RU2786443C1 - Биодеградируемая 3D-матрица для заживления дефектов кожи на основе композитного поликапролактона - Google Patents
Биодеградируемая 3D-матрица для заживления дефектов кожи на основе композитного поликапролактона Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786443C1 RU2786443C1 RU2022109021A RU2022109021A RU2786443C1 RU 2786443 C1 RU2786443 C1 RU 2786443C1 RU 2022109021 A RU2022109021 A RU 2022109021A RU 2022109021 A RU2022109021 A RU 2022109021A RU 2786443 C1 RU2786443 C1 RU 2786443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- skin
- polycaprolactone
- biodegradable
- composite
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 title claims abstract description 15
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 title claims abstract description 14
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000035876 healing Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001413 cellular Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229920000747 poly(lactic acid) polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229940057838 polyethylene glycol 4000 Drugs 0.000 claims description 6
- 229920001030 Polyethylene Glycol 4000 Polymers 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 200000000019 wound Diseases 0.000 abstract description 16
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 abstract description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 5
- 206010072170 Skin wound Diseases 0.000 abstract description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 4
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 4
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 4
- 229960005188 collagen Drugs 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 210000002808 Connective Tissue Anatomy 0.000 description 3
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 description 2
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 description 2
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 description 2
- 210000004207 Dermis Anatomy 0.000 description 2
- 210000002540 Macrophages Anatomy 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 2
- 229940064004 Antiseptic throat preparations Drugs 0.000 description 1
- 101700054771 GCA Proteins 0.000 description 1
- WZUVPPKBWHMQCE-VYIIXAMBSA-N Haematoxylin Chemical compound C12=CC(O)=C(O)C=C2C[C@@]2(O)C1C1=CC=C(O)C(O)=C1OC2 WZUVPPKBWHMQCE-VYIIXAMBSA-N 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 206010022114 Injury Diseases 0.000 description 1
- 210000003141 Lower Extremity Anatomy 0.000 description 1
- 210000004698 Lymphocytes Anatomy 0.000 description 1
- 101700061402 MTRX Proteins 0.000 description 1
- 206010030113 Oedema Diseases 0.000 description 1
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 1
- 241000700157 Rattus norvegicus Species 0.000 description 1
- 101710017884 Segment-8 Proteins 0.000 description 1
- 206010040882 Skin lesion Diseases 0.000 description 1
- 230000002421 anti-septic Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000012292 cell migration Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 201000009910 diseases by infectious agent Diseases 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Polymers 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 238000010562 histological examination Methods 0.000 description 1
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 1
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000001900 immune effect Effects 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular Effects 0.000 description 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 101700045377 mvp1 Proteins 0.000 description 1
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920001277 pectin Polymers 0.000 description 1
- 235000010987 pectin Nutrition 0.000 description 1
- 239000001814 pectin Substances 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 150000004804 polysaccharides Polymers 0.000 description 1
- 230000000644 propagated Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 description 1
- 230000037380 skin damage Effects 0.000 description 1
- 231100000444 skin lesion Toxicity 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
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к медицине, и может быть использовано в местном лечении ран кожных покровов с целью заполнения раневого дефекта для дальнейшего замещения собственной тканью организма и стимуляции ее регенерации. Биодеградируемая 3D-матрица для заживления дефектов кожи на основе композитного поликапролактона, изготовленная путем печати на 3D-принтере, имеет заданную пространственную организацию 90° по осям x, y, z с образованием микроячеек, в совокупности составляющих объемную ячеистую сетку со стороной ячейки в 1,5 мм, диаметром нити 0,3 мм, высота слоя при печати которой составляет 0,05 мм. Изобретение обеспечивает оптимальные параметры формы кожной 3D-матрицы для заживления повреждений ткани кожи, обеспечение безопасности ее применения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к медицине, и может быть использовано в местном лечении ран кожных покровов с целью заполнения раневого дефекта для дальнейшего замещения собственной тканью организма и стимуляции ее регенерации. Изобретение обеспечивает дренирование раны, улучшение трофики и заживление дефекта кожи; увеличивает эстетичность образующегося рубца.
Известна биорассасываемая коллагеновая матрица (RU 2353397 C2), которая содержит нативный нереконструированный коллаген I типа.
