RU2802139C1 - Method and an apparatus for sterilization of tendon transplants - Google Patents
Method and an apparatus for sterilization of tendon transplants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802139C1 RU2802139C1 RU2022128646A RU2022128646A RU2802139C1 RU 2802139 C1 RU2802139 C1 RU 2802139C1 RU 2022128646 A RU2022128646 A RU 2022128646A RU 2022128646 A RU2022128646 A RU 2022128646A RU 2802139 C1 RU2802139 C1 RU 2802139C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sterilization
- reactor
- graft
- pressure
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к области медицины, а именно к медицинским биотехнологиям, и может быть использовано для получения стерильного криоконсервированного аллогенного трансплантата сухожилия для последующего применения в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, реконструктивной микрохирургии.The invention relates to medicine, namely to medical biotechnology, and can be used to obtain a sterile cryopreserved allogeneic tendon graft for subsequent use in traumatology, orthopedics, maxillofacial surgery, reconstructive microsurgery.
Уровень техникиState of the art
Обеспечение биологической безопасности является важным критерием при производстве трансплантатов на основе аллогенных тканей. Неотъемлемой характеристикой биологически безопасных изделий является их стерильность, отсутствие инфекционных и иммунологических осложнений при использовании трансплантата. Многие трансплантаты на основе аллогенных тканей (кость, твердая мозговая оболочка, перикард) выполняют барьерную и биомеханическую функции, без активной функциональной нагрузки. Напротив, использование аллогенных сухожилий подразумевает их активное участие в работе опорно-двигательного аппарата, что требует сохранения структурно-функциональных свойств сухожилия после всех процедур производства трансплантата, включая стерилизацию, в результате которой происходит значимое повреждение структуры соединительной ткани трансплантата [G.C. Soaresa, D.A. Learmonth, M.C. Vallejo, S. P. Davila, P. González, R.A. Sousa, A.L. Oliveira, Supercritical CO2 technology: The next standard sterilization technique? // Materials Science and Engineering. 2019. 99: 520-540]. В этой связи, актуальным является разработка эффективного способа стерилизации сухожилий, обеспечивающего сохранение биомеханических функций, включая сохранение прочностных характеристик и целостности соединительной ткани сухожилия, структуры волокон в составе трансплантата. Кроме того, распространенные способы стерилизации медицинских изделий, как правило, необратимо нарушают способность ДНК к репликации и транскрипции в связи с воздействием стерилизующих факторов, которые в равной степени затрагивают как патогенные микроорганизмы, так и собственные клетки трансплантата. В этой связи важным является разработка способа, обеспечивающего сохранение жизнеспособности клеток сухожилия в процессе стерилизации для обеспечения нормального приживления и функционирования трансплантата.Ensuring biological safety is an important criterion in the production of transplants based on allogeneic tissues. An integral characteristic of biologically safe products is their sterility, the absence of infectious and immunological complications when using a transplant. Many grafts based on allogeneic tissues (bone, dura mater, pericardium) perform barrier and biomechanical functions without active functional load. On the contrary, the use of allogeneic tendons implies their active participation in the functioning of the musculoskeletal system, which requires the preservation of the structural and functional properties of the tendon after all transplant production procedures, including sterilization, which results in significant damage to the connective tissue structure of the transplant [G.C. Soaresa, D.A. Learmonth, M.C. Vallejo, S. P. Davila, P. González, R.A. Sousa, A.L. Oliveira, Supercritical CO2 technology: The next standard sterilization technique? // Materials Science and Engineering. 2019. 99: 520-540]. In this regard, it is relevant to develop an effective method for tendon sterilization, which ensures the preservation of biomechanical functions, including the preservation of the strength characteristics and integrity of the tendon connective tissue, the structure of the fibers in the graft. In addition, common methods of sterilization of medical devices, as a rule, irreversibly impair the ability of DNA to replicate and transcribe due to the influence of sterilizing factors that equally affect both pathogenic microorganisms and the transplant's own cells. In this regard, it is important to develop a method that ensures the preservation of the viability of tendon cells during sterilization to ensure normal engraftment and functioning of the graft.
Из уровня техники известны способ и установка для стерилизации трансплантатов сухожилий с помощью гамма-излучения и пучка электронов [E.Y. Elenes, S.A. Hunter Soft-tissue allografts terminally sterilized with an electron beam are biomechanically equivalent to aseptic, nonsterilized tendons //J Bone Joint Surg Am. 2014. Vol.96, №16. Р. 1321-1326]. Воздействие на сухожилия проводят излучением 17,1-21,0 КГр с последующей лиофилизацией полученных трансплантатов. При этом для стерилизации используется промышленная установка с линейным ускорителем частиц Electron Beam Accelerator (LAE-10; 10 MeV), содержащая излучатель, линейный ускоритель, систему СВЧ-питания, высоковольтного питания, блок автоматизированной системы управления, теплообменник с термостатированной водой, теплообменник с нетермостатированной водой, пост форвакуумный ТВП-К (передвижной). Линейный ускоритель содержит рабочую камеру с подвижной лентой для размещения трансплантата. Для стерилизации трансплантаты помещают в индивидуальные непроницаемые пакеты. Процесс стерилизации проводят при температуре около -70°С, поддерживаемой с использованием сухого льда. Средняя продолжительность процедуры стерилизации составляет 30 секунд. Однако данный способ требует предварительного высушивания сухожилий, не учитывает при обработке возможное повреждение топографии коллагена, образования белковых сшивок под действием излучения, не содержит данных гистологической картины трансплантатов после стерилизации. Кроме того, лиофилизация сухожилия, используемая при производстве трансплантата, вызывает ломкость коллагеновых волокон, что приводит к значительному снижению биомеханических свойств трансплантатов сухожилий. Показано, что после лиофилизации в сухожилиях наблюдается распад и фрагментация коллагеновых волокон, нарушается исходная топография коллагена, происходит гомогенизация коллагена на больших участках трансплантата и образование многочисленных участков разрушенной ткани, приводит к гибели клеток. Лиофилизированные сухожилия теряют до 40% исходной прочности, при этом диаметр волокон изменяется в 3-4 раза по сравнению с исходным - лиофилизация и регидротации вызывают как истончение волокон, так и их резкое набухание. Все это приводит к значительному нарушению исходной архитектоники волокон и негативно влияет на конечный клинический эффект аллотрансплантатов. The prior art method and apparatus for sterilizing tendon grafts using gamma radiation and an electron beam [E.Y. Elenes, S.A. Hunter Soft-tissue allografts terminally sterilized with an electron beam are biomechanically equivalent to aseptic, nonsterilized tendons //J Bone Joint Surg Am. 2014. Vol.96, No.16. R. 1321-1326]. The impact on the tendons is carried out by radiation of 17.1-21.0 KGy, followed by lyophilization of the obtained grafts. In this case, an industrial installation with a linear particle accelerator Electron Beam Accelerator (LAE-10; 10 MeV) is used for sterilization, containing an emitter, a linear accelerator, a microwave power supply system, a high-voltage power supply, an automated control system unit, a heat exchanger with water, forevacuum post TVP-K (mobile). The linear accelerator contains a working chamber with a movable belt for graft placement. For sterilization, the grafts are placed in individual impermeable bags. The sterilization process is carried out at a temperature of about -70°C, maintained using dry ice. The average duration of the sterilization procedure is 30 seconds. However, this method requires preliminary drying of the tendons, does not take into account the possible damage to the topography of collagen, the formation of protein crosslinks under the action of radiation during processing, and does not contain data on the histological picture of transplants after sterilization. In addition, the lyophilization of the tendon used in the manufacture of the graft causes fragility of the collagen fibers, which leads to a significant decrease in the biomechanical properties of the tendon grafts. It has been shown that after lyophilization in the tendons there is a breakdown and fragmentation of collagen fibers, the initial topography of collagen is disturbed, collagen is homogenized in large areas of the graft and the formation of numerous areas of destroyed tissue leads to cell death. Lyophilized tendons lose up to 40% of their original strength, while the diameter of the fibers changes by 3-4 times compared to the original - lyophilization and rehydration cause both thinning of the fibers and their sharp swelling. All this leads to a significant disruption of the original fiber architectonics and negatively affects the final clinical effect of allografts.
Перспективным для стерилизации аллотрансплантатов является использование сверхкритического диоксида углерода (СК СО2). Сверхкритическая среда (СКС) представляет собой особую агрегатную форму вещества при давлении и температуре выше его критической точки. СКС сочетают свойства жидкости и газа. В частности, СКС, благодаря низкой вязкости, обладают высокой проникающей способностью, близкой к газам, вследствие чего могут легко диффундировать в ткани. В то же время СКС обладают плотностью, близкой к жидкостям, обладают высоким растворяющим потенциалом и могут рассматриваться как экологически чистая, нетоксичная замена органическим растворителям. Стерилизация в среде СК СО2 позволяет добиться такого же эффекта инактивации вирусов, бактерий, микроскопических грибов и спор, что и при ионизирующем излучении.Promising for the sterilization of allografts is the use of supercritical carbon dioxide (SC CO 2 ). Supercritical fluid (SCS) is a special aggregate form of matter at pressure and temperature above its critical point. SCS combine the properties of liquid and gas. In particular, SCS, due to their low viscosity, have a high penetrating ability, close to gases, as a result of which they can easily diffuse into tissues. At the same time, SCS have a density close to liquids, have a high dissolving potential, and can be considered as an environmentally friendly, non-toxic replacement for organic solvents. Sterilization in the medium of SC CO 2 makes it possible to achieve the same effect of inactivation of viruses, bacteria, microscopic fungi and spores as with ionizing radiation.
В частности, из уровня техники известен способ и установка для стерилизации трансплантатов сухожилий [T. Baldini, K. Caperton, M. Hawkins, E. McCarty Effect of a novel sterilization method on biomechanical properties of soft tissue allografts // Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2016. Vol. 24. P. 3971-3975], включающие воздействие на упакованные трансплантаты сверхкритическим диоксидом углерода. Стерилизацию проводят на установке, содержащей пневмоуправляемый газ-бустер, подсоединенный к баллону с СО2; краны, капилляры и манометр для подачи СО2 в реактор; реактор 600 мл с контролем температуры и краном для сброса давления. Однако в данной публикации отсутствует информация об условиях стерилизации, включая параметры обработки сверхкритическим диоксидом углерода, не показано влияние стерилизации на структуру соединительной ткани.In particular, the prior art method and apparatus for sterilizing tendon grafts [T. Baldini, K. Caperton, M. Hawkins, E. McCarty Effect of a novel sterilization method on biomechanical properties of soft tissue allografts // Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2016. Vol. 24. P. 3971-3975], including exposure of packed grafts to supercritical carbon dioxide. Sterilization is carried out on an installation containing a pneumatically controlled booster gas connected to a CO 2 cylinder; taps, capillaries and pressure gauge for supplying CO 2 to the reactor; 600 ml reactor with temperature control and pressure relief valve. However, this publication lacks information on sterilization conditions, including supercritical carbon dioxide treatment parameters, and does not show the effect of sterilization on the connective tissue structure.
