RU2808584C1 - Способ повышения гемосовместимости изделий медицинского назначения - Google Patents

Способ повышения гемосовместимости изделий медицинского назначения Download PDF

Info

Publication number
RU2808584C1
RU2808584C1 RU2023113106A RU2023113106A RU2808584C1 RU 2808584 C1 RU2808584 C1 RU 2808584C1 RU 2023113106 A RU2023113106 A RU 2023113106A RU 2023113106 A RU2023113106 A RU 2023113106A RU 2808584 C1 RU2808584 C1 RU 2808584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heparin
medical device
washed
aqueous solution
treated
Prior art date
Application number
RU2023113106A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Севастьянов
Юлия Борисовна Басок
Евгений Абрамович Немец
Сергей Владимирович Готье
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО имени Академика Шумакова" Минздрава России)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО имени Академика Шумакова" Минздрава России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ ТИО имени Академика Шумакова" Минздрава России)
Application granted granted Critical
Publication of RU2808584C1 publication Critical patent/RU2808584C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области химии и медицины, а именно к способу повышения гемосовместимости полимерного изделия медицинского назначения, предназначенного для контакта с кровью, включающему иммобилизацию гепарина на его поверхности, отличающемуся тем, что проводят термическую денатурацию бычьего сывороточного альбумина в его водном растворе; затем обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в полученном растворе, после чего осуществляют промывку изделия; затем обрабатывают медицинское изделие путем его инкубации в водном растворе гепарина; после чего осуществляют промывку изделия; далее обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в водном растворе глутарового альдегида, после чего осуществляют промывку медицинского изделия. Технический результат заключается в повышении гемосовместимости изделий медицинского назначения из полимеров за счет снижения степени активации адгезированных тромбоцитов и увеличения количества иммобилизованного на их поверхности гепарина; профилактике осложнений, связанных с воздействием на полимерные изделия агрессивных веществ, путем снижения концентрации глутарового альдегида в растворе при обработке поверхности полимера; отсутствии необходимости использования препаратов крови человека. 2 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к медицинской технике, может быть использовано для повышения гемосовместимости полимерных изделий медицинского назначения, предназначенных для контакта с кровью.
Изобретение предназначено для использования в сердечнососудистой хирургии, как способ повышения гемосовместимости протезов сосудов, клапанов сердца, магистралей аппаратов искусственного кровообращения.
Известен способ ионного присоединения гепарина к поверхности полимеров [RU 2679615, С1]. Однако органические аминосодержащие соединения, применяемые для ионной иммобилизации гепарина, цитотоксичны, а присоединенный посредством ионной связи гепарин склонен к вымыванию и время его функционирования недостаточно, для обеспечения долговременного эффекта.
Известны способы ковалентной иммобилизации гепарина, обеспечивающие прочное, долговременное связывание гепарина с поверхностью [Biran R, Pond D. Heparin coatings for improving blood compatibility of medical devices. Adv Drug Deliv Rev. 2017 Mar; 112:12-23. doi: 10.1016/j.addr.2016.12.002]. Однако поверхность большинства медицинских полимеров не имеет достаточного количества функциональных химических групп и требует дополнительной обработки для формирования на их поверхности дополнительных функциональных химических групп, пригодных для ковалентной иммобилизации гепарина.
Известны физические способы генерации функциональных химических групп на поверхности полимеров с применением ультрафиолетового излучения [Inam Ul Ahad, Bartnik A, Fiedorowicz H, Kostecki J, Korczyc B, Ciach T, Brabazon D. Surface modification of polymers for biocompatibility via exposure to extreme ultraviolet radiation. J Biomed Mater Res A. 2014 Sep;102(9):3298-310. doi: 10.1002/jbm.a.34958], плазмы с добавлением аммиака для генерации аминогрупп [Huang F, Hsieh YF, Qiu X, Patel S, Li S. Engineering the Composition of Microfibers to Enhance the Remodeling of a Cell-Free Vascular Graft. Nanomaterials (Basel). 2021 Jun 20;11(6): 1613. doi: 10.3390/nanol 1061613], а также с добавлением кислорода [Mi HY, Jing X, Thomsom JA, Turng LS. Promoting Endothelial Cell Affinity and Antithrombogenicity of Polytetrafluoroethylene (PTFE) by Mussel-Inspired Modification and RGD/Heparin Grafting. J Mater Chem B. 2018 Jun 7;6:3475-3485. doi: 10.1039/C8TB00654G] для генерации гидроксильных и карбоксильных групп.