Известен гистоэквивалент-биопластический материал (RU 2513838 C1), включающий основу в виде матрицы, в качестве материала которой используют нативную форму гиалуроновой кислоты.
Известен имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины (RU 2597085 C2) на основе растительного полисахарида - пектина со степенью этерификации не более 50% и белков внутриклеточного матрикса - коллагенов I и IV типов.
Известна матрица для регенерации мягких тканей (RU 2526182 C1), состоящая из фотополимеризующейся композиции на основе олигомеров метакрилового ряда.
Недостатками использования ныне существующих биополимерных матриц являются высокая стоимость, иммунологические реакции, труднодоступность материала, риск инфицирования, в случае матриц на основе природного происхождения; отсутствие четко структурированной пространственной организации волокон в случае синтетических полимерных матриц для заживления кожи.
Прототипом является композиция биорезорбируемого 3D-матрикса для восстановления дефектов костной ткани (RU 2762511 C1)
Недостатком прототипа является то, что его состав и форма разработаны для целей восстановления костных дефектов, и не подходят для восстановления кожных покровов.
Задачей изобретения является разработка кожной 3D-матрицы с целью восстановления дефектов кожи.
Технический результат заключается в разработке оптимального состава и параметров формы кожной 3D-матрицы для заживления повреждений ткани кожи, обеспечение безопасности ее применения.
Технический результат достигается тем, что 3D-матрица имеет заданную пространственную организацию 90° по осям x, y, z с образованием микроячеек, в совокупности составляющих объемную ячеистую сетку со стороной ячейки в 1,5 мм, диаметром нити 0,3 мм, высота слоя при печати которой составляет 0,05 мм, а композиция биорезорбируемой 3D-матрицы для восстановления дефектов кожи включает следующие компоненты, в массовых долях:
Поликапролактон (PCL) - 85,0
Полиэтиленгликоль 4000 (PEG) - 10,0
Полилактид (PLA) - 5,0.
Сама 3D-матрица является трехмерным объектом, напечатанным на 3D-принтере, с четко заданной пространственной организацией (90° по осям x, y, z) с образованием микроячеек, в совокупности составляющих объемную ячеистую сетку со стороной ячейки в 1,5 мм, диаметром нити 0,3 мм, высота слоя при печати которой составляет 0,05 мм.
Разрабатываемая 3D-матрица для восстановления повреждений кожи позволяет напечатать имплантаты необходимого размера на 3D-принтере, реализуя принцип персонализированной медицины. 3D-матрицы не требуют специальных условий для хранения, так как изготавливаются индивидуально, непосредственно перед применением, герметично упаковываются и стерилизуются. 3D-матрица производится в асептических условиях и передается заказчику в стерильной упаковке.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЯСНЯЕТСЯ ФИГУРАМИ (Фиг. 1-3)
На фиг. 1 Биодеградируемая трехмерная конструкция вид сверху.
На фиг. 2 Биодеградируемая трехмерная конструкция вид сбоку.
На фиг. 3 3D-модель биодеградируемой трехмерной конструкции.
Конструкция состоит из нитей композитного поликапролактона, расположенных взаимно перпендикулярно по трем осям, образуя в совокупности объемную ячеистую сетку со стороной ячейки в 1,5 мм, диаметром нити 0,3 мм, высота слоя при печати которой составляет 0,05 мм.
Исходными материалами для изготовления 3D-матрицы являются следующие компоненты, в массовых долях: поликапролактон (PCL) - 85,0; полиэтиленгликоль 4000 (PEG) - 10,0; полилактид (PLA) - 5,0. Исходные материалы в заданной пропорции закладываются в экструзионную линию для изготовления пластиковой нити для 3D принтера. После чего, полученная нить используется для печати 3D-матрицы на 3D-принтере.
Напечатанная 3D-матрица для заживления дефектов кожных покровов используется следующим образом: хирургически подготовленная раневая поверхность измеряется хирургом, затем в условиях стерильности вскрывается упаковка с 3D-матрицей, при необходимости ей придается форма, соответствующая раневому дефекту стерильным инструментом. После этого 3D-матрица накладывается на раневой дефект, фиксируется к краям раневой поверхности швами, для предупреждения смещения и микроподвижности, и покрывается сверху стерильной пленкой или повязкой. В процессе перевязок хирург может добавлять на 3D-матрицу различные компоненты, в зависимости от выбранной тактики лечения повреждения (факторы роста, антисептики, и т.д.). По прошествии времени раневой дефект заполняется собственной тканью, а композиция на основе поликапролактона, из которого состоит 3D-матрица, биодеградирует под воздействием макрофагов организма.
