RU2808686C1 - Способ получения пористого коллагенового матрикса - Google Patents

Способ получения пористого коллагенового матрикса Download PDF

Info

Publication number
RU2808686C1
RU2808686C1 RU2023110131A RU2023110131A RU2808686C1 RU 2808686 C1 RU2808686 C1 RU 2808686C1 RU 2023110131 A RU2023110131 A RU 2023110131A RU 2023110131 A RU2023110131 A RU 2023110131A RU 2808686 C1 RU2808686 C1 RU 2808686C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
collagen
dry
matrix
mass
porous
Prior art date
Application number
RU2023110131A
Other languages
English (en)
Inventor
Татьяна Николаевна Кудрявцева
Анастасия Сергеевна Ванина
Елена Владимировна Грехнева
Вячеслав Александрович Липатов
Артём Александрович Денисов
Екатерина Сергеевна Мишина
Александр Владимирович Сычев
Виталий Витальевич Сорока
Владислав Александрович Плотников
Араччиге Чиратма Сатрувани Джаявира
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2808686C1 publication Critical patent/RU2808686C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области химии и медицины, а именно к способу изготовления пористого коллагенового матрикса на основе сухого коллагена, отличающемуся тем, что в качестве сырья используют морской коллаген AKSOLAGEN marinum, который подвергают набуханию в растворе органической кислоты, выбранной из муравьиной и уксусной при рН 3-4 в течение 10-12 ч, с последующим добавлением к полученной дисперсии глиоксаля в количестве 10% масс. от массы сухого коллагена и глицерина в количестве 30-50% масс. от массы сухого коллагена, далее полученную суспензию подвергают замораживанию при температуре -50°С, лиофилизации при температуре от -50 до -60°С и остаточном давлении 5 Па и последующей стерилизации. Технический результат заключается в получении коллагеновых матриксов на основе сухого морского коллагена, выделенного из глубоководного кальмара. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