Известны химические способы генерации функциональных химических групп на поверхности полимеров за счет аминолиза [Guo J, Li К, Ning С, Liu X. Improved cellular bioactivity by heparin immobilization on polycarbonate film via an aminolysis modification for potential tendon repair. Int J Biol Macromol. 2020 Jan 1; 142:835-845. doi: 10.1016/j.jjbiomac.2019.09], a также обработки растворами окислителей [Р.С.Caracciolo, P. Diaz-Rodriguez, I. Ardao, D. Moreira, F. Montini-Ballarin, G.A. Abraham, A. Concheiro, C. Alvarez-Lorenzo Evaluation of human umbilical vein endothelial cells growth onto heparin-modified electrospun vascular grafts, Int. J. Biol. Macromol., 2021, Vol.179, P. 567-575. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.03.008].
Важным недостатком физических и химических методов обогащения поверхности полимеров функциональными химическими группами является невозможность одновременной обработки изделий сложной формы, состоящих из различных по составу материалов.
Этих недостатка лишена группа методов, основанных на способности белков плазмы крови образовывать необратимо адсорбированный слой на поверхности большинства медицинских полимеров, что позволяет обрабатывать изделия сложной формы, состоящие из материалов различного состава. Кроме того, молекула альбумина обладает широким набором функциональных групп, которые могут быть использованы для ковалентного связывания гепарина.
Известен способ формирования ковалентного коньюгата альбумина и гепарина, который может быть адсорбирован на поверхности полимеров [Hennink WE, Kim SW, Feijen J. Inhibition of surface induced coagulation by preadsorption of albumin-heparin conjugates. J Biomed Mater Res. 1984, Vol.18, pp.911-26. doi: 10.1002/jbm.820180806]. Недостатком этого способа иммобилизации гепарина является недостаточная прочность связывания конъюгата с поверхностью, поэтому данное модифицирующее покрытие нуждается в дополнительной ковалентной сшивке.
Наиболее близким к предлагаемому (прототип) является способ получения гепаринизированнх полимерных изделий, путем их последовательной обработки белком, гепарином и сшивки глутаровым альдегидом (ГА) [SU 1097336, А].
Недостатками указанного способа являются относительно высокая степень активации тромбоцитов человека, адгезированных на поверхности обработанных полимеров, высокие концентрации альбумина, гепарина и токсичного сшивающего агента - глутарового альдегида (ГА), а также использование белков, выделенных из крови человека.
Техническая проблема, решаемая с помощью заявляемого изобретения, заключается в повышении гемосовместимости полимерных изделий медицинского назначения, предназначенных для контакта с кровью.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в:
- повышении гемосовместимости изделий медицинского назначения из полимеров за счет снижения степени активации адгезированных тромбоцитов и увеличения количества иммобилизованного на их поверхности гепарина;
- обеспечении возможности одновременной обработки изделий сложной формы, состоящих из различных по составу материалов;
- профилактике осложнений, связанных с воздействием на полимерные изделия агрессивных веществ, путем снижения в 5 раз концентрации токсичного ГА в растворе при обработке поверхности полимера;
исключении осложнений, связанных с необходимостью использования препаратов крови человека за счет замены белка крови человека (сывороточного альбумина человека) на бычий сывороточный альбумин;
- снижении более чем в 2 раза концентрации альбумина в растворе при обработке поверхности полимера,
- снижении в 10 раз концентрации гепарина в растворе при обработке поверхности полимера,
- расширении арсенала гемосовместимых медицинских изделий, на поверхность которых может быть нанесено предлагаемое покрытие, за счет расширения диапазона температурного режима, необходимого для сшивки ГА.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Для повышения гемосовместимости полимерного изделия медицинского назначения, предназначенного для контакта с кровью, сначала проводят термическую денатурацию бычьего сывороточного альбумина. Для чего инкубируют 0,1-1,0% водный раствор бычьего сывороточного альбумина при температуре 65°С в течение 1,5 часов. Затем обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации при температуре 30-40°С в течение 1,0-2,5 часов в полученном растворе термически денатурированного бычьего сывороточного альбумина (ТДА). После чего осуществляют трехкратную промывку изделия дистиллированной водой. Затем обрабатывают медицинское изделие при температуре 30-40°С в течение 1-1,5 часов путем его инкубации в водном растворе гепарина. При этом концентрация гепарина в водном растворе составляет 40-200 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является гладкой, и 300-500 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является пористой. После чего осуществляют трехкратную промыву изделия дистиллированной водой. Далее обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в 0,2-0,4% водном растворе ГА при температуре 50-60°С в течение 30-50 минут или при температуре 20-25°С в течение 15-20 часов. После чего осуществляют трехкратную промывку медицинского изделия дистиллированной водой.
