Способ упрочнения полимерных скаффолдов из полилактида
METHOD OF REINFORCING POLYMER SCAFFOLDS FROM POLYLACTIDE

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, тканевой инженерии и регенеративной медицине, и может быть использовано для изготовления полимерных скаффолдов, предназначенных для регенерации дефектов костных и хрящевых тканей.
Скаффолды (имплантаты), используемые в современной медицине обладают широким разбросом по значениям их механических характеристик. Оптимальный скаффолд по этому параметру должен быть сопоставим со значениями для замещаемой ткани. Если эта разница велика, то риск возникновения травмы у пациента во время периода лечения становиться очень велик.
Известен способ упрочнения скаффолдов основанный на физическом покрытии их поверхностей полисахаридами (Мао J.S. et al. The properties of chitosan - gelatin membranes and scaffolds modified with hyaluronic acid by different methods // Biomaterials. 2003. T. 24. №. 9. C. 1621-1629). Известный метод позволяет добиться повышения механических характеристик различных скаффолдов оставляя сами образцы нетоксичными.
Недостаток известного способа заключается в том, что он приводит к изменению рельефа поверхности образцов, что сказывается на скорости роста клеток и приводит к нежелательному отклонению их пространственного распределения от заданного во всем объеме скаффолда. Кроме того, известный способ позволяет упрочнить только поверхность скаффолда, не затрагивая его внутреннюю структуру. В результате обработанный известным способом скаффолд не выдерживает большие механические нагрузки, возникающие в натуральной костной ткани организма.
Указанного недостатка лишен способ упрочнения скаффолдов, основанный на химической сшивке материалов (Park S. N. et al. Characterization of porous collagen / hyaluronic acid scaffold modified by 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide cross-linking // Biomaterials. 2002. T. 23. №. 4. C. 1205-1212), принятый в качестве прототипа. Известный способ упрочнения полимерных скаффолдов путем химической сшивки полимеров заключается в вымачивании образцов в спиртовом растворе EDC (1-100 ммоль) в течение 24 часов при комнатной температуре.
Известный метод позволяет значительно увеличивать механические характеристики во всем объеме образца. Основной недостаток известного способа заключается в том, что при вымачивании в спиртовом растворе EDC значительное количество полимеров деформируется и изменяет свою пространственную структуру.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа упрочнения механических характеристик скаффолдов во всем объеме образца, обеспечивающего отсутствие деформаций и изменения пространственной структуры образца.
Техническим результатом является получение скаффолдов, которые выдерживает большие механические нагрузки, возникающие, например, в натуральной костной ткани организма.
2
Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат обеспечиваются тем, что в способе упрочнения полимерных скаффолдов из полилактида путем химической сшивки образец полимерного скаффолда из полилактида вымачивают в 0,3-3 мас.% водном растворе фотоинициатора 2-гидрокси-1-(4-(2-гидроксиэтокси)фенил)-2-метилпропан-1-она в течение времени 60 минут, после чего указанный образец облучают ультрафиолетовым светом с длиной волны в диапазоне 200-400 нм с интенсивностью в диапазоне 3-20 мВт/см в течение от 20 до 250 минут.
Пример осуществления способа.
Были проведены исследования предложенного способа на примере полимерного скаффолда из полилактида. Скаффолд изготавливался из коммерческого полилактида (PDL 02А PURAC) по трехмерной модели методом поверхностного селективного лазерного спекания (Antonov Е.N. et al. Three-dimensional bioactive and biodegradable scaffolds fabricated by surface-selective laser sintering // Advanced materials. 2005. T. 17. №. 3. C. 327-330).
2
Объем воды, достаточный для обработки скаффолда, смешивали на магнитной мешалке при 35°С - 45°С с навеской фотоинициатора 2-гидрокси-1-(4-(2-гидроксиэтокси)фенил)-2-метилпропан-1-она для получения прозрачного 0,3-3 мас.% водного раствора. Далее готовый образец скаффолда вымачивали в растворе в течение одного часа, что обеспечивало заполнение раствором внутреннего пористого пространства образца. Затем скаффолд облучался ультрафиолетовым светом с длиной волны в диапазоне 200-400 нм с интенсивностью 3-20 мВт/см в течение 20-250 минут. Такая процедура приводила к возникновению во всем объеме образца химических сшивок (Burdick J.A. et al. Controlled degradation and mechanical behavior of photopolymerized hyaluronic acid networks // Biomacromolecules. 2005. T. 6. №. 1. C. 386-391), что способствовало его значительному механическому упрочнению.
Механические характеристики образцов оценивали по величине модуля Юнга, который измеряли с помощью аппарата Puima Nanoindenter (Optics11, Нидерланды).
На фигуре 1 приведено распределение модуля Юнга в скаффолде из полилактида до обработки (слева) и после обработки (справа).
Скаффолд, представленный на фигуре 1, обрабатывался в растворе в течение 60 минут, а облучение проводилось длинной волны 365 нм в течение 240 минут при мощности 6 Вт. Как следует из фигуры 1, в результате обработки максимальные значения модуля Юнга возросли примерно в 3 раза. Измерения показали, что в среднем по образцу модуль Юнга увеличился на 165±35%. Проведенные оптические исследования показали, что используемый способ не привел к заметной деформации и изменению пространственной структуры образца.
Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение механических характеристик во всем объеме скаффолда без деформации и изменения пространственной структуры образца.
Данный технический результат достигается за счет возникновения многочисленных химических сшивок внутри объема скаффолда путем предварительного вымачивания образца в водном растворе фотоинициатора и последующего облучения ультрафиолетовым излучением. Использование водного, а не спиртового раствора, приводит к тому, что обработка не приводит к появлению деформации и изменению пространственной структуры образца.
Таким образом, поставленная задача, заключающаяся в разработке эффективного способа упрочнения механических характеристик скаффолдов во всем объеме образца, не приводящего к деформации и изменению его пространственной структуры, полностью решена.