Из уровня техники известен способ и установка для стерилизации сухожилий с использованием сверхкритического диоксида углерода в жидкой среде [A. White, D. Burns, T. W. Christensen Effective terminal sterilization using supercritical carbon dioxide // Journal of Biotechnology. 2006. 123: 504-515]. Стерилизацию аллогенных трансплантатов на основе мягких тканей проводят в присутствии специального реагента, содержащего перуксусную кислоту в концентрации от 13,5% до 18,5% и перекись водорода в концентрации от 4,5% до 6%, перед процедурой стерилизации осуществляют увлажнение камеры с трансплантатами в течение 2 часов. Стерилизацию трансплантатов сухожилий проводят при температуре 35°С в течение 2 часов при давлении 97 атм. Способ осуществляют с использованием аппарата для стерилизации, который включает стандартный баллон с двуокисью углерода, воздушный компрессор, систему клапанов и фильтров, реактор, систему для отведения диоксида углерода.The prior art method and apparatus for sterilizing tendons using supercritical carbon dioxide in a liquid medium [A. White, D. Burns, T. W. Christensen Effective terminal sterilization using supercritical carbon dioxide // Journal of Biotechnology. 2006. 123: 504-515]. Sterilization of allogeneic grafts based on soft tissues is carried out in the presence of a special reagent containing peracetic acid at a concentration of 13.5% to 18.5% and hydrogen peroxide at a concentration of 4.5% to 6%; before the sterilization procedure, the chamber with grafts is moistened within 2 hours. Sterilization of tendon grafts is carried out at a temperature of 35°C for 2 hours at a pressure of 97 atm. The method is carried out using a sterilization apparatus, which includes a standard carbon dioxide cylinder, an air compressor, a valve and filter system, a reactor, a system for removing carbon dioxide.
Данный способ позволяет получать биологически безопасные трансплантаты, однако требует использования реагентов, способных нарушать структуру коллагена в составе сухожилий. В данной публикации также отсутствует информация об условиях стерилизации, включая продолжительность и уровень давления при стерилизации, не показано влияние стерилизации на структуру соединительной ткани, отсутствуют данные гистологической картины трансплантатов после стерилизации. Кроме того, известный способ не может быть использован для стерилизации трансплантатов, предназначенных для криохранения, не учитывает необходимость карантинизации трансплантатов.This method makes it possible to obtain biologically safe grafts, however, it requires the use of reagents that can disrupt the structure of collagen in the tendons. This publication also lacks information on the conditions of sterilization, including the duration and level of pressure during sterilization, does not show the effect of sterilization on the structure of the connective tissue, and there is no data on the histological picture of grafts after sterilization. In addition, the known method cannot be used for sterilization of grafts intended for cryopreservation, does not take into account the need for quarantine grafts.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ и установка для стерилизации аллогенных тканевых трансплантатов [Perrut, M. (2012). Sterilization and virus inactivation by supercritical fluids (a review). The Journal of Supercritical Fluids, 66, 359-371. doi:10.1016/j.supflu.2011.07.007], основанные на обработке сверхкритическим диоксидом углерода биомедицинских изделий, находящихся внутри специального контейнера (корзины). Для стерилизации газообразный диоксид углерода сжимают с помощью компрессора до определенного давления. После чего газ под давлением поступает в автоклав с термостатом, который предварительно нагревают до температуры перехода диоксида углерода в сверхкритическое состояние с возможным введением стерилизующей добавки (этанол, перекись водорода, уксусная или надуксусная кислота, вода). Исходный образец (биополимеры, аллогенные трансплантаты) помещают в реактор, который представляет собой емкость, оборудованную системой быстрого закрытия и имеющую контейнер (корзину) для загрузки и выгрузки материала. Реактор также оборудован фильтрами, непроницаемыми для патогенов, через которые пропускают сверхкритический флюид диоксида углерода с заданной температурой (от 20 до 80°С) и давлением (от 150-300 атм), время стерилизации составляет от 10 до 170 мин. По окончании стерилизации давление сбрасывают до атмосферного. Результаты исследования показали, что полученный после обработки материал не содержит жизнеспособных вирусных патогенов (HIV-1, Sindbis, Polio Sabin 1 типа, Pseudorabies), а также большого спектра исследуемых бактериальных патогенов. Такой подход позволяет стерилизовать нелиофилизированные трансплантаты внутри стерильных контейнеров и получать биобезопасные изделия. В публикации отмечено, что проблемы использования данного способа стерилизации аллогенных трансплантатов заключаются в потере стерильных свойств материала при его извлечении из реактора (контейнера), что не позволяет готовить стерильные трансплантаты, пригодные для длительного хранения путем криоконсервирования, требует использования специальных контейнеров (корзин). Кроме того, в способе не указаны режимы декомпрессии, отсутствует информация о полученной структурной целостности тканей трансплантата, жизнеспособности клеток в их составе, функциональных свойствах мягкотканных трансплантатов. Closest to the claimed invention is a method and apparatus for sterilizing allogeneic tissue grafts [ Perrut, M. (2012). Sterilization and virus inactivation by supercritical fluids (a review). The Journal of Supercritical Fluids, 66, 359-371. doi:10.1016/j.supflu.2011.07.007 ], based on the treatment of biomedical products inside a special container (basket) with supercritical carbon dioxide. For sterilization, gaseous carbon dioxide is compressed with a compressor to a certain pressure. After that, the gas under pressure enters the autoclave with a thermostat, which is preheated to the temperature of the transition of carbon dioxide to the supercritical state with the possible introduction of a sterilizing additive (ethanol, hydrogen peroxide, acetic or peracetic acid, water). The initial sample (biopolymers, allogeneic transplants) is placed in a reactor, which is a container equipped with a quick closing system and having a container (basket) for loading and unloading the material. The reactor is also equipped with pathogen-tight filters through which supercritical carbon dioxide fluid is passed at a given temperature (from 20 to 80°C) and pressure (from 150-300 atm), the sterilization time is from 10 to 170 minutes. At the end of sterilization, the pressure is released to atmospheric pressure. The results of the study showed that the material obtained after processing does not contain viable viral pathogens (HIV-1, Sindbis, Polio Sabin type 1, Pseudorabies), as well as a wide range of studied bacterial pathogens. This approach makes it possible to sterilize non-lyophilized grafts inside sterile containers and obtain biosafe products. The publication noted that the problems of using this method of sterilization of allogeneic transplants are the loss of the sterile properties of the material when it is removed from the reactor (container), which does not allow the preparation of sterile transplants suitable for long-term storage by cryopreservation, requires the use of special containers (baskets). In addition, the method does not specify decompression modes, there is no information about the obtained structural integrity of the graft tissues, the viability of cells in their composition, and the functional properties of soft tissue grafts.
Технической проблемой является устранение перечисленных выше недостатков известных технических решений и разработка способа и установки для стерилизации трансплантатов аллогенных сухожилий, пригодных для криоконсервирования, с получением безопасного аллогенного трансплантата сухожилия, имеющего структурные и механические свойства, сходные с нативным сухожилием, сохраняющего жизнеспособность клеток и ткани после стерилизации и при длительном (до 1 года) хранении при сверхнизких температурах.The technical problem is the elimination of the above disadvantages of the known technical solutions and the development of a method and apparatus for sterilizing allogeneic tendon grafts suitable for cryopreservation, with the production of a safe allogeneic tendon graft having structural and mechanical properties similar to native tendon, preserving cell and tissue viability after sterilization and long-term (up to 1 year) storage at ultra-low temperatures.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является получение стерильного аллогенного трансплантата сухожилия с возможностью длительного хранения при сверхнизких температурах, при этом сохраняющего нативную структуру ткани и физико-механические свойства.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to obtain a sterile allogeneic tendon graft with the possibility of long-term storage at ultra-low temperatures, while maintaining native tissue structure and physical and mechanical properties.
Технический результат достигается при использовании способа стерилизации трансплантатов сухожилий, согласно которому сухожилия обрабатывают (пропитывают) криоконсервирующим раствором, упаковывают, помещая трансплантат сначала в первый полиэтиленовый криопакет с перфорациями, проницаемыми для газа и жидкости, затем во второй криопакет, выполненный, по меньшей мере с одним отверстием, расположенным предпочтительно в верхней части криопакета, также выполненным проницаемым для газа и жидкости, затем криопакеты с трансплантатом помещают в медицинские пакеты, предназначенные для стерилизации в газообразной среде, проницаемые в закрытом виде для соответствующего стерилизующего агента и непроницаемые для микроорганизмов; медицинские пакеты с трансплантатом герметично запаивают с последующей стерилизацией упакованного трансплантата в реакторе в среде сверхкритического диоксида углерода в течение не менее 1 часа, при этом в процессе стерилизации давление повышают по меньшей мере до 100 атм. (10,13 Мпа), завершают процесс стерилизации понижением давления до исходного значения со скоростью не более не более 0,4 атм (0,041 Мпа) в минуту. The technical result is achieved by using a method for sterilizing tendon grafts, according to which the tendons are treated (impregnated) with a cryopreservative solution, packaged by placing the graft first in the first plastic cryopack with perforations permeable to gas and liquid, then in the second cryopack, made with at least one an opening located preferably in the upper part of the cryopackage, also made permeable to gas and liquid, then the cryopackets with the graft are placed in medical bags intended for sterilization in a gaseous medium, permeable in closed form for the corresponding sterilizing agent and impermeable to microorganisms; medical packages with a transplant are hermetically sealed, followed by sterilization of the packed transplant in a reactor in an environment of supercritical carbon dioxide for at least 1 hour, while during the sterilization process the pressure is increased to at least 100 atm. (10.13 MPa), complete the sterilization process by lowering the pressure to the initial value at a rate of not more than 0.4 atm (0.041 MPa) per minute.