Способ осуществляется следующим образом:
Сначала производилась необратимая термическая денатурация бычьего сывороточного альбумина инкубацией 0,1-1,0%) водного раствора данного белка при 65°С в течение 1,5 часов с получением ТДА. Выбор температуры обработки определяется тем, что при температуре менее 50°С денатурация не идет, в интервале 50-60°С имеет место обратимая денатурация, а при температуре более 70°С наблюдается образование геля.
Затем производили последовательную обработку поверхности медицинских полимерных изделий путем их инкубации:
1. в ТДА при температуре 30-40°С в течение 1,0-2,5 часов, после чего осуществляли трехкратную промывку дистиллированной водой;
2. в водном растворе гепарина в концентрации 40-200 ед/мл в случае не пористых (гладких) образцов и 300-500 ед/мл для пористых образцов при 30-40°С в течение 1-1,5 часов, после чего осуществляли трехкратную промывку дистиллированной водой;
3. в 0,2-0,4%) водном растворе ГА при 50-60°С в течение 30-50 минут или при температуре 20-25°С в течение 15-20 часов; причем последний вариант предпочтителен в случае материалов, нагрев которых до 50°С и более нежелателен, после чего осуществляли трехкратную промывку дистиллированной водой.
Предлагаемым способом возможна обработка как двумерных поверхностей в виде пленок, так и изделий сложной формы в виде трубок, например, магистралей систем экстракорпорального кровообращения, катетеров, мешков, например, емкостей для хранения крови, пористых изделий, например, протезов кровеносных сосудов или мембран для гемодиализа или оксигенаторов крови, и т.д., а также сложных медицинских изделий, включающих две или более компоненты, состоящие из различных полимеров и отличающихся как формой, так и размерами.
Пример 1.
Образец в виде пленки из политетрафторэтилена погружают в 1,0%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 1 ч при 40°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1 час при 40°С раствором гепарина в концентрации 200 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,2%-ным водным раствором ГА при 60°С в течение 30 мин, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.
Пример 2. Образец в виде трубки из поливинилхлорида погружают в 0,1%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 ч при 30°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1,5 час при 30°С раствором гепарина в концентрации 40 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,2%-ным водным раствором ГА при 25°С в течение 15 часов, окончательно промывают дистиллированной водой и сушат при 37°С.
Пример 3. Катетер из полиэтилена погружают в 0,1%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 часа при 40°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1 час при 40°С раствором гепарина в концентрации 200 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,4%-ным водным раствором ГА при 50°С в течение 50 мин, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.
Пример 4. Образец сосудистого протеза из поликапролактона погружают в 1,0%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 часа при 30°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1,5 часа при 30°С раствором гепарина в концентрации 500 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,4%-ным водным раствором ГА при 20°С в течение 20 часов, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.
Пример 5. Образец сосудистого протеза из полиэтилентерефталата погружают в 1,0%-ный водный раствор ТДА, выдерживают 2,5 часа при 30°С, после чего трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 1,5 часа при 30°С раствором гепарина в концентрации 300 ед/мл, трижды промывают дистиллированной водой и обрабатывают 0,4%-ным водным раствором ГА при 20°С в течение 20 часов, окончательно промывают дистиллированной, водой и сушат при 37°С.