В проводимом нами исследовании на 10 белых крысах линии Wistar, производилось создание повреждения кожи 1,6×1,6 см задне-латеральной поверхности задних конечностей, с последующим применением разработанной нами 3D-матрицы и закрытием сверху стерильной защитной повязкой. Хирургически подготовленная раневая поверхность измерялась хирургом, затем в условиях стерильности вскрывалась упаковка с 3D-матрицей, стерильным инструментом ей придавалась форма, соответствующая раневому дефекту. После этого 3D-матрица накладывалась на раневой дефект, и покрывалась сверху стерильной повязкой. Ежедневно производилась замена повязки и оценка состояния раны. Планиметрическое исследование площади раны осуществлялось на 0, 3, 7, 10 и 14 сутки эксперимента. Данные планиметрического исследования свидетельствуют о более быстром уменьшении площади ран в опытной группе по сравнению с контролем (исходная площадь ран была 258,2±0,4 мм2. На протяжении всего срока наблюдения площади ран в контрольной и опытной группах имели статистически значимые различия. Процесс заживления протекал быстрее в опытной группе по сравнению с контрольной. Установлено, что заживление кожной раны происходило на 10-е сутки, с формированием эстетичного рубца. Результаты планиметрического исследования представлены в табл. 1.
Для световой микроскопии материал (фрагмент кожи вместе с имплантируемой 3D-матрицей) на 3, 7, 14, 21 и 30 сутки после имплантации фиксировали в 10%-ном водном растворе нейтрального формалина. Заливку парафином и микротомирование проводили по стандартным протоколам. Срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином.
В результате гистологического исследования выявлено, что на 3-и сутки после имплантации 3D-матрицы на основе поликапролактона в дерме произошла дезорганизация волокнистых структур. При этом на поперечных срезах их форма варьировала от уплощенной до округлой. Между волокнами определялись большие межфиброзные промежутки, что может косвенно свидетельствовать о сохранении интерстициального отека к этому времени. Также в поле зрения определялось большое количество, как отдельных фибрилл, так и объединенных в волокна.
К 7-м суткам в месте имплантации наблюдалась активная миграция клеток. Клеточный состав представлен в основном лимфоцитами, многочисленными макрофагами и единичными фибробластическими клетками. При исследовании волокнистого компонента вокруг нитей каркаса определялись строго ориентированные в одном направлении коллагеновые волокна, толщина которых составила 0,13 [0,09; 0,16] мкм. Ориентация коллагеновых структур повторяла форму структур имплантата - они распространялись как циркулярно вокруг нитей каркаса, так и параллельно, прорастая между нитями поликапролактона.
На 14-й день эксперимента вокруг структур 3D-матрицы наблюдалось увеличение количества коллагеновых структур. Толщина волокна увеличилась до 0,24 [0,18; 0,84] мкм. При этом отмечена определенная пространственная закономерность - сагиттально направленные волокна располагаются более компактно, практически не имеют межволоконных промежутков. Фронтальные волокна расположены более рыхло, они тонкие и имеют большое количество разветвлений. Такая организация волокнистых структур является основой построения соединительнотканной капсулы и прорастания в нее сосудов, а также позволяет судить о завершении этапа адаптации и перестройки дермы для дальнейшего формирования соединительнотканная капсула, отделяющая каркас от окружающей ткани.
По данным гистологического исследования полная биодеградация 3D-матрицы в организме крысы наступала на 21-е сутки.
Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о том, что 3D-матрица на основе композитного поликапролактона обладает хорошей биосовместимостью, вызывает слабую воспалительную реакцию, способствует формированию соединительнотканного каркаса к 14-м суткам.