Сухожилия обрабатывают консервирующим раствором вне криопакета в стерильных условиях (в ламинарном шкафу). В качестве консервирующего раствора используют раствор, обеспечивающий криопротекцию живых клеток от заморозки при минус 80°С, например, 10% раствор ДМСО, или 10 % раствор ПЭГ- 400, или их комбинацию. Для обработки трансплантат сухожилия погружают в криоконсервант и выдерживают примерно в течение 30 минут, периодически встряхивая. После пропитки сухожилия консервирующим раствором излишки криопротектора с поверхности ткани удаляют стерильной салфеткой. Затем трансплантаты сухожилий переносят в криопакеты. В качестве криопакетов используют пакеты, характеризующиеся устойчивостью к сверхнизким температурам, обеспечивающие прозрачность и эластичность, а также стойкость к механическим воздействиям, например, контейнеры серии CryoStore (Origen Biomedical Inc., США), артикулы CS50N, CS250N, CS500N, CS750N, CS1000N, CS2000N, https://www.delrus.ru/catalog/kletochnye-tekhnologii/raskhodnye-materialy-dlya-kletochnykh-tekhnologiy/2-raskhodnye-materialy-dlya-podgotovki-stvolovykh-kletok-k-zamorozke/41740-meshok-dlya-glubokoy-zamorozki-kletok-i-tkaney-196-s-obyem-750-ml/. В качестве медицинских упаковочных пакетов для стерилизации используют пакеты из бумаги высокой плотности, например, 60 гр/м2, с двойным слоем пленки из полиэстера/полипропилена, например, пакеты комбинированные в рулонах «СтериТ®» (Винар, Россия), ТУ 9398-083-11764404-2011, https://www.deznet.ru/catalog/upakovochnyy_material/rulony_ploskie/83688/, или https://www.sigma-med.ru/catalog/emkosti-i-pakety-dlia-sterilizatcii-i-dezinfektcii/rulon_kombinirovannyy_so_skladkoy_sterit_400mm_kh_80mm_kh_100m/. Для эффективной стерилизации упакованных трансплантатов криопакеты должны содержать перфорации или отверстия для свободного выхода влаги и газов в процессе стерилизации, а также при последующей разморозке после криохранения. В одном из вариантов осуществления изобретения размеры отверстий первого криопакета для упаковки сухожилий составляют предпочтительно от 0,5 - 1,2 мм, которые относительно равномерно распределены по длине трансплантата. Отверстие во втором криопакете может быть сформировано в виде незапаянной части пакета, длиной 0,5 - 5,0 см.The tendons are treated with a preservative solution outside the cryopackage under sterile conditions (in a laminar cabinet). As a preservative solution, a solution is used that provides cryoprotection of living cells from freezing at minus 80°C, for example, 10% DMSO solution, or 10% PEG-400 solution, or a combination thereof. For processing, the tendon graft is immersed in cryopreservation and incubated for approximately 30 minutes, shaking occasionally. After impregnation of the tendon with a preservative solution, excess cryoprotectant is removed from the tissue surface with a sterile napkin. The tendon grafts are then transferred into cryopacks. As cryopackages, packages are used that are resistant to ultra-low temperatures, providing transparency and elasticity, as well as resistance to mechanical stress, for example, containers of the CryoStore series (Origen Biomedical Inc., USA), articles CS50N, CS250N, CS500N, CS750N, CS1000N, CS2000N , https://www.delrus.ru/catalog/kletochnye-tekhnologii/raskhodnye-materialy-dlya-kletochnykh-tekhnologiy/2-raskhodnye-materialy-dlya-podgotovki-stvolovykh-kletok-k-zamorozke/41740-meshok-dlya -glubokoy-zamorozki-kletok-i-tkaney-196-s-obyem-750-ml/. As medical packaging bags for sterilization, high-density paper bags are used, for example, 60 g / m 2 , with a double layer of polyester / polypropylene film, for example, SteriT® combined bags in rolls (Vinar, Russia), TU 9398- 083-11764404-2011, https://www.deznet.ru/catalog/upakovochnyy_material/rulony_ploskie/83688/, or https://www.sigma-med.ru/catalog/emkosti-i-pakety-dlia-sterilizatcii- i-dezinfektcii/rulon_kombinirovannyy_so_skladkoy_sterit_400mm_kh_80mm_kh_100m/. For effective sterilization of packaged grafts, cryopackets must contain perforations or holes for the free exit of moisture and gases during sterilization, as well as during subsequent defrosting after cryopreservation. In one of the embodiments of the invention, the openings of the first tendon pack are preferably between 0.5 and 1.2 mm, which are relatively evenly distributed along the length of the graft. The hole in the second cryopackage can be formed in the form of a non-sealed part of the package, 0.5 - 5.0 cm long.
Для стерилизации одновременно с трансплантатом, например, размером до 20 см формируют, по меньшей мере, два образца сухожилия размером до 1 см для последующего исследования образцов на стерильность и токсичность после их заморозки, при этом образцы упаковывают и обрабатывают одновременно с трансплантатом в аналогичных условиях. For sterilization simultaneously with a graft, for example, up to 20 cm in size, at least two tendon samples up to 1 cm in size are formed for subsequent testing of samples for sterility and toxicity after freezing, while the samples are packaged and processed simultaneously with the graft under similar conditions.
Для стерилизации в среде сверхкритического диоксида углерода упакованный трансплантат погружают в реактор повышенного давления, представляющий собой емкость из нержавеющей стали с герметичной крышкой, содержащей клапан для подачи СО2. В одном из вариантов осуществления изобретения для стерилизации реактор нагревают до температуры 35°С, после чего в него через клапан в крышке подают диоксид углерода при помощи компрессора до итогового давления в реакторе 100 атм., продолжительность стерилизации составляет по меньшей мере 1 час при указанной температуре, завершают процесс стерилизации понижением давления (декомпрессией) до исходного значения со скоростью от 0,1 до 0,4 атм. в минуту, например, со скоростью 0,125 атм. в минуту.For sterilization in an environment of supercritical carbon dioxide, the packed graft is immersed in a pressurized reactor, which is a stainless steel container with a sealed lid containing a valve for supplying CO 2 . In one of the embodiments of the invention, for sterilization, the reactor is heated to a temperature of 35 ° C, after which carbon dioxide is fed into it through a valve in the lid using a compressor to a total pressure in the reactor of 100 atm., The sterilization time is at least 1 hour at the specified temperature , complete the sterilization process by lowering the pressure (decompression) to the initial value at a rate of 0.1 to 0.4 atm. per minute, for example, at a speed of 0.125 atm. in a minute.
После стерилизации сухожилия замораживают и хранят при температуре минус 80°С.After sterilization, the tendons are frozen and stored at minus 80°C.
Технический результат достигается также при использовании установки для стерилизации трансплантатов сухожилий, включающей, по меньшей мере, один реактор, снабженный крышкой, выполненный с возможностью размещения в нем упакованного трансплантата сухожилия и проведения стерилизации в среде сверхкритического диоксида углерода при давлении до 100 атм.; генератор давления или электрический насос, с одной стороны подключенный к источнику СО2, с другой - к реактору через клапан, или штуцер, или капилляр, снабженный исполнительным механизмом, выполненным с возможностью подачи диоксида углерода в реактор под давлением для обеспечения процесса стерилизации и сброса давления в реакторе по окончании процесса стерилизации со скоростью не более 0,125 атм/мин.The technical result is also achieved when using a device for sterilization of tendon grafts, including at least one reactor equipped with a lid, made with the possibility of placing a packed tendon graft in it and carrying out sterilization in an environment of supercritical carbon dioxide at a pressure of up to 100 atm .; a pressure generator or an electric pump, on the one hand connected to a source of CO 2 , on the other hand, to the reactor through a valve, or fitting, or capillary, equipped with an actuator capable of supplying carbon dioxide to the reactor under pressure to ensure the sterilization process and pressure relief in the reactor at the end of the sterilization process at a rate of not more than 0.125 atm/min.
Реактор выполнен в виде вертикально ориентированной цилиндрической емкости из нержавеющей стали с возможностью размещения упакованного трансплантата, имеющего длину не менее 25 см, ширину - не менее 8 см, толщину - не менее 3 см, при этом трансплантата помещен сначала в первый полиэтиленовый криопакет с перфорациями, проницаемыми для газа и жидкости. Первый пакет с трансплантатом помещен во второй криопакет, выполненный, по меньшей мере, с одним отверстием, проницаемым для газа и жидкости. Упакованный в криопакеты трансплантат помещен в медицинский упаковочный пакет, предназначенный для стерилизации в газообразной среде, проницаемый в закрытом виде для соответствующего стерилизующего агента и непроницаемый для микроорганизмов.The reactor is made in the form of a vertically oriented cylindrical container made of stainless steel with the possibility of placing a packed graft having a length of at least 25 cm, a width of at least 8 cm, a thickness of at least 3 cm, while the graft is first placed in the first polyethylene cryobag with perforations, permeable to gas and liquid. The first package with the graft is placed in the second cryopackage, made with at least one hole permeable to gas and liquid. The graft packaged in cryobags is placed in a medical packaging bag intended for sterilization in a gaseous medium, permeable in closed form for an appropriate sterilizing agent and impervious to microorganisms.
Установка может содержать блок из нескольких реакторов, соединенных между собой системой клапанов и капилляров (штуцеров).The installation may contain a block of several reactors interconnected by a system of valves and capillaries (fittings).
Реактор выполнен с возможностью подогрева до температуры перехода диоксида углерода в сверхкритическое состояние, при этом он может быть снабжен средством его электрического нагрева, или водяной рубашкой, или ПИД-регулятором температуры, или жидкостным термостатом. Реактор также может быть снабжен манометром для контроля давления сверхкритического диоксида углерода в ходе проведения стерилизации.The reactor is made with the possibility of heating to the temperature of the transition of carbon dioxide to the supercritical state, while it can be equipped with a means of its electric heating, or a water jacket, or a PID temperature controller, or a liquid thermostat. The reactor may also be provided with a pressure gauge to monitor the supercritical carbon dioxide pressure during sterilization.
Установка может быть снабжена исполнительным механизмом для регулирования давления в компрессоре, выполненным, например, в виде вентиля тонкой регулировки высокого давления или регулятора давления.The plant may be provided with an actuator for controlling the pressure in the compressor, such as a high pressure fine adjustment valve or a pressure regulator.
Установка может быть снабжена интерфейсом для обеспечения возможности дистанционного управления процессом стерилизации с периферийных устройств, блоком управления насосом подачи высокого давления в реактор.The installation can be equipped with an interface to enable remote control of the sterilization process from peripheral devices, a control unit for a high-pressure supply pump to the reactor.
Таким образом, технический результат изобретения достигается за счет использования определенных условий проведения стерилизации в среде сверхкритического диоксида углерода, включая использование «медленной» декомпрессии, в ходе которой не допускается повреждение тканей и нарушения целостности предлагаемой системы упаковки. При этом применение последовательной «тройной» упаковки трансплантата в пакеты, два из которых выполнены с отверстиями, позволяет сохранять пропитку трансплантата криопроектором до, после и в ходе всего процесса стерилизации без нарушения режима стерильности для последующего хранения при отрицательных температурах.Thus, the technical result of the invention is achieved through the use of certain conditions for sterilization in an environment of supercritical carbon dioxide, including the use of "slow" decompression, during which tissue damage and integrity of the proposed packaging system are not allowed. At the same time, the use of sequential "triple" packing of the graft in bags, two of which are made with holes, allows you to keep the impregnation of the graft with a cryoprojector before, after and during the entire sterilization process without violating the sterility regime for subsequent storage at low temperatures.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение поясняется чертежами и фотографиями, где на фигуре 1 представлена схема промышленной установки для стерилизации трансплантатов сухожилий, на фигуре 2 - портативный вариант выполнения установки, который был изготовлен для проведения исследования; на фигуре 3 представлена фотография изготовленной портативной установки для стерилизации трансплантата сухожилий, на фиг. 4 - 11 - фотографии трансплантата сухожилий, демонстрирующие этапы его упаковки перед стерилизацией. The invention is illustrated by drawings and photographs, where figure 1 shows a diagram of an industrial installation for sterilizing tendon grafts, figure 2 shows a portable version of the installation, which was made for research; Figure 3 is a photograph of a manufactured portable unit for tendon graft sterilization, FIG. 4-11 are photographs of a tendon graft showing the steps in its packaging prior to sterilization.
