят ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе 35 кГр (3,5 Мрад). Изготовленный таким образом целевой продукт применяется в хирургии для костной пластики.
При таких способах обработки соединительной ткани нарушение химических связей в коллаген-протеогликановых комплексах волокнистых структур тканевого матрикса не превышает 20%, что позволяет получать более морфологически адекватный материал, на 90-100% соответствующий фиброструктуре замещаемой ткани, способствует ее замещению анатомически и функционально полноценным регенератом без выраженных негативных реакций в зоне трансплантации.
Claims (7)
1. Биоматериал для регенеративной хирургии, состоящий из соединительной донорской ткани, очищенной и обработанной с целью обеспечения репаративной регенерации, отличающийся тем, что донорская соединительная ткань соответствует по фиброструктуре замещаемой ткани на 90-100 %, нарушение химических связей в коллаген-протеогликановых комплексах волокнистых структур тканевого матрикса не превышает 20 %.
2. Биоматериал по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединительной ткани используют аллогенные и ксеногенные ткани.
3. Способ получения биоматериала из висцеральных оболочек для мембранной пластики и покрытия резецированных поверхностей органов и тканей при хирургических вмешательствах, включающий в себя следующие этапы: механическую очистку, промывание в проточной воде, выдержку в 3 % растворе перекиси водорода, отполаскивание в изотоническом солевом растворе, выдержку в растворе 95 % этилового спирта и диэтилового эфира в соотношении 3:1, промывание в изотоническом солевом растворе, моделирование ткани, герметичное укупоривание в емкости с консервирующим раствором этилового спирта, стерилизацию ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе не более 15 кГр (1,5 Мрад).
4. Способ получения биоматериала из сухожилий и связок для фиксирующей пластики при реконструктивных операциях и в качестве шовного материала в хирургии, включающий в себя следующие этапы: механическую очистку, промывание в проточной воде, выдержку в 6 % растворе перекиси водорода на время не более 15 мин, отполаскивание в воде, выдержку в гипертоническом солевом растворе, отполаскивание в изотоническом солевом растворе, моделирование ткани, герметичное укупоривание в емкости с консервирующим раствором этилового спирта, стерилизацию ионизирующим излучением гамма-лучами в дозе до 25 кГр (2,5 Мрад).
5. Способ получения биоматериала из жировой соединительной ткани для замещения объемных дефектов в хирургии, включающий в себя следующие этапы: механическую очистку, промывание в проточной воде, выдержку в 1,5–6 % растворе перекиси водорода, отполаскивание в изотоническом солевом растворе, обезжиривание ткани ультразвуком в растворе этилового спирта в течение не менее 3 ч, промывание в изотоническом солевом растворе до отсутствия опалесценции в промывном растворе, моделирование, герметичное укупоривание в емкости с консервирующим раствором этилового спирта, стерилизацию ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе от 2,5 до 3,5 Мрад.
6. Способ получения биоматериала из дермы для каркасной пластики в хирургии, включающий в себя следующие этапы: выбор соединительной ткани, механическую очистку, промывание в проточной воде, выдержку в 6 % растворе перекиси водорода, отполаскивание в изотоническом солевом растворе, обезжиривание ткани ультразвуком в растворе этилового спирта в течение не менее 3 ч, промывание в изотоническом солевом растворе до отсутствия опалесценции в промывном растворе, моделирование ткани, герметичное укупоривание в емкости с консервирующим раствором этилового спирта, стерилизацию ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе 30 кГр (3,0 Мрад).
7. Способ получения биоматериала из скелетной соединительной ткани для костной пластики в хирургии, включающий в себя следующие этапы: механическую очистку, промывание в проточной воде, выдержку в 3 % растворе перекиси водорода, отполаскивание в изотоническом солевом растворе, обезжиривание ткани ультразвуком в растворе этилового спирта в течение не менее 3 ч, промывание в изотоническом солевом растворе до отсутствия опалесценции в промывном растворе, моделирование, герметичное укупоривание в емкости с консервирующим раствором этилового спирта, стерилизацию ионизирующим излучением потоком быстрых электронов в дозе 35 кГр (3,0 Мрад).