МПК А 61К 38/39 Лекарственные препараты, содержащие пептиды - пептиды соединительной ткани, например коллаген, эластин, ламинин, фибронектин, витронектин, холодный нерастворимый глобулин (CIG),
35/56 Лекарственные препараты, содержащие вещества или продукты реакции неизвестного строения - материалы из прочих животных кроме млекопитающих или птиц
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам получения биомедицинских материалов, конкретно, к способам получения биодеградируемых матриксов, предназначенных для получения скаффолдов – биоматериалов, способных выступать субстратом и направляющей для регенерации поврежденных тканей, в том числе, за счет культивирования тканеспецифических клеток.
Описание уровня техники
Состав и структура матриксов для таких материалов имеет большое значение. Желательно, чтобы они обеспечивали свойства, максимально близкие к свойствам нативного межклеточного матрикса, т.е. были биосовместимыми, не имели токсических, иммуногенных и аллергогенных свойств, обладали пористой структурой, способствующей адгезии и пролиферации клеток. Из различных полимеров животного происхождения (гиалуроновая кислота, фиброин, фибрин и т.д.) наиболее широкое применение в медицине нашел коллаген, являющийся основным структурным белком соединительной ткани. Коллаген обладает кровоостанавливающими, слабыми антигенными свойствами, является биоразлагаемым и биосовместимым веществом и применяется в клинической практике для остановки кровотечений и стимуляции роста клеток. Коллагеновые материалы получают, как правило, двумя способами: а) из децеллюляризированных коллагенсодержащих тканей; б) из растворов коллагена. Для повышения механической прочности могут быть использованы композиты коллагена и синтетических полимеров [Parenteau-Bareil R., Gauvin R., Berthod F. Collagen-based biomaterials for tissue engineering applications //Materials. 2010; 3(3):1863-1887. doi:10.3390/ma3031863].
Способ получения пористого коллагенового матрикса был раскрыт во многих известных патентах. Например, в патенте US №4,193,813 измельченный коллаген при рН от 3,5 до рН 6,5 сшивают глутаровым альдегидом с последующим замораживанием при температуре от 0 до -20°C. После оттаивания вода из замороженного материала удаляется с образованием губчатой матрицы. Размер пор матрицы, образованной этим способом, составляет от 80 до 1400 мкм, что позволяет считать ее весьма неоднородной и рыхлой.
Патент US №4522753 относится к способу смешивания коллагена и хондроитинсульфата с образованием сополимерного материала. Затем материал сшивают глутаровым альдегидом и лиофилизируют с образованием пористой матрицы.
Патент US №4970298 описывает коллагеновую матрицу, полученную путем диспергирования коллагена в кислом растворе или путем смешивания дисперсии коллагена с гиалуроновой кислотой и фибронектином. Дисперсию замораживают при различных температурах, а затем лиофилизируют с образованием пористой губки, которую затем сшивают карбодиимидом или дегидротермическим способом.
Патент US №5116552 описывает способ получения губчатой коллагеновой матрицы без трещин. Кислый раствор коллагена замораживают при -40°C и лиофилизуют в губку. Затем губку инкубируют при 105 °С в течение 24 часов, а затем сшивают в течение 24 часов глутаровым альдегидом. Затем матрицу погружают в 15% спирт. После второй лиофилизации при более низкой температуре -80°С или -135°С получают губчатую матрицу без трещин.
Патент US № 5869080 описывает способ получения рассасывающегося материала для имплантата. Губчатую матрицу формируют путем добавления надлежащего количества спирта к дисперсии коллагена в гидроксиде натрия, предварительного замораживания ее при низкой температуре (около -5°C), добавления в дисперсию частиц льда, сшивания дисперсии гексаметилендиизоцианатами и последующей лиофилизации. Матрица, полученная таким способом, может содержать продукты гидролиза используемых для сшивки гексаметилендиизоцианатов.
В патенте RU № 2039766 С1 описан способ изготовления коллагеновой мембраны из шкур крупного рогатого скота, который подразумевает выделение коллагена с помощью уксусной кислоты и изготовления из него мембраны в формах. К недостаткам данного способа можно отнести, то, что структура получаемого материала может быть слишком рыхлой, неоднородной, толщина его не описывается, а так же остается вероятность остатка уксусной кислоты в изделии.
Запатентован способ RU № 2249462 С1 изготовления гетерогенного матрикса для имплантации из выделенного с помощью уксусной кислоты твердого коллагена птиц и жидкого коллагена рептилий и изготовленного на их основе конструкта. Несмотря на исследования свойств данного матрикса, в которых он продемонстрировал высокие показатели биосовместмости, не определяется его толщина, а также он не подразумевает создания монолитности изделия, что являлось бы преимуществом для удобства использования хирургами и в показателях прочности.
Описанный в патенте RU № 2532370 С2 способ для регенерации мягких тканей предлагает использовать многослойные мембраны из коллагенсодержащего тканевого сырья, ксеногенного происхождения, а также губчатый коллаген. Особенностью данной мембраны является, то, что она состоит из нескольких слоев, это требуется для того, что бы один слой был гладким и служил барьером росту ткани, а второй способствовал активной регенерации. Однако процесс изготовления такой мембраны весьма трудоемок, поскольку при формировании изделия требуется склеивание слоев.
Запатенован способ RU № 2683328 С2, предлагающий на этапе кислотной обработки коллагенодержащего сырья использование воздействия на материал угольной кислоты, полученной путем насыщения воды углекислым газом высокого давления (150-450 атм) при температуре 25-50°С в течение 12-48 часов, что требует специального оборудования.
Наиболее близким способом изготовления пористого коллагенового матрикса является способ, описанный в патенте US № 4412947, согласно которому чистый нерастворимый коллаген в виде частиц размером около 1 мм суспендируют в слабом водном растворе органической кислоты с последующим замораживанием при температуре от -60 до -70°C а затем лиофилизируют с образованием пористого коллагенового листа. Однако матрикс, полученный таким образом, не содержит поперечных сшивок частиц и поэтому не обладает достаточной прочностью при замачивании в питательных средах, необходимых для выращивания клеток.