Всего с помощью предлагаемого способа было обработано 60 образцов, с помощью способа-прототипа способа было обработано также 60 образцов.
Общую концентрацию иммобилизованного гепарина определяли спектрофотометрическим методом по связыванию красителя - толлуидинового синего (ТС). Падение концентрации ТС в результате контакта с гепаринизированными образцами оценивали по изменению оптической плотности раствора красителя (λ=627 нм). Инкубацию гепаринизированных образцов в растворе красителя осуществляли в течение 40 минут при комнатной температуре, затем исследуемый образец удаляли и регистрировали падение концентрации ТС в растворе. Концентрацию иммобилизованного гепарина рассчитывали согласно предварительно построенной калибровочной кривой.
Активацию тромбоцитов исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии после инкубации исследуемых образцов с тромбоцитарной плазмой человека в условиях in vitro. Для проведения количественного анализа на поверхности каждого из образцов произвольным образом выбирали 25 полей размером 55x80 мкм (увеличение х1500). В каждом поле вели подсчет общего числа адгезированных тромбоцитов, а также их активированных форм. Степень активации тромбоцитов определяли как отношение количества активированных тромбоцитов (клетки с псевдоподиями, полностью распластанные или агрегаты клеток) к суммарному количеству клеток всех типов, адгезированных на поверхности образца. Чем меньше степень активации тромбоцитов, тем выше гемосовместимость исследуемого материала.
В таблице 1 представлены данные о количестве гепарина (мкг/см2), иммобилизованного на поверхности медицинских полимеров различного состава, обработанных в соответствии с предлагаемым способом и способом-прототипом.
В таблице 2 представлены данные о степени активации тромбоцитов на поверхности модифицированных полимеров, обработанных в соответствии с предлагаемым способом и способом-прототипом.
Как следует из таблиц, при обработке изделий предлагаемым способом количество иммобилизованного гепарина оказывается выше (Табл. 1), а степень активации тромбоцитов - ниже (Табл. 2), по сравнению с обработкой согласно способу-прототипу, что обеспечивает увеличение времени действия антикоагулянтного покрытия и повышение гемосовместимых свойств, соответственно.
Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с прототипом является повышение количества иммобилизованного гепарина, а также повышение гемосовмесимости за счет снижение степени активации тромбоцитов человека при сравнимом количестве адгезированных клеток.

Claims (1)

  1. Способ повышения гемосовместимости полимерного изделия медицинского назначения, предназначенного для контакта с кровью, включающий иммобилизацию гепарина на его поверхности путем последовательной обработки изделия растворами альбумина, гепарина, глутарового альдегида, отличающийся тем, что сначала проводят термическую денатурацию бычьего сывороточного альбумина, для чего инкубируют 0,1-1,0% водный раствор бычьего сывороточного альбумина при температуре 65°С в течение 1,5 часов; затем обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации при температуре 30-40°С в течение 1,0-2,5 часов в полученном растворе термически денатурированного бычьего сывороточного альбумина, после чего осуществляют трехкратную промывку изделия дистиллированной водой; затем обрабатывают медицинское изделие при температуре 30-40°С в течение 1-1,5 часов путем его инкубации в водном растворе гепарина при концентрации гепарина 40-200 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является гладкой, и при концентрации гепарина 300-500 ед/мл, если поверхность медицинского изделия является пористой; после чего осуществляют трехкратную промывку изделия дистиллированной водой; далее обрабатывают поверхность медицинского изделия путем его инкубации в 0,2-0,4% водном растворе глутарового альдегида при температуре 50-60°С в течение 30-50 минут или при температуре 20-25°С в течение 15-20 часов, после чего осуществляют трехкратную промывку медицинского изделия дистиллированной водой.