Позициями на фигурах обозначены: 1 - источник диоксида углерода (например, баллон с СО2), 2 - вентиль для подачи диоксида углерода к распределительному узлу или насосу; 3 - генератор давления или электрический насос высокого давления, который может быть выполнен с блоком управления, 4 - исполнительный механизм, выполненный с возможностью подачи диоксида углерода в реактор под давлением для обеспечения процесса стерилизации, который в частном случае может представлять собой вентиль регулировки высокого давления, или распределительный узел с манометром для подачи СО2 в реактор, 5 - реактор, который может быть снабжен клапанами для нагнетания давления и его сброса, а также системой контроля и управления температурой и давлением, 6 - ламинарный шкаф для размещения реакторов, 7 - исполнительный механизм, выполненный с возможностью сброса давления в реакторе по окончании процесса стерилизации (автоматизированная система сброса давления), 8 - интерфейс обмена данными для дистанционного управления установкой с периферийных устройств, 9 - периферийное устройство с программной средой контроля параметров установки (например, компьютер, или планшет, или смартфон), 10 - средство нагрева реактора (термостат).Positions in the figures indicate: 1 - source of carbon dioxide (for example, a cylinder with CO 2 ), 2 - valve for supplying carbon dioxide to the distribution unit or pump; 3 - a pressure generator or a high pressure electric pump, which can be made with a control unit, 4 - an actuator configured to supply carbon dioxide to the pressurized reactor to ensure the sterilization process, which in a particular case can be a high pressure control valve, or a distribution unit with a pressure gauge for supplying CO 2 to the reactor, 5 - a reactor that can be equipped with valves for pressurizing and releasing it, as well as a temperature and pressure monitoring and control system, 6 - a laminar flow cabinet for placing reactors, 7 - an actuator , made with the possibility of releasing pressure in the reactor at the end of the sterilization process (automated pressure relief system), 8 - data exchange interface for remote control of the installation from peripheral devices, 9 - peripheral device with a software environment for monitoring the parameters of the installation (for example, a computer or tablet, or smartphone), 10 - means of heating the reactor (thermostat).
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Способ может быть реализован с использованием установки для стерилизации сверхкритическим диоксидом углерода, как показано на фигурах 1 и 2. На фигуре 1 представлен вариант выполнения промышленной установки с набором реакторов и системой дистанционного управления процессом стерилизации, на фигуре 2 - портативный (или лабораторный) вариант выполнения установки. The method can be implemented using an installation for sterilization with supercritical carbon dioxide, as shown in figures 1 and 2. Figure 1 shows an embodiment of an industrial installation with a set of reactors and a remote control system for the sterilization process, figure 2 shows a portable (or laboratory) embodiment installation.
Установка содержит, по меньшей мере, один реактор 5 с крышкой, генератор давления или электрический насос 3, соединенный с источником диоксида углерода 2, с одной стороны, с другой - подключенный через исполнительный механизм 4 к реактору с возможностью подачи диоксида углерода под давлением для обеспечения процесса стерилизации при давлении не ниже 100 атм с возможностью контроля давления и скорости подачи в реактор диоксида углерода. The installation contains at least one reactor 5 with a lid, a pressure generator or an electric pump 3, connected to a source of carbon dioxide 2, on the one hand, on the other hand, connected through an actuator 4 to the reactor with the possibility of supplying carbon dioxide under pressure to ensure sterilization process at a pressure of at least 100 atm with the ability to control the pressure and rate of carbon dioxide supply to the reactor.
В одном из вариантов осуществления изобретения в установке может быть использован генератор давления, например, генератор высокого давления HiP (https://www.highpressure.com/products/pump-products-and-systems/specialty-pumps-and-controllers/manual-pressure-pump-generators/), представляющий собой поршневой винтовой насос с ручным управлением.In one embodiment, the plant may use a pressure generator, such as a HiP high pressure generator (https://www.highpressure.com/products/pump-products-and-systems/specialty-pumps-and-controllers/manual -pressure-pump-generators/), which is a manually operated piston pump.
В другом варианте осуществления изобретения в установке может быть использован электрический высокопроизводительный двухпоршневой насос, например, насос SFT-25, снабженный средствами контроля давления (https://www.supercriticalfluids.com/products/supercritical-fluid-extraction-products/sft-25/ )In another embodiment of the invention, the unit may use an electric, high-performance, two-piston pump, such as the SFT-25 pump, equipped with pressure controls (https://www.supercriticalfluids.com/products/supercritical-fluid-extraction-products/sft-25 / )
В качестве источника СО2 в портативном варианте исполнения установки может выступать баллон объемом 40 л с мембранным вентилем. В промышленном варианте осуществления установки в качестве источников СО2 могут быть использованы иные емкости и резервуары, снабженные средствами управляемой подачи газа в генератор. A 40-liter cylinder with a membrane valve can serve as a source of CO 2 in a portable version of the installation. In the industrial embodiment of the installation, other containers and reservoirs equipped with means of controlled gas supply to the generator can be used as CO 2 sources.
Используемый в установке реактор 5 выполнен с возможностью размещения в нем упакованного трансплантата сухожилия и проведения стерилизации в среде сверхкритического диоксида углерода при давлении не менее 100 атм. (10,13 Мпа). В одном из вариантов осуществления изобретения реактор выполнен в виде вертикально ориентированной цилиндрической емкости из нержавеющей стали с возможностью подогрева до температуры не ниже 35°С. Реактор снабжен стрелочным манометром для контроля давления сверхкритического диоксида углерода в ходе проведения стерилизации. При необходимости увеличения производительности установки может быть использован блок из нескольких реакторов, соединенных между собой с помощью системы вентилей и капилляров (например, https://www.highpressure.com/products/valves-fittings-tubing/taper-seal-valves-fittings-and-tubing/low-pressure-tubing/). Для нагрева реактора до температуры перехода СО2 в сверхкритическое состояние и поддержания необходимой температуры в течение заданного времени реактор снабжен соответствующим средством 10, который может иметь различное конструктивное решение, известное из уровня техники, обеспечивающее предписанную ему функцию. В одном из вариантов осуществления изобретения в качестве такого средства могут быть использованы металлические, керамические, или сопловые электрические нагреватели или тэны, например, хомутовые или кольцевые, размещаемые со стороны внешней поверхности реактора с обеспечением плотного прилегания нагревателя к нагреваемой поверхности и контакта нагревательных элементов с корпусом реактора. Нагревательным элементом в данных устройствах является проволока высокого сопротивления. Фиксация хомутовых электрических нагревателей к реактору осуществляется стяжными креплениями двух типов (стяжка и «ушки»). Электрические нагреватели, как правило, укомплектованы термопарой для обеспечения контроля температуры нагреваемой поверхности. Возможные варианты электрических нагревателей, которые могут быть использованы в заявленном изобретении, представлены на сайтах их производителей (см. например, https://electro-nagrev.ru/catalog/promyshlennye_nagrevateli/homutovye-nagrevateli/). Мощность нагрева в одном из вариантов осуществления установки может контролироваться с помощью ПИД-регулятора ТРМ10 с RS-485 (см. например, https://owen.ru/product/trm10). Нагрев реактора может осуществляется с помощью иных средств, например, посредством погружения его в ванну с водой, снабженной жидкостным термостатом (см. например, https://www.lauda.de/ru/termostatirujushchee-oborudovanie/termostaty/nagrevajushchie-termostaty/eco-s-prozrachnoi-vannoi/product/ECO-ET-15-S) с обеспечением нагрева воды в ванной до требуемой температуры (не ниже 35°С).The reactor 5 used in the installation is made with the possibility of placing a packed tendon graft in it and carrying out sterilization in an environment of supercritical carbon dioxide at a pressure of at least 100 atm. (10.13 MPa). In one of the embodiments of the invention, the reactor is made in the form of a vertically oriented cylindrical container made of stainless steel with the possibility of heating to a temperature not lower than 35°C. The reactor is equipped with a dial gauge to control the pressure of supercritical carbon dioxide during sterilization. If it is necessary to increase the productivity of the installation, a block of several reactors connected to each other using a system of valves and capillaries can be used (for example, https://www.highpressure.com/products/valves-fittings-tubing/taper-seal-valves-fittings -and-tubing/low-pressure-tubing/). To heat the reactor to the supercritical CO 2 transition temperature and maintain the required temperature for a given time, the reactor is equipped with appropriate means 10, which can have a different design solution known from the prior art, providing its prescribed function. In one of the embodiments of the invention, metal, ceramic, or nozzle electric heaters or heating elements, for example, clamp or ring heaters, placed on the side of the outer surface of the reactor, can be used as such a means, ensuring a snug fit of the heater to the heated surface and contact of the heating elements with the housing reactor. The heating element in these devices is a high resistance wire. Clamp electric heaters are fixed to the reactor by tie-downs of two types (tie and “lugs”). Electric heaters are usually equipped with a thermocouple to control the temperature of the heated surface. Possible options for electric heaters that can be used in the claimed invention are presented on the websites of their manufacturers (see, for example, https://electro-nagrev.ru/catalog/promyshlenennye_nagrevateli/homutovye-nagrevateli/). The heating power in one of the embodiments of the installation can be controlled using the TRM10 PID controller with RS-485 (see, for example, https://owen.ru/product/trm10). The reactor can be heated by other means, for example, by immersing it in a water bath equipped with a liquid thermostat (see, for example, https://www.lauda.de/ru/termostatirujushchee-oborudovanie/termostaty/nagrevajushchie-termostaty/eco -s-prozrachnoi-vannoi/product/ECO-ET-15-S) to ensure that the water in the bathroom is heated to the required temperature (not lower than 35°C).