Рассматриваемые способы предлагают использование коллагена, получаемого из шкур крупного рогатого скота, свиней, птицы, рептилий. Примеров получения матриксов с использованием коллагена, источником которого являются беспозвоночные животные, литературе не обнаружено.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 – фотография структуры коллагенового матрикса, выполненная при помощи сканирующего электронного микроскопа «QUANTA FEG 650»
Раскрытие изобретения
Технической задачей является создание способа получения пористого коллагенового матрикса на основе морского коллагена.
Исходным веществом для изготовления химически сшитого коллагенового матрикса является коллаген AKSOLAGEN marinum, выпускаемый компанией АКСЕС СВИСС РС и получаемый из глубоководного кальмара путем последовательного удаления из используемого сырья глобулярных белков, полисахаридов и липидов путем экстракции разбавленными водными растворами неорганических веществ с последующей сушкой. Используемое вещество является коллагеном I-III типа и представляет собой мелкодисперсный порошок с размером частиц 50-100 мкм.
Способ изготовления заключается в диспергировании коллагенового порошка в воде в присутствии органической кислоты (муравьиной, уксусной, взятой в количестве, необходимом для обеспечения рН 3-4) в качестве регулятора набухания, и выдерживании полученной суспензии в течение 10-12 ч. Содержание коллагена в полученной суспензии составляет 3% (масс.). Для обеспечения химической сшивки к набухшей массе, содержащей коллаген и органическую кислоту, добавляют глиоксаль в количестве 10 % от массы сухого коллагена. Для достижения эластичности готового матрикса в смесь вводят глицерин в количестве 30-50% от массы сухого коллагена и тщательно перемешивают.
Полученную смесь светло-желтого цвета разливают по формам слоем толщиной 10 мм, и подвергают лиофилизации, для чего ее сначала замораживают при -50 оС, затем высушивают в вакууме с остаточным давлением не выше 5 Па при температуре от -50 до -60 оС. Полученный пористый коллагеновый матрикс, представляющий собой губчатую гибкую мембрану толщиной около 2 мм, извлекают из формы, нарезают, упаковывают и стерилизуют.
Полученный матрикс имеет пористую структуру, подтвержденную методом электронной микроскопии при помощи сканирующего электронного микроскопа «QUANTA FEG 650» (Фиг.1).
Способ иллюстрируется следующими примерами.
ПРИМЕР 1.
Навеску сухого морского коллагена AKSOLAGEN marinum массой 1г диспергируют в 30 мл воды, добавляют 10 %-ный раствор муравьиной кислоты до рН 3, доводят массу смеси до 33,3 г прибавлением нескольких капель воды (чтобы обеспечить содержание коллагена в смеси по массе 3% в пересчете на сухое вещество), перемешивают и оставляют на 12 ч. Далее к смеси добавляют 0,1 г (10 % от массы сухого коллагена) глиоксаля и 0,5 г (50 % от массы сухого коллагена) глицерина. Смесь перемешивают, выливают в форму слоем толщиной 1 см и лиофилизируют. Получают пористый матрикс со средней толщиной 2,23 мм и средним диаметром пор 250 мкм.
Пример 2
Навеску сухого морского коллагена AKSOLAGEN marinum массой 1 г диспергируют в 30 мл воды, добавляют 10 %-ный раствор муравьиной кислоты до рН 3, доводят массу смеси до 33,3 г прибавлением нескольких капель воды (чтобы обеспечить содержание коллагена в смеси по массе 3% в пересчете на сухое вещество), перемешивают и оставляют на 10 ч. Далее к смеси добавляют 0,10 г (10 % от массы сухого коллагена) глиоксаля и 0,3 г (30 % от массы сухого коллагена) глицерина. Смесь перемешивают, выливают в форму слоем толщиной 1 см и лиофилизируют. Получают пористый матрикс толщиной 2,08мм и средним диаметром пор 270 мкм.
Пример 3 Определение прочностных характеристик получаемых матриксов
Некоторые прочностные характеристики полученных матриксов были исследованы с использованием универсального испытательного электромеханического стенда РЭМ-0.2-1.
Испытания проводились на матриксах на основе композиций морского коллагена, содержащих 10 % глиоксаля и 50 % глицерина от массы сухого коллагена в сравнении с готовыми матриксами на основе коллагена крупного рогатого скота (КРС). При этом все исследуемые образцы не имели грубых поверхностных дефектов.
Перед проведением испытания был произведен замер толщины всех экземпляров с помощью цифрового электронного микрометра iGaging®
0-1"/0.00005".
Исследуемые образцы закрепляли в тисках разрывной машины. Последние затягивают, стараясь обеспечить симметричное положение образца для равномерного распределения возникающего напряжения по площади его поперечного сечения, а также, чтобы не происходило скольжения образца при испытании, и он не разрушался в месте закрепления.
Испытание на деформацию проводят следующим образом: образец размещается на опорной поверхности машины так, чтобы его центр находился под центром индентора. К испытуемой поверхности прикладывают нагрузку и индентор погружают в образец со скоростью 35 мм/мин до деструкции образца. После проведения испытания толщину образцов замеряют с помощью микрометра. Результаты измерений представлены в табл.1.
Таблица 1
Характеристики физико-механических свойств коллагеновых матриксов
Образец
матрикса
Средняя толщина до испытания, мм Среднее уменьшение толщины матрикса, % Среднее значение Fmax разрыва, Н
Морской коллаген, содержащий глиоксаль 2,18 42,8 3,33
Матрикс из коллагена КРС 2,21 21,85 3,94
Заявляемый способ позволяет осуществить получение коллагеновых матриксов на основе сухого морского коллагена, выделенного из глубоководного кальмара, не уступающих по физико-механическим характеристикам матриксам, полученным из коллагена КРС.
Источники информации:
Патент US № 4193813A Method for making collagen sponge.
Патент US № 4522753A Method for preserving porosity in porous materials.
Патент US № 4970298A Biodegradable matrix and methods for producing same.
Патент US № 5116552 A Process for preparation of dried collagen sponge.
Патент US № 5869080A Absorbable implant materials having controlled porosity.
Патент RU № 2039766C1 Способ получения коллагеновой губки.
Патент RU № 2249462 С1 Универсальный гетерогенный коллагеновый матрикс для имплантации и способ его получения.
Патент RU № 2532370 С2 Способ и мембрана для регенерации ткани.
Патент RU № 2683328 С2 Способ изготовления 3D коллагенового матрикса.
Патент US № 4,412,947 Collagen sponge.