Claims (5)
1. Биодеградируемая 3D-матрица для заживления дефектов кожи на основе композитного поликапролактона, включающая в себя изготовление 3D-матрицы путем печати на 3D-принтере, отличающаяся тем, что имеет заданную пространственную организацию 90° по осям x, y, z с образованием микроячеек, в совокупности составляющих объемную ячеистую сетку со стороной ячейки в 1,5 мм, диаметром нити 0,3 мм, высота слоя при печати которой составляет 0,05 мм.
2. Биодеградируемая 3D-матрица по п.1, включающая следующие компоненты, в массовых долях:
Поликапролактон (PCL) – 85,0
Полиэтиленгликоль 4000 (PEG) – 10,0
Полилактид (PLA) – 5,0.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786443C1 true RU2786443C1 (ru) | 2022-12-21 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597085C2 (ru) * | 2013-11-07 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) | Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты) |
| WO2017103261A1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Bsn Medical Gmbh | Wound care product with ecm layer |
| US20170360551A1 (en) * | 2015-03-04 | 2017-12-21 | Chang Liu | Full-function artificial organ fitting body as well as preparation and culture methods thereof |
| RU2762511C1 (ru) * | 2021-04-29 | 2021-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр» | Композиция биорезорбируемого 3d-матрикса для восстановления дефектов костной ткани |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597085C2 (ru) * | 2013-11-07 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) | Имплантируемый матриксный материал для регенеративной медицины и способ его получения (варианты) |
| US20170360551A1 (en) * | 2015-03-04 | 2017-12-21 | Chang Liu | Full-function artificial organ fitting body as well as preparation and culture methods thereof |
| WO2017103261A1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Bsn Medical Gmbh | Wound care product with ecm layer |
| RU2762511C1 (ru) * | 2021-04-29 | 2021-12-21 | Общество с ограниченной ответственностью «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр» | Композиция биорезорбируемого 3d-матрикса для восстановления дефектов костной ткани |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2343806C (en) | Collagenous tissue compositions | |
| CN105664257B (zh) | 一种修复区稳固的复合软组织修复材料 | |
| CA2173546C (en) | Medical materials and manufacturing methods thereof | |
| Mouthuy et al. | Fabrication of continuous electrospun filaments with potential for use as medical fibres | |
| EP2409669A1 (en) | Mastopexy and breast reconstruction prostheses | |
| Bucciarelli et al. | Use of Bombyx mori silk fibroin in tissue engineering: From cocoons to medical devices, challenges, and future perspectives | |
| WO1996015818A1 (en) | Biopolymer foams having extracellular matrix particulates | |
| CA2777791A1 (en) | Methods for treating a patient using a bioengineered flat sheet graft prostheses | |
| JPH09500298A (ja) | 埋込型プロステーシス、キットおよびそれを製造するための装置 | |
| AU2001291092A1 (en) | Bioengineered flat sheet graft prosthesis and its use | |
| KR20110013419A (ko) | 가공된 양막 조직을 포함하는 유착 방지 배리어 상처 드레싱 및 이를 사용하는 방법 | |
| JPH06506366A (ja) | 植設可能な生体吸収性部材 | |
| CN110193098B (zh) | 一种多层梯度生物膜及其制备方法 | |
| US20200324021A1 (en) | 3D Printed Scaffold Structures and Methods of Fabrication | |
| CN108409938A (zh) | 一种新型可降解聚氨酯生物材料及其制备方法和应用 | |
| Ayala et al. | Evaluation of a bioengineered construct for tissue engineering applications | |
| AU2012276050B2 (en) | Flat self-curling permeable sheet membrane | |
| RU2786443C1 (ru) | Биодеградируемая 3D-матрица для заживления дефектов кожи на основе композитного поликапролактона | |
| Huang et al. | Reconstruction of large-size abdominal wall defect using biodegradable poly-p-dioxanone mesh: an experimental canine study | |
| CN109865159A (zh) | 一种蚕丝网状支架及其制备方法和应用 | |
| CN115501396B (zh) | 可降解组织支架及其制备方法与用途 | |
| Madiwale et al. | Advances of Textiles in Tissue Engineering Scaffolds | |
| CN116269868A (zh) | 一种用于牙槽骨再生的口腔修复膜及其制备方法 | |
| JP2023526504A (ja) | 少なくとも１つのエラストマーマトリックスおよび非硫酸化多糖を含む生体材料およびその使用 | |
| CN116963787A (zh) | 多层胶原结构 |