Реактор имеет конфигурацию, позволяющую размещать в нем упакованные трансплантаты размером не менее 20x8x3 см, как показано на фиг.11. При этом упаковка, по существу, является тройной - состоит из трех пакетов, помещенных один в другой: первого, полиэтиленового криопакета с перфорациями, проницаемыми для газа и жидкости, в который помещен трансплантат; второго криопакета, снабженного, по меньшей мере, одним отверстием, проницаемым для газа и жидкости, и выполненного с возможностью размещения в нем первого пакета с трансплантатом; третьего пакета - медицинского упаковочного пакета, выполненного с возможностью размещения в нем второго пакета. Этапы упаковки трансплантата представлены на фиг. 4 - 11.The reactor is configured to accommodate packaged grafts of at least 20x8x3 cm as shown in FIG. In this case, the package is essentially triple - it consists of three packages placed one inside the other: the first, a polyethylene cryopackage with perforations permeable to gas and liquid, in which the graft is placed; the second cryopackage, provided with at least one hole permeable to gas and liquid, and made with the possibility of placing the first package with the transplant; the third package - a medical packaging bag, made with the possibility of placing the second package in it. The stages of graft packaging are shown in Fig. 4 - 11.
Установка оснащена исполнительными механизмами 4 и 7 для регулирования давления и скорости подачи диоксида углерода из компрессора в реактор и сброса давления. В одном из вариантов осуществления изобретения установка оснащена исполнительным механизмом контроля давления (не ниже 100 атм) и скорости сброса давления (не грубее 0,125 атм/мин. или 0,041 Мпа) в ходе процесса стерилизации, представляющим собой вентиль тонкой регулировки высокого давления (например, https://www.highpressure.com/products/valves-fittings-tubing/taper-seal-valves-fittings-and-tubing/taper-seal-needle-valves/), отдельно или совместно с регулятором давления (например, https://mvif.ru/regulyatory-davleniya-go-serii-b-pr50), либо же автоматическим регулятором давления (например, https://bimedis.com/thar-abpr-200-m506058), снабженным датчиком давления, клапаном тонкой регулировки с приводом от шагового двигателя с системой управления на основе ПИД-регулятора и возможностью дистанционного управления и контроля с периферийных устройств через интерфейс обмена данными. Исполнительный механизм может быть установлен непосредственно на крышку реактора, либо подключен к реактору с помощью системы кранов и капилляров высокого давления.The plant is equipped with actuators 4 and 7 to control the pressure and rate of carbon dioxide supply from the compressor to the reactor and pressure relief. In one of the embodiments of the invention, the installation is equipped with an actuator for controlling pressure (not lower than 100 atm) and pressure release rate (not coarser than 0.125 atm / min or 0.041 MPa) during the sterilization process, which is a high pressure fine adjustment valve (for example, https ://www.highpressure.com/products/valves-fittings-tubing/taper-seal-valves-fittings-and-tubing/taper-seal-needle-valves/), alone or in combination with a pressure regulator (e.g. https: //mvif.ru/regulyatory-davleniya-go-serii-b-pr50), or an automatic pressure regulator (for example, https://bimedis.com/thar-abpr-200-m506058) equipped with a pressure sensor, a fine stepper motor driven adjustments with PID based control system and remote control and monitoring capability from peripheral devices via communication interface. The actuator can be installed directly on the reactor lid, or connected to the reactor using a system of valves and high pressure capillaries.
Управление работой установки может осуществляться дистанционно, для чего она может быть оснащена соответствующими средствами приема-передачи соответствующих сигналов с использованием сети Интернет. В частности, установка может быть снабжена интерфейсом обмена данных 8 с периферийными устройствами 9 для обеспечения возможности дистанционного управления процессом стерилизации с периферийных устройств, введения управляющих параметров всех включенных в установку устройств и исполнительных механизмов, а именно, генератора давления (насоса), реактора и механизма контроля давления и скорости сброса давления, в одну программную среду.The operation of the installation can be controlled remotely, for which it can be equipped with appropriate means of receiving and transmitting the corresponding signals using the Internet. In particular, the installation can be equipped with a data exchange interface 8 with peripheral devices 9 to enable remote control of the sterilization process from peripheral devices, the introduction of control parameters for all devices and actuators included in the installation, namely, a pressure generator (pump), a reactor and a mechanism pressure control and depressurization rate, in one software environment.
Установка может работать от сетевого или автономного источника питания.The unit can operate from mains or autonomous power supply.
Перед стерилизацией образцы сухожилий механически очищают от подкожной жировой клетчатки и мышечной ткани. Кровь донора тканей направляют на исследование наличия гемотрансмиссивных инфекций. До получения результатов исследований отобранные для последующей обработки аллотрансплантаты размещают в физиологическом растворе антибиотика, например, ванкомицина в количестве 1 г на 100 мл физ. раствора - 0,9% натрия хлора. При отсутствии гемотрансмиссивных инфекций, сухожилия обрабатывают криопротектором, стерилизуют, замораживают и хранят при температуре -80°С. Prior to sterilization, tendon specimens are mechanically cleaned of subcutaneous adipose tissue and muscle tissue. The blood of the tissue donor is sent to the study of the presence of bloodborne infections. Until the results of the studies are obtained, the allografts selected for further processing are placed in a physiological solution of an antibiotic, for example, vancomycin in an amount of 1 g per 100 ml of saline. solution - 0.9% sodium chloride. In the absence of bloodborne infections, the tendons are treated with a cryoprotectant, sterilized, frozen and stored at -80°C.
Приготовление раствора консерванта ведут с соблюдением правил асептики и антисептики в условиях ламинарного шкафа. Криоконсервант 99,8 % ДМСО разводят средой DMEM до конечной его концентрации 10%, 100% ПЭГ-400 также средой DMEM доводят до концентрации 10% или 15%. В качестве криоконсерванта может быть использована смесь растворов ДМСО и ПЭГ-400. Для приготовления смеси, например, 10 мл 100% ПЭГ-400 смешивают с 5 мл или 10 мл 99,8 % ДМСО и доводят до необходимой концентрации (10% ПЭГ-400 + 5 % или 10% ДМСО) средой DMEM до получения 100 мл. итогового раствора криоконсерванта. Пропитка сухожилий раствором криоконсерванта может проводиться в отдельных емкостях. Для более качественной пропитки емкости с трансплантатами могут быть помещены на шейкер примерно на 20-30 минут.The preparation of the preservative solution is carried out in compliance with the rules of asepsis and antisepsis in a laminar flow cabinet. The cryopreservative 99.8% DMSO is diluted with DMEM to a final concentration of 10%, 100% PEG-400 is also diluted with DMEM to a concentration of 10% or 15%. A mixture of DMSO and PEG-400 solutions can be used as a cryopreservative. To prepare a mixture, for example, 10 ml of 100% PEG-400 is mixed with 5 ml or 10 ml of 99.8% DMSO and adjusted to the required concentration (10% PEG-400 + 5% or 10% DMSO) with DMEM medium to obtain 100 ml . final solution of cryopreservative. Impregnation of tendons with a cryoconservative solution can be carried out in separate containers. For better impregnation, containers with grafts can be placed on a shaker for about 20-30 minutes.
Через 30 минут в стерильных условиях бокса трансплантаты извлекают из раствора криоконсерванта, подсушивают салфетками, удаляя излишнюю влагу, и размещают в полиэтиленовые криопакеты с перфорациями (фиг.5 и фиг.8), например, контейнер CryoStore (Origen Biomedical Inc., США), артикулы CS750N (https://www.delrus.ru/catalog/kletochnye-te khnologii/raskhodnye-materialy-dlya-kletochnykh-tekhnologiy/2-raskhodnye-materialy-dlya-podgotovki-stvolovykh-kletok-k-zamorozke/41740-meshok-dlya-glubokoy-zamorozki-kletok-i-tkaney-196-s-obyem-750-ml/). После чего криопакеты с трансплантатом размещают в медицинские пакеты для стерилизации, например, пакет комбинированный 250 мм «СтериТ®» (Винар, Россия), ТУ 9398-083-11764404-2011 (https://www.deznet.ru/catalog/upakovochnyy_material/rulony_ploskie/83688/, или https://www.sigma-med.ru/catalog/emkosti-i-pakety-dlia-sterilizatcii-i-dezinfektcii/rulon_kombinirovannyy_so_skladkoy_sterit_400mm_kh_80mm_kh_100m/), и герметично запаивают (фиг.11). При этом для стерилизации одновременно с трансплантатом размером до 20 см формируют, по меньшей мере, два образца сухожилия размером до 1 см для последующего исследования образцов на стерильность и токсичность после их заморозки, образцы упаковывают и обрабатывают одновременно с трансплантатом (фиг. 6-7, 9-10) в аналогичных условиях.After 30 minutes under sterile conditions of the box, the grafts are removed from the cryopreservative solution, dried with napkins, removing excess moisture, and placed in perforated plastic cryopackets (Fig.5 and Fig.8), for example, a CryoStore container (Origen Biomedical Inc., USA), articles CS750N meshok-dlya-glubokoy-zamorozki-kletok-i-tkaney-196-s-obyem-750-ml/). After that, the cryopackages with the graft are placed in medical packages for sterilization, for example, the combined package 250 mm "SteriT®" (Vinar, Russia), TU 9398-083-11764404-2011 (https://www.deznet.ru/catalog/upakovochnyy_material /rulony_ploskie/83688/, or https://www.sigma-med.ru/catalog/emkosti-i-pakety-dlia-sterilizatcii-i-dezinfektcii/rulon_kombinirovannyy_so_skladkoy_sterit_400mm_kh_80mm_kh_100m/), and hermetically sealed (Fig.11). At the same time, for sterilization, at least two tendon samples up to 1 cm in size are formed simultaneously with a graft up to 20 cm in size for subsequent testing of samples for sterility and toxicity after freezing, the samples are packaged and processed simultaneously with the graft (Fig. 6-7, 9-10) under similar conditions.
После упаковки трансплантаты отправляют на стерилизацию. Для чего в реактор из нержавеющей стали загружают трансплантаты, упакованные в пакеты, закрывают герметичной крышкой, снабженной клапаном для подачи давления. Реактор нагревают до температуры 35°С, после чего в ректор подают диоксид углерода при помощи компрессора до итогового давления в реакторе 100 атм. Продолжительность стерилизации составляет по меньшей мере 1 час. After packaging, the grafts are sent for sterilization. Why grafts packed in bags are loaded into a stainless steel reactor, closed with a sealed lid equipped with a valve for supplying pressure. The reactor is heated to a temperature of 35°C, after which carbon dioxide is supplied to the reactor using a compressor to a final pressure in the reactor of 100 atm. The duration of sterilization is at least 1 hour.
Завершают процесс стерилизации с использованием медленной декомпрессии реактора до исходного давления со скоростью 0,1 - 0,4 атм. в минуту, предпочтительно 0,125 атм. в минуту, что может занимать от 12 до 24 часов. По завершении сброса давления реактор в условиях ламинарного бокса вскрывают, извлекают пакеты с сухожилиями и проверяют на наличие видимых повреждений. При отсутствии повреждений, трансплантаты маркируют и отправляют в морозильную камеру с температурой -80°С для дальнейшего хранения.The sterilization process is completed using slow decompression of the reactor to the initial pressure at a rate of 0.1 - 0.4 atm. per minute, preferably 0.125 atm. per minute, which can take from 12 to 24 hours. Upon completion of depressurization, the reactor in a laminar flow hood is opened, the tendon packs are removed and checked for visible damage. In the absence of damage, the grafts are labeled and sent to a freezer at a temperature of -80°C for further storage.