Claims (1)

  1. Способ изготовления пористого коллагенового матрикса на основе сухого коллагена, отличающийся тем, что в качестве сырья используют морской коллаген AKSOLAGEN marinum, который подвергают набуханию в растворе органической кислоты, выбранной из муравьиной и уксусной при рН 3-4 в течение 10-12 ч, с последующим добавлением к полученной дисперсии глиоксаля в количестве 10% масс. от массы сухого коллагена и глицерина в количестве 30-50% масс. от массы сухого коллагена, далее полученную суспензию подвергают замораживанию при температуре -50°С, лиофилизации при температуре от -50 до -60°С и остаточном давлении 5 Па и последующей стерилизации.
RU2023110131A 2023-04-20 Способ получения пористого коллагенового матрикса RU2808686C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808686C1 true RU2808686C1 (ru) 2023-12-01

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102772822A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 胶原基质作为组织工程支架材料的应用
WO2019077348A1 (en) * 2017-10-18 2019-04-25 The University Of Nottingham POROUS MATERIAL
WO2021255701A1 (es) * 2020-06-18 2021-12-23 Universidad Nacional De Colombia Conductos nerviosos plegables bifasicos de colageno tipo 1 con poros unidireccionales y multidireccionales y su metodo de elaboracion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102772822A (zh) * 2011-05-10 2012-11-14 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 胶原基质作为组织工程支架材料的应用
WO2019077348A1 (en) * 2017-10-18 2019-04-25 The University Of Nottingham POROUS MATERIAL
WO2021255701A1 (es) * 2020-06-18 2021-12-23 Universidad Nacional De Colombia Conductos nerviosos plegables bifasicos de colageno tipo 1 con poros unidireccionales y multidireccionales y su metodo de elaboracion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANOHOVA V. et al. The Dosidicus gigas Collagen for Scaffold Preparation and Cell Cultivation: Mechanical and Physicochemical Properties, Morphology, Composition and Cell Viability // Polymers. - 2023. - Vol. 15. - No. 5. - Art. 1220. ВОРОТНИКОВ Б. Ю., СОКЛАКОВ В. В., РАЧКОВА Н. А. Технологические перспективы выделения биомедицинских продуктов из гидробионтов Мирового океана физико-химическими методами // БАЛТИЙСКИЙ МОРСКОЙ ФОРУМ. - 2020. - С. 65-69. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feroz et al. Keratin-Based materials for biomedical applications
JP6100702B2 (ja) コラーゲン構造体、およびコラーゲン構造体の製造方法
US7892572B2 (en) Orthopaedic materials derived from keratin
Buttafoco et al. First steps towards tissue engineering of small‐diameter blood vessels: preparation of flat scaffolds of collagen and elastin by means of freeze drying
Balaji et al. Characterization of keratin–collagen 3D scaffold for biomedical applications
EP0177573A1 (en) BIODEGRADABLE MATRIX AND METHODS OF PRODUCING THE SAME.
Li et al. A novel fish collagen scaffold as dural substitute
HUE031528T2 (en) Collagen sponge
JP2017529390A (ja) コラーゲンに基づく治療送達系
CN113289063A (zh) 一种软组织修复生物材料及其制备方法
EP3223749A1 (en) Process for preparing tissue regeneration matrix
RU2808686C1 (ru) Способ получения пористого коллагенового матрикса
US20220339324A1 (en) Acellular artificial skin substitute and method of preparation thereof
Nam et al. Engineering a collagen matrix that replicates the biological properties of native extracellular matrix
KR102250064B1 (ko) 생분해 기간 및 물성 조절 가능한 동물 연골 유래 조직 하이드로젤의 제조 방법
KR101661725B1 (ko) Pva 코팅된 콜라겐 스캐폴드 및 이의 제조 방법
US10052400B2 (en) Method for preparing neutralized matrix of non-antigenic collagenous material
US20080267919A1 (en) Angiogenesis-promoting substrate
KR102368108B1 (ko) 생화학적으로 가교된 동물 연골 유래 조직의 하이드로젤, 이의 제조방법 및 이를 이용한 혈관신생 억제용 조성물
US20240059756A1 (en) Method for producing human collagen structures with controlled characteristics
CN115551565A (zh) 高强度胶原组合物及使用方法
Chen et al. Enzymatic functionalization of decellularized tilapia skin scaffolds with enhanced skin regeneration
Lin et al. Peripheral Nerve Repair with Electrospinning Composite Conduit
Poursamar Investigation into the development of a gelatin-based biocomposite for wound-management
CN115569242A (zh) 一种防粘连腹壁疝复合补片及其制备方法