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2780831C1 true RU2780831C1 (ru) | 2022-10-04 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6166288A (en) * | 1995-09-27 | 2000-12-26 | Nextran Inc. | Method of producing transgenic animals for xenotransplantation expressing both an enzyme masking or reducing the level of the gal epitope and a complement inhibitor |
RU2189257C1 (ru) * | 2001-10-10 | 2002-09-20 | Хуснутдинов Анис Хатыпович | Биоматериал аллоплант для регенеративной хирургии |
RU2440148C2 (ru) * | 2009-12-21 | 2012-01-20 | Федеральное государственное учреждение "Всероссийский центр глазной и пластической хирургии Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" | Ксеногенный биоматериал для регенеративной хирургии |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6166288A (en) * | 1995-09-27 | 2000-12-26 | Nextran Inc. | Method of producing transgenic animals for xenotransplantation expressing both an enzyme masking or reducing the level of the gal epitope and a complement inhibitor |
RU2189257C1 (ru) * | 2001-10-10 | 2002-09-20 | Хуснутдинов Анис Хатыпович | Биоматериал аллоплант для регенеративной хирургии |
RU2440148C2 (ru) * | 2009-12-21 | 2012-01-20 | Федеральное государственное учреждение "Всероссийский центр глазной и пластической хирургии Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" | Ксеногенный биоматериал для регенеративной хирургии |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МУЛДАШЕВ Э.Р. и др. Биоматериалы аллоптант в регенеративной хирургии мягкого остова, ВЕСТНИК ОГУ, 2008, No. 12, с.100-103. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7595377B2 (en) | Substantially non-immunogenic injectable collagen | |
US9888999B2 (en) | Acellular dermal allografts and method of preparation | |
US6743574B1 (en) | Process for devitalizing soft-tissue engineered medical implants, and devitalized soft-tissue medical implants produced | |
CN101366975B (zh) | 脱细胞小肠粘膜下层生物材料的制备方法 | |
CN101810855B (zh) | 一种ⅱ型胶原关节软骨修复液及其制备方法 | |
US20020182261A1 (en) | EB matrix production from fetal tissues and its use for tissue repair | |
EP1511445A2 (en) | Sterilized xenograft tissue | |
CN106492285A (zh) | 可注射的脱细胞软骨基质微粒及其在植入剂中的应用 | |
CN114377206A (zh) | 一种脱细胞基质生物材料的制备方法 | |
Duarte et al. | Contributions of supercritical fluid technology for advancing decellularization and postprocessing of viable biological materials | |
Bush et al. | Process development and manufacturing of human and animal acellular dermal matrices | |
US10016528B2 (en) | Biologic prosthesis and methods of production and use | |
RU2780831C1 (ru) | Биоматериал для хирургии и способ его получения | |
CN105169494B (zh) | 一种组织工程皮肤的制备方法 | |
EP2236544A1 (en) | Collagen Implant | |
KR101269618B1 (ko) | 포유류의 연골조직에서 유래한 생체이식재 | |
Chang et al. | Biocompatibility of human bone allograft powder processed by supercritical CO2 | |
CN105561391A (zh) | 异种移植软组织植入物及制造和使用的方法 | |
CN2860405Y (zh) | 生物型人工韧带 | |
CN113893389B (zh) | 重组胶原蛋白-脱钙骨基质微粒双相凝胶软组织填充剂及其制备方法 | |
KR20140060993A (ko) | 실크단백질이 포함된 피부 이식재의 멸균용 보관 용액 및 이를 사용하는 피부 이식재의 방사선 조사 멸균방법 | |
CN111632196A (zh) | 一种去α-半乳糖基抗原脱细胞基质的制备方法 | |
CN111686303A (zh) | 一种同种异体或异种肌腱及骨腱复合体的制备方法 | |
RU2440148C2 (ru) | Ксеногенный биоматериал для регенеративной хирургии | |
CN105169493B (zh) | 一种人工异种皮肤的制备方法 |