Заявляемым способом с помощью изготовленной портативной стерилизационной установки (см. фиг.2, 3) был получен ряд трансплантатов при различных условиях обработки в сверхкритическом диоксиде углерода.The claimed method using manufactured portable sterilization unit (see figure 2, 3) was obtained a number of grafts under various processing conditions in supercritical carbon dioxide.
Портативная установка содержала баллон с диоксидом углерода 1, вентиль для подачи диоксида углерода 2 (High Pressure Equipment Co. (США), артикул 15-11AF1) к распределительному узлу 4 (High Pressure Equipment Co. (США) артикул 15-15AF1) с манометром (МП-2У, НПО "Манометр" (Россия)), а также подключенный к нему насос высокого давления 3 (High Pressure Equipment Co. (США), артикул 68.5.75-15), установленными в ламинарном шкафу 6 (Holten Maxi Safe производства Thermo Fisher Scientific (США)), термостат 10 (Lauda ECO ET 15S, артикул L001098, производства Lauda Dr. R. Wobser Gmbh & Co (Германия)) с погруженными в него реакторами 5 (High Pressure Equipment Co. (США) артикул OC-5), оснащенными вентилями для нагнетания и сброса давления 7 (High Pressure Equipment Co. (США), артикул 15-12AF1), измерителем потока СО2 (LZTM-15 (КНР)) и зажимом (тисками) для вскрытия реакторов (Мастер 32721, Зубр (Россия)). Баллон с диоксидом углерода под давлением при помощи вентиля для подачи диоксида углерода подключали с помощью капилляра из нержавеющей стали к распределительному узлу, который посредством таких же трубочек и вентилей из нержавеющей стали соединялся с насосом повышенного давления и реакторами. Реакторы располагали в автоклаве с термостатом, которые в свою очередь размещали в ламинарном шкафу. Вентиль подачи диоксида углерода после охлаждения насоса повышенного давления открывали и заполняли цилиндрическую емкость компрессора, после чего диоксид углерода подавался в реакторы и сжимался до давления 100 атм. Вентили на распределительном узле и на клапане подачи диоксида углерода в реактор перекрывали и начинали процесс стерилизации. Через 1 час вентиль на клапане подачи диоксида углерода с манометром открывали с обеспечением контролируемого сброса давления. Как только давление в реакторе сравнивалось с атмосферным, клапаны подачи и сброса давления перекрывали, обработанный трансплантат извлекали из реактора. The portable unit contained a carbon dioxide cylinder 1, a valve for supplying carbon dioxide 2 (High Pressure Equipment Co. (USA), part number 15-11AF1) to a distribution unit 4 (High Pressure Equipment Co. (USA) part number 15-15AF1) with a pressure gauge (MP-2U, NPO "Manometr" (Russia)), as well as a high-pressure pump 3 connected to it (High Pressure Equipment Co. (USA), article 68.5.75-15), installed in a laminar flow cabinet 6 (Holten Maxi Safe manufactured by Thermo Fisher Scientific (USA)), thermostat 10 (Lauda ECO ET 15S, article L001098, manufactured by Lauda Dr. R. Wobser Gmbh & Co (Germany)) with immersed reactors 5 (High Pressure Equipment Co. (USA) article OC-5) equipped with pressure relief valves 7 (High Pressure Equipment Co. (USA), item 15-12AF1), CO2 flow meter (LZTM-15 (PRC)) and a clamp (vice) for opening the reactors ( Master 32721, Zubr (Russia)). The pressurized carbon dioxide cylinder was connected with a carbon dioxide valve using a stainless steel capillary to a distribution unit, which was connected to the pressurization pump and reactors by the same stainless steel tubes and valves. The reactors were placed in an autoclave with a thermostat, which, in turn, was placed in a laminar flow cabinet. After cooling the high pressure pump, the carbon dioxide supply valve was opened and the cylindrical capacity of the compressor was filled, after which carbon dioxide was fed into the reactors and compressed to a pressure of 100 atm. The valves on the distribution unit and on the valve for supplying carbon dioxide to the reactor were closed and the sterilization process began. After 1 hour, the valve on the carbon dioxide supply valve with a pressure gauge was opened to provide a controlled release of pressure. As soon as the pressure in the reactor was equal to atmospheric pressure, the supply and release valves were closed, and the treated graft was removed from the reactor.
Эксперименты по стерилизации сухожилия проводили в несколько этапов.Tendon sterilization experiments were carried out in several stages.
На первом этапе проводили выбор эффективного криопротектора для совместного использования при стерилизации с использованием сверхкритического диоксида углерода, который позволяет хранить трансплантаты сухожилий при сверхнизкой температуре без потери ими структурно-функциональных характеристик. В работе использовали трансплантаты сухожилий m. tibialis anterior, забранных от доноров тканей. Для хранения при сверхнизких температурах использовали эндоцеллюлярные/проникающие криопротекторы (диметилсульфоксид (ДМСО), полиэтиленгликоль (ПЭГ-400), глицерол) и экзоцеллюлярные/непроникающие криопротекторы (раствор глюкозы, раствор альбумина). Для оценки сохранности сухожилий после размораживания определяли свойства трансплантатов на разрыв и растяжение-сдвиг, микроскопически оценивали общую морфологию сухожилий, топографию, компактизацию и целостность коллагеновых волокон, сохранность клеточных элементов. В присутствии 10% ДМСО, 10% или 15% ПЭГ-400, комбинации 5% или 10% ДМСО и 10% ПЭГ- 400 структура коллагеновых волокон и клеток не претерпевала видимых изменений по сравнению с контролем, тогда как во всех опытах с непроникающими криоконсервантами топография и ориентация волокон были явно нарушены, наблюдалась деформация многих клеток в составе сухожилий. Таким образом, проникающие криконсерванты на основе 10% ДМСО, 10 % или 15% ПЭГ-400, комбинации (в виде смеси) 5% или 10% ДМСО с 10% ПЭГ-400 являются наиболее эффективными для криохранения трансплантатов сухожилий.At the first stage, an effective cryoprotectant was selected for joint use during sterilization using supercritical carbon dioxide, which allows tendon grafts to be stored at ultralow temperatures without losing their structural and functional characteristics. We used tendon grafts m. tibialis anterior taken from tissue donors. For storage at ultralow temperatures, endocellular/penetrating cryoprotectants (dimethyl sulfoxide (DMSO), polyethylene glycol (PEG-400), glycerol) and exocellular/nonpenetrating cryoprotectants (glucose solution, albumin solution) were used. To assess the safety of tendons after thawing, the properties of grafts for rupture and stretching-shear were determined, the general morphology of the tendons, topography, compaction and integrity of collagen fibers, and the safety of cellular elements were assessed microscopically. In the presence of 10% DMSO, 10% or 15% PEG-400, a combination of 5% or 10% DMSO and 10% PEG-400, the structure of collagen fibers and cells did not undergo visible changes compared to the control, while in all experiments with non-penetrating cryopreservatives the topography and orientation of the fibers were clearly disturbed, and deformation of many cells in the tendons was observed. Thus, penetrating cryopreservatives based on 10% DMSO, 10% or 15% PEG-400, combinations (as a mixture) of 5% or 10% DMSO with 10% PEG-400 are the most effective for cryopreservation of tendon grafts.
Упаковка трансплантатов перед стерилизациейPackaging of grafts before sterilization
При подборе упаковки для стерилизации сухожилий сверхкритическим диоксидом углерода первоначально использовали неперфорированные криопакеты. При этом было отмечено, что сверхкритический флюид диоксида углерода не поступал в криопакеты, а трансплантаты по итогам бактериального посева оказались не стерильными. В этой связи были проведены эксперименты с использованием криопакета с перфорациями, как показано на фиг. 4., и медицинского пакета из бумаги высокой плотности. При декомпрессии криопротектор в результате относительно быстрого (>1 атм/мин) понижения давления диоксида углерода выходил из перфораций и бумажный пакет намокал. Такие пакеты расстерилизовывались или рвались при извлечении из реактора. В связи с чем была использована дополнительная упаковка, а именно еще один криопакет с отверстием. Такая трехслойная упаковка обеспечивала полноценную стерилизацию биологического материала без нарушения герметичности внешней упаковки после декомпрессии. Таким образом, качественная стерилизация сухожилия в сверхкритическом диоксиде углерода возможна при его размещении в тройной упаковке - сначала в криопакете с перфорациями, затем в криопакете с отверстием размером 0,5-5,0 см, и затем в медицинском пакете из бумаги высокой плотности, например, 60 гр/м2, с двойным слоем пленки из полиэстера/полипропилена.When selecting packaging for tendon sterilization with supercritical carbon dioxide, non-perforated cryopackages were initially used. At the same time, it was noted that the supercritical fluid of carbon dioxide did not enter the cryopackages, and the grafts, following the results of bacterial seeding, were not sterile. In this regard, experiments were carried out using a perforated cryopackage as shown in FIG. 4., and a high-density paper medical bag. During decompression, the cryoprotectant came out of the perforations as a result of a relatively rapid (>1 atm/min) decrease in carbon dioxide pressure and the paper bag got wet. Such packages were sterilized or torn when removed from the reactor. In this connection, additional packaging was used, namely, another cryopackage with a hole. Such a three-layer package ensured complete sterilization of the biological material without violating the tightness of the outer package after decompression. Thus, high-quality sterilization of the tendon in supercritical carbon dioxide is possible when it is placed in a triple package - first in a cryopack with perforations, then in a cryopack with a hole of 0.5-5.0 cm, and then in a medical bag made of high-density paper, for example , 60 g/m2, with a double layer of polyester/polypropylene film.
На следующем этапе определяли условия стерилизации трансплантатов сухожилий с помощью сверхкритического диоксида углерода. Технология стерилизации сверхкритическим диоксидом углерода характеризуется отсутствием токсичности, высокой проникающей способностью, патогенинактивацией, а также минимальным повреждающим воздействием на структуру тканей и клеток. [A. Bernhardt, M.Wehrl, B. Paul, T. Hochmuth, M. Schumacher, K. Schütz, M. Gelinsky Improved Sterilization of Sensitive Biomaterials with Supercritical Carbon Dioxide at Low Temperature // PLoS One. 2015; 10(6): e0129205]. При этом в публикациях присутствует противоречивая информация относительно влияния условий осуществления стерилизации на биомеханические характеристики получаемого трансплантата.At the next stage, the conditions for sterilization of tendon grafts using supercritical carbon dioxide were determined. Sterilization technology with supercritical carbon dioxide is characterized by the absence of toxicity, high penetrating power, pathogen inactivation, as well as minimal damaging effects on the structure of tissues and cells. [A. Bernhardt, M.Wehrl, B. Paul, T. Hochmuth, M. Schumacher, K. Schütz, M. Gelinsky Improved Sterilization of Sensitive Biomaterials with Supercritical Carbon Dioxide at Low Temperature // PLoS One. 2015; 10(6): e0129205]. At the same time, there is conflicting information in the publications regarding the effect of sterilization conditions on the biomechanical characteristics of the resulting graft.