RU2023113106A 2023-05-22 Способ повышения гемосовместимости изделий медицинского назначения RU2808584C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808584C1 true RU2808584C1 (ru) 2023-11-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1097336A1 (ru) * 1982-04-21 1984-06-15 Институт сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева Способ получени тромборезистентных полимерных изделий,контактирующих с кровью
SU1391652A1 (ru) * 1986-04-18 1988-04-30 Научно-Исследовательский Институт Трансплантологии И Искусственных Органов Способ повышени тромборезистентности полимерных материалов
WO2005084724A1 (en) * 2004-03-02 2005-09-15 Exotech Bio Solutions Ltd. Biocompatible, biodegradable, water-absorbent hybrid material
RU2756128C1 (ru) * 2020-12-03 2021-09-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева" Министерства здравоохранения Российской Федерации Способ хирургического лечения расслоения аорты с повреждением брахиоцефальных артерий, синтетический четырехбраншевый сосудистый протез для его осуществления и способ изготовления протеза

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1097336A1 (ru) * 1982-04-21 1984-06-15 Институт сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева Способ получени тромборезистентных полимерных изделий,контактирующих с кровью
SU1391652A1 (ru) * 1986-04-18 1988-04-30 Научно-Исследовательский Институт Трансплантологии И Искусственных Органов Способ повышени тромборезистентности полимерных материалов
WO2005084724A1 (en) * 2004-03-02 2005-09-15 Exotech Bio Solutions Ltd. Biocompatible, biodegradable, water-absorbent hybrid material
RU2756128C1 (ru) * 2020-12-03 2021-09-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева" Министерства здравоохранения Российской Федерации Способ хирургического лечения расслоения аорты с повреждением брахиоцефальных артерий, синтетический четырехбраншевый сосудистый протез для его осуществления и способ изготовления протеза

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN Z. et al. Immobilization of serum albumin and peptide aptamer for EPC on polydopamine coated titanium surface for enhanced in-situ self-endothelialization // Materials Science and Engineering: C. - 2016. - Vol. 60. - P. 219-229. GOLI K. K. et al. Formation and antifouling properties of amphiphilic coatings on polypropylene fibers // Biomacromolecules. - 2012. - Vol. 13. - No. 11. - P. 3769-3779. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bruck Aspects of three types of hydrogels for biomedical applications
US5330911A (en) Surfaces having desirable cell adhesive effects
Ratner et al. Synthetic hydrogels for biomedical applications
Cassady et al. Enhancing expanded poly (tetrafluoroethylene)(ePTFE) for biomaterials applications
EP1368075B1 (en) Plasma surface graft process for reducing thrombogenicity
JPH0137154B2 (ru)
Brubert et al. Hemocompatibility of styrenic block copolymers for use in prosthetic heart valves
JPH02502246A (ja) 粘着性細胞成長のための過弗化硫化物
Li et al. Preparation, evaluation and functionalization of biomimetic block copolymer coatings for potential applications in cardiovascular implants
Balaji et al. Prospects of common biomolecules as coating substances for polymeric biomaterials
Yan et al. Ethanol-lubricated expanded-polytetrafluoroethylene vascular grafts loaded with eggshell membrane extract and heparin for rapid endothelialization and anticoagulation
Horbett Selected aspects of the state of the art in biomaterials for cardiovascular applications
Ai et al. Gelatin-glutaraldehyde cross-linking on silicone rubber to increase endothelial cell adhesion and growth
Kawasaki et al. Surface modification of poly (ether ether ketone) with methacryloyl-functionalized phospholipid polymers via self-initiation graft polymerization
JPH07184989A (ja) 血液適合性医療用高分子材料および医療材料
RU2808584C1 (ru) Способ повышения гемосовместимости изделий медицинского назначения
JPH11510399A (ja) 生体材料用の血栓耐性表面処理
RU2702239C1 (ru) Технология изготовления функционально активных биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра с лекарственным покрытием
CA2392080C (en) Blood-compatible polymer surfaces
AU776564B2 (en) Surface modification of substrates
Zhang Biocompatibility of materials
Butruk et al. Surface endothelialization of polyurethanes
JP2010069306A (ja) 組換えヒト血清アルブミンを用いた生体材料
Fang et al. End-point immobilization of heparin on electrospun polycarbonate-urethane vascular graft
Ahmed et al. Synthesis, characterization, and biocompatibility of poly (acrylic acid/methyl methacrylate)-grafted-poly (ethylene-co-tetrafluoroethylene) film for prosthetic cardiac valves