Для выявления значимых параметров стерилизации сухожилий в сочетании с выбранными криоконсервантами были проведены бактериологические, гистологические исследования и опыты на животных. To identify significant parameters of tendon sterilization in combination with selected cryopreservatives, bacteriological, histological and animal studies were carried out.
Трансплантаты сухожилий были разделены на 2 группы в зависимости от условий декомпрессии: одну половину образцов стерилизовали в условиях медленной декомпрессии, (сброс давления осуществлялся в режиме от 0,1 до 0,4 атм. в минуту), другую половину - в условиях быстрой декомпрессии (сброс давления осуществлялся в режиме 10 атм. в минуту и более). Внутри каждой группы выделяли дополнительные подгруппы для оценки влияния продолжительности стерилизации (1 час, 3 часа, 6 часов, 12 часов, 24 часа, 72 часа). Перед стерилизацией образцы сухожилий на 30 минут погружали в криоконсервант, заранее приготовленный в необходимых концентрациях как описано ранее. После стерилизации сухожилия замораживали и хранили при температуре - 80°С в течение 14 суток. В дальнейшем трансплантаты размораживали и оценивали: стерильность, внешний вид ткани, физико-механические свойства, а также структурную целостность и токсичность полученных сухожилий. Результаты исследований представлены в таблице 1.The tendon grafts were divided into 2 groups depending on the decompression conditions: one half of the samples were sterilized under slow decompression conditions (pressure was released in the mode from 0.1 to 0.4 atm per minute), the other half - under fast decompression conditions ( pressure relief was carried out in the mode of 10 atm per minute or more). Within each group, additional subgroups were identified to evaluate the effect of the duration of sterilization (1 hour, 3 hours, 6 hours, 12 hours, 24 hours, 72 hours). Prior to sterilization, the tendon samples were immersed for 30 minutes in a cryopreservative pre-prepared in the required concentrations as described previously. After sterilization, the tendons were frozen and stored at -80°C for 14 days. Subsequently, the grafts were thawed and evaluated: sterility, tissue appearance, physical and mechanical properties, as well as the structural integrity and toxicity of the obtained tendons. The research results are presented in table 1.
Исследование трансплантатов сухожилий на стерильностьTesting tendon grafts for sterility
Готовые к испытаниям на стерильность трансплантаты разделили на 3 группы: трансплантаты после стерилизации с медленным (1 группа) и быстрым (2 группа) сбросом давления, и контрольная группа - сухожилия, которые не были простерилизованы. После вскрытия пакетов с трансплантатами в условиях ламинарного шкафа с соблюдением правил асептики и антисептики, образцы погружались в 2 бактериологические среды - бульон Сабуро, тиогликолевая среда. Grafts ready for sterility testing were divided into 3 groups: grafts after sterilization with slow (group 1) and fast (group 2) pressure release, and the control group - tendons that were not sterilized. After opening the packages with transplants in a laminar flow cabinet in compliance with the rules of asepsis and antisepsis, the samples were immersed in 2 bacteriological media - Sabouraud broth, thioglycol medium.
Следует отметить, что во 2 группе упаковки трансплантатов были либо с микроповреждениями, либо, ввиду процесса кавитации, с влажной бумажной подложкой. Оценку стерильности ткани проводили на 7 и 14 сутки. It should be noted that in group 2, the graft packages were either microdamaged or, due to the cavitation process, with a wet paper backing. Tissue sterility was assessed on days 7 and 14.
Выявлено наличие бактериальной и грибковой флоры во 2, 3 группах, независимо от времени стерилизации, как на 7, так и на 14 сутки. Это свидетельствует о том, что способ стерилизации ткани с быстрым сбросом давления не обеспечивает стерильность итогового трансплантата. Напротив, в 1 группе на 7 и 14 сутки, роста флоры не выявили, что доказывает эффективность способа стерилизации аллогенных сухожилий сверхкритическим флюидом диоксида углерода с медленной декомпрессией. Также было доказано, что время стерилизации не влияет на итоговый результат. Однако, учитывая условия создания сверхкритической среды (температура в реакторе 35°С) и токсическое действие на ткань криоконсервантов, достаточно минимального времени обработки трансплантата в реакторе - 1 час.The presence of bacterial and fungal flora was revealed in groups 2, 3, regardless of the time of sterilization, both on the 7th and 14th days. This indicates that the method of tissue sterilization with rapid release of pressure does not ensure the sterility of the final graft. On the contrary, in the 1st group on days 7 and 14, no flora growth was detected, which proves the effectiveness of the method of sterilizing allogeneic tendons with a supercritical carbon dioxide fluid with slow decompression. It has also been proven that the time of sterilization does not affect the final result. However, taking into account the conditions for creating a supercritical medium (the temperature in the reactor is 35°C) and the toxic effect of cryopreservatives on the tissue, a minimum graft processing time in the reactor of 1 hour is sufficient.
Исследование токсичности трансплантатов в культуре клетокStudy of graft toxicity in cell culture
Исследование токсичности трансплантатов сухожилий проводилось в культуре мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) костного мозга тканевых доноров 3-9 пассажа. Для оценки токсичности использовали только трансплантаты с доказанной стерильностью (медленная декомпрессия). Фрагменты трансплантатов сухожилий длиной 1,0-1,5 см помещали в опытные лунки 6-луночного планшета и вносили суспензию, содержащую 50 тыс. ММСК. Параллельно 50 тыс. ММСК вносили в лунки без трансплантатов сухожилий (контроль). Клетки культивировали в среде Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) с добавлением 10% фетальной сыворотки крупного рогатого скота (Gibco, США) при 37°С и концентрации CO2 5% в течение 3 суток. Для микроскопического анализа клетки окрашивали витальным флуорохромным красителем на основе трипафлавина и родамина. Оценивали общее число клеток (тыс/см2), их морфологию, целостность клеточных мембран (ЦКМ, в баллах).The study of the toxicity of tendon grafts was carried out in a culture of multipotent mesenchymal stromal cells (MMSCs) from the bone marrow of tissue donors of passages 3-9. Only grafts with proven sterility (slow decompression) were used to assess toxicity. Fragments of tendon grafts 1.0-1.5 cm long were placed in experimental wells of a 6-well plate and a suspension containing 50,000 MMSCs was added. In parallel, 50,000 MMSCs were injected into wells without tendon grafts (control). Cells were cultured in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (Gibco, USA) at 37°C and 5% CO 2 for 3 days. For microscopic analysis, the cells were stained with a vital fluorochrome dye based on tripaflavin and rhodamine. The total number of cells (thousands/cm 2 ), their morphology, and the integrity of cell membranes (CCM, in points) were assessed.
Исследование in vitro показало, что все исследуемые типы трансплантатов не оказывали токсического действия на клетки. В контроле и во всех опытных лунках через 3 суток культивирования формировался субконфлюэнтный монослой с плотностью клеток 17-18 тыс/см2. ММСК имели характерный веретенообразный вид, уровень ЦКМ во всех опытных составлял 34-36 баллов и достоверно не отличался от аналогичного показателя в контроле.An in vitro study showed that all types of transplants studied did not have a toxic effect on cells. In the control and in all experimental wells, after 3 days of cultivation, a subconfluent monolayer was formed with a cell density of 17-18 thousand/cm2. MMSC had a characteristic fusiform appearance, the level of CCM in all the experimental ones was 34-36 points and did not significantly differ from that in the control.
Исследование стерильности и токсичности аллогенных сухожилий на модели животных (крыс)Study of sterility and toxicity of allogeneic tendons in an animal model (rats)
Исследование проводили на 4 лабораторных животных (крысах) с разрешения локального этического комитета ГБУЗ НИИ СП им. Н.В. Склифосовского ДЗМ. Заранее подготовленные аллогенные пяточные сухожилия лап крыс, стерилизовали сверхкритическим диоксидом углерода и криоконсервировали. Режим стерилизации - 100 атм., 35°С 1 час, медленный сброс давления 0, 125 атм. в минуту. После размораживания аллогенные сухожилия трансплантировали крысам в область двуглавой мышцы бедра, в специально сформированную полость на правой лапе - опытная лапа. Левую лапу не подвергали никаким воздействиям - контрольная лапа. Перед трансплантацией сухожилие отмывали в течение 15 минут в физиологическом растворе 0,9 % NaCl от криоконсерванта. Оценку стерильности и токсичности проводили на 14 сутки. На 14 сутки животные были активны, питание не нарушено, физиологические отправления в норме. При осмотре области вмешательства: послеоперационные раны без признаков воспаления, нормальной окраски.The study was carried out on 4 laboratory animals (rats) with the permission of the local ethical committee of the GBUZ NII SP im. N.V. Sklifosovsky DZM. Pre-prepared allogeneic calcaneal tendons of rat paws were sterilized with supercritical carbon dioxide and cryopreserved. Sterilization mode - 100 atm., 35°C 1 hour, slow pressure release 0, 125 atm. in a minute. After thawing, allogeneic tendons were transplanted to rats in the region of the biceps femoris muscle, in a specially formed cavity on the right paw - the experimental paw. The left paw was not subjected to any influences - the control paw. Before transplantation, the tendon was washed for 15 minutes in a physiological solution of 0.9% NaCl from the cryopreservative. Sterility and toxicity were assessed on the 14th day. On the 14th day the animals were active, nutrition was not disturbed, physiological functions were normal. When examining the area of intervention: postoperative wounds without signs of inflammation, normal color.
Данное исследование показало, что трансплантируемое сухожилие не обладает токсичностью, а также не вызывает нагноения или некроза близлежащих тканей.This study showed that the grafted tendon has no toxicity and does not cause suppuration or necrosis of nearby tissues.
Макро- и микроскопический анализ ткани трансплантатов после стерилизацииMacro- and microscopic analysis of graft tissue after sterilization
Макроскопический анализ трансплантатов и их внешний вид отличался от нативной ткани только в группе, где использовали быстрый сброс давления. Образцы сухожилий, независимо от времени стерилизации, были отечными, увеличенными в размерах, в некоторых случаях были заметны повреждения волокон.The macroscopic analysis of the grafts and their appearance differed from native tissue only in the group where rapid pressure release was used. Tendon samples, regardless of the time of sterilization, were edematous, enlarged, and in some cases, damage to the fibers was visible.
Гистологический анализ показал, что в группе с медленной декомпрессией коллагеновые волокна сохраняли свою целостность и топографию, были параллельно ориентированы и содержали лишь локальные незначительные разрывы. Интенсивность автофлуоресценции коллагена по всей длине волокон соответствовала норме. Напротив, в группе с быстрой декомпрессией в трансплантатах наблюдалась выраженная отечность, многие волокна были деконденсированы с распадом на отдельные фибриллы и формированием обширных разрывов. Интенсивность автофлуоресценции коллагена по всей длине волокон была в 2,1-3,5 раза снижена по сравнению с нативными образцами.Histological analysis showed that in the group with slow decompression, collagen fibers retained their integrity and topography, were parallel oriented, and contained only local minor tears. The intensity of collagen autofluorescence along the entire length of the fibers corresponded to the norm. On the contrary, in the group with rapid decompression, severe edema was observed in the grafts, many fibers were decondensed with disintegration into separate fibrils and the formation of extensive ruptures. The intensity of collagen autofluorescence along the entire length of the fibers was 2.1-3.5 times lower than in native samples.
В гистологических препаратах также оценивали сохранность клеток сухожилия.The preservation of tendon cells was also assessed in histological preparations.
Гистологическое исследование показало, что после процедур стерилизации и криохранения в составе трансплантатов сухожилий выявляются клетки-тендиноциты с нормальной структурной организацией. У большинства клеток структура клеточных ядер и хроматина в их составе, структура цитоплазмы не претерпевает видимых изменений по сравнению с нативной тканью. Число клеток с пикнотизированным (нефункциональным) ядром, с деформациями цитоплазмы не превышают 10-15% от их общего числа в трансплантате. Таким образом, предложенные методики обработки сухожилий не вызывают выраженной гибели клеток в составе готовых трансплантатов.Histological examination showed that after sterilization and cryopreservation procedures, tendon grafts were found to contain tendinocyte cells with normal structural organization. In most cells, the structure of cell nuclei and chromatin in their composition, the structure of the cytoplasm does not undergo visible changes compared to native tissue. The number of cells with a pycnotized (nonfunctional) nucleus, with deformations of the cytoplasm does not exceed 10-15% of their total number in the graft. Thus, the proposed methods of tendon treatment do not cause pronounced cell death in the composition of finished grafts.
Исследование физико-механических свойств аллогенных трансплантатовStudy of the physical and mechanical properties of allogeneic transplants
Механические свойства образцов оценивали на испытательной машине LLOYD Instruments LR5K Plus со скоростью растяжения 5 мм/мин. Ввиду того, что трансплантаты группы с быстрой декомпрессией не удовлетворяли параметрам исследования по стерильности и структурной целостности, было принято решение не включать их в исследование прочностных характеристик. В группе с медленной декомпрессией трансплантаты размораживали и отмывали в физиологическом растворе хлорида натрия в течение получаса. В процессе исследования определяли следующие параметры: нагрузка при разрыве, Н; предельная деформация, %; жесткость, Н/мм, предельное напряжение, Мпа. Было установлено, что при разных сроках обработки сухожилий сверхкритическим флюидом во всех экспериментальных образцах жесткость и предельное напряжение достоверно не отличались от аналогичных значений в контроле (нативные сухожилия). Уровень предельной деформации во всех экспериментальных образцах был достоверно ниже, чем в контроле (табл. 2). Нагрузка при разрыве в образцах, обработанных в течение 1 часа, достоверно не отличалась от контроля, тогда как во всех остальных опытных группах (обработка 3-10 часов) нагрузка при разрыве была в 1,6-1,8 раз ниже, чем в контроле и в образцах, обработанных в течение 1 часа (р<0,05). Таким образом, оптимальным является стерилизация сверхкритическим флюидом диоксида углерода по меньшей мере в течение 1 часа.The mechanical properties of the samples were evaluated on a LLOYD Instruments LR5K Plus testing machine with a tensile rate of 5 mm/min. Because the rapid decompression group grafts did not meet the study parameters for sterility and structural integrity, it was decided not to include them in the strength study. In the slow decompression group, the grafts were thawed and washed in physiological sodium chloride solution for half an hour. During the study, the following parameters were determined: load at break, N; ultimate strain, %; rigidity, N/mm, ultimate stress, MPa. It was found that at different times of treatment of tendons with supercritical fluid in all experimental samples, the stiffness and ultimate stress did not differ significantly from similar values in the control (native tendons). The level of ultimate strain in all experimental samples was significantly lower than in the control (Table 2). The load at break in the samples processed for 1 hour did not significantly differ from the control, while in all other experimental groups (treatment for 3-10 hours), the load at break was 1.6-1.8 times lower than in the control and in samples treated for 1 hour (p<0.05). Thus, sterilization with supercritical carbon dioxide fluid for at least 1 hour is optimal.
При сравнении механических свойств сухожилий, стерилизованных способом, указанном в прототипе, и предложенным нами способом установлено, что стерилизация сверхкритическим флюидом диоксида углерода в течение 1 часа по разработанному способу позволяет лучше сохранять исходные механические параметры сухожилий (табл. 3), одновременно позволяет осуществлять их длительное хранение.When comparing the mechanical properties of the tendons, sterilized by the method specified in the prototype, and the method proposed by us, it was found that sterilization with a supercritical fluid of carbon dioxide for 1 hour according to the developed method allows you to better maintain the original mechanical parameters of the tendons (Table 3), while simultaneously allowing them to be carried out for a long time. storage.
**р<0,05 относительно способа-прототипа*p<0.05 relative to control
**p<0.05 relative to the prototype method
Таким образом, предложенный способ позволяет получать стерильные и функционально эффективные трансплантаты аллогенных сухожилий.Thus, the proposed method makes it possible to obtain sterile and functionally effective allogeneic tendon grafts.
Claims (25)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2802139C1 true RU2802139C1 (en) | 2023-08-22 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2826520C1 (en) * | 2023-09-22 | 2024-09-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России) | Device for gas-dynamic sterilization of medical tissues and equipment in supercritical media of carbon dioxide |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2317109C1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-02-20 | Федеральное государственное учреждение "Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" ФГУ "РНИИТО им. Р.Р. Вредена Росздрава") | Method for chamber sterilization of biological transplant by low-temperature hydrogen peroxide plasma |
RU2440730C1 (en) * | 2010-06-22 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО АГМА Росздрава) | Method of manufacturing spongy bone transplants |
RU2619870C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-05-18 | Общество с ограниченной ответственностью "КСЕНОПЛАНТ" | Method for biologically active implants obtaining |
RU2630979C2 (en) * | 2011-11-10 | 2017-09-15 | Адмедус Риджен Пти Лтд | Sterilisation method |
RU2650694C1 (en) * | 2017-02-15 | 2018-04-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна" (ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России) | Method of effective and safe cryopreservation of donor vascular grafts, ensuring the optimization of their further processing - radiation sterilization and decellularization |
RU2708639C1 (en) * | 2019-04-16 | 2019-12-10 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия"имени академика Г.А. Илизарова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Technology of making an implant for bone tissue replacement |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2317109C1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-02-20 | Федеральное государственное учреждение "Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" ФГУ "РНИИТО им. Р.Р. Вредена Росздрава") | Method for chamber sterilization of biological transplant by low-temperature hydrogen peroxide plasma |
RU2440730C1 (en) * | 2010-06-22 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО АГМА Росздрава) | Method of manufacturing spongy bone transplants |
RU2630979C2 (en) * | 2011-11-10 | 2017-09-15 | Адмедус Риджен Пти Лтд | Sterilisation method |
RU2619870C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-05-18 | Общество с ограниченной ответственностью "КСЕНОПЛАНТ" | Method for biologically active implants obtaining |
RU2650694C1 (en) * | 2017-02-15 | 2018-04-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна" (ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России) | Method of effective and safe cryopreservation of donor vascular grafts, ensuring the optimization of their further processing - radiation sterilization and decellularization |
RU2708639C1 (en) * | 2019-04-16 | 2019-12-10 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия"имени академика Г.А. Илизарова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Technology of making an implant for bone tissue replacement |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Perrut, M. (2012). Sterilization and virus inactivation by supercritical fluids (a review). The Journal of Supercritical Fluids, 66, 359-371. doi:10.1016/j.supflu.2011.07.007. A. White, D. Burns, T.W. Christensen Effective terminal sterilization using supercritical carbon dioxide // Journal of Biotechnology. 2006. 123: 504-515. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2826520C1 (en) * | 2023-09-22 | 2024-09-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России) | Device for gas-dynamic sterilization of medical tissues and equipment in supercritical media of carbon dioxide |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Leal‐Marin et al. | Human Amniotic Membrane: A review on tissue engineering, application, and storage | |
US20200179542A1 (en) | Method for processing tissues | |
US10765703B2 (en) | Xenograft soft tissue implants and methods of making | |
US9375513B2 (en) | Regenerative materials | |
Wehmeyer et al. | Development of a sterile amniotic membrane tissue graft using supercritical carbon dioxide | |
CA2751985C (en) | Method for the cryopreservation of cells, artificial cell constructs or three-dimensional complex tissues assemblies | |
JP2002529201A (en) | How to pool organizations | |
CN106075598A (en) | A kind of photo-crosslinking sericin hydrogel and its preparation method and application | |
US8974730B2 (en) | Process for creating acellular viable donor soft tissue | |
RU2524619C2 (en) | Method for making dermal matrix | |
US20090257914A1 (en) | Combined use of an alkaline earth metal compound and a sterilizing agent to maintain osteoinduction properties of a demineralized bone matrix | |
US8034288B2 (en) | Method and apparatus for cleaning of viable donor soft tissue | |
Díaz‐Moreno et al. | Evaluation of freeze‐drying and cryopreservation protocols for long‐term storage of biomaterials based on decellularized intestine | |
RU2802139C1 (en) | Method and an apparatus for sterilization of tendon transplants | |
Laranjo | Preservation of amniotic membrane | |
AU2013270444B2 (en) | Method validation unit | |
NL2014784B1 (en) | Bone material process. | |
KR20090108402A (en) | Processing method for skin dressing using cryo preservation | |
WO2018107487A1 (en) | Method of sterilizing cornea by irradiation and cornea sterilized thereby | |
Brychta | EATB: Standards for banking of biologic skin substitutes (BSS) | |
Diehl et al. | Induction of tumor cell death by high hydrostatic pressure and still maintaining biomechanical properties of tissue as a novel supporting technique in orthopedic surgery | |
CN103734124A (en) | Method for preserving orthopedic transplant material | |
CZ36430U1 (en) | Device and kit for preparing a therapeutic preparation based on a carrier seeded with cells | |
KR20210149114A (en) | Method of packaging tissue matrix to be regenerated | |
RO122127B1 (en) | Method for preserving bone grafts to be used in transplantation |