ВОДОСОДЕРЖАЩАЯ ГИДРОГЕЛЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНОГО СЕРЕБРА
WATER-CONTAINING HYDROGEL COMPOSITION CONTAINING PARTICLES OF ELEMENTAL SILVER

Настоящее изобретение относится к водосодержащей гидрогелевой композиции, содержащей частицы элементарного серебра, и к многослойной повязке на рану, содержащей гидрогелевую композицию. Многослойную повязку на рану применяют, в частности, в фазах воспаления и/или грануляции при лечении, например, ожогов и/или хронических ран. Изобретение также относится к способу получения указанной гидрогелевой композиции.
Уровень техники
В литературе рану описывают как нарушение целостности покровных тканей людей или животных, которое может сопровождаться потерей вещества. Заживление кожных ран основано на способности кожи к регенерации эпителиальных, соединительных и опорных тканей. Регенерация характеризуется как комплексное взаимодействие различных форм клеточной активности, в результате которого постепенно происходит процесс заживления. В литературе описаны три основные фазы заживления ран независимо от характера раны. А именно, воспалительная, или экссудативная, фаза, в ходе которой происходит остановка кровотечения и очищение раны (фаза 1 - фаза воспаления), пролиферативная фаза, в ходе которой происходит формирование грануляционной ткани (фаза 2 - фаза грануляции), и фаза дифференцирования, в ходе которой происходит эпителизация и образование рубца (фаза 3 - фаза эпителизации).
Применение повязок на рану имеет большое значение для различных фаз заживления раны. Например, в документе WO 2010/000451 описана многослойная повязка на рану с матрицей из гидрогеля, а в документе WO 2011/141454 описана повязка для лечения ран с суперабсорбирующим материалом, каждая из повязок оптимально подходит для сохранения влажной среды в ране. В документе WO 2010/000451 описаны, в частности, гидрогели для гидротерапии ран.
Для предотвращения и лечения раневых инфекций в уровне техники важное значение имеют перевязочные материалы, дополнительно обладающие антибактериальными свойствами.
Элементарное серебро на протяжении многих лет успешно используют в качестве антибактериального агента при лечении ран. Из-за электрохимического потенциала элементарного серебра высвобождается лишь небольшое количество ионов серебра, которые эффективны для подавления или уничтожения бактерий. Одним из конкретных преимуществ ионов серебра является то, что до сих пор у бактерий не было обнаружено или почти не было резистентности к ним. В этой связи следует отметить, что, несмотря на то, что увеличение количества высвобождаемых ионов серебра имеет благоприятное влияние на антибактериальную активность, оно также увеличивает риск нежелательной абсорбции серебра организмом человека. Абсорбированное серебро не удаляется организмом, а откладывается в тканях в форме элементарного серебра, что в крайних случаях может привести к необратимому изменению цвета кожи (аргироз или аргирия).
Задача и краткое описание изобретения
Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить антибактериальную композицию с содержанием серебра, которая обеспечивает достаточно высокое высвобождение ионов серебра для обеспечения эффективной антибактериальной активности во время лечения ран и в то же время успешно предотвращает высвобождение частиц серебра и их абсорбцию в организме человека.
Настоящее изобретение предлагает систему для лечения ран, с помощью которой лечение ран может быть осуществлено максимально эффективно и которая обладает высокой антибактериальной активностью. Кроме того, изобретение направлено на облегчение и ускорение заживления ран. Задача изобретения также состоит в том, чтобы предложить удобную в применении повязку на рану, которая обладает высокой антибактериальной эффективностью даже при длительном ношении.
Задачу неожиданно решили, обеспечив гидрогелевую композицию, содержащую частицы элементарного серебра, многослойную повязку на рану, содержащую гидрогелевую композицию, а также способ получения гидрогелевой композиции.
Таким образом, одним из объектов изобретения является водосодержащая гидрогелевая композиция, содержащая частицы элементарного серебра со средним диаметром частиц, определенным с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), составляющим 5-20 им и распределением частиц по размерам, определенным с помощью лазерной дифрактометрии, составляющим D90 ≤ 25 нм, в которой содержание серебра в расчете на общую массу гидрогелевой композиции составляет 15 - 500 ppm.
Еще одним объектом изобретения является многослойная повязка на рану, содержащая по меньшей мере один непроницаемый для воды и проницаемый для водяного пара слой подложки, абсорбирующий слой и слой, содержащий водосодержащую гидрогелевую композицию согласно настоящему изобретению.
Еще одним объектом настоящего изобретения является способ получения гидрогелевой композиции, включающий приведение во взаимодействие смеси, содержащей:
(a) полиамин,
(b) необязательно неионное поверхностно-активное вещество,
(c) дополнительно необязательно многоатомный спирт, выбранный из пропиленгликоля и/или глицерина,
(d) частицы элементарного серебра, имеющие средний диаметр частиц, определенный с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), составляющий 5-20 нм и распределение частиц по размерам, определенное с помощью лазерной дифрактометрии, составляющее D90 ≤ 25 нм, и
(e) воду,
с алифатическим диизоцианатным полимером для получения водосодержащей гидрогелевой композиции, в которой содержание серебра в расчете на общую массу гидрогелевой композиции составляет от 15 до 500 ppm.
Подробное описание изобретения
Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что сильный антибактериальный эффект может быть обеспечен, если в гидрогеле содержатся частицы серебра, содержание серебра в гидрогеле составляет 15-500 ppm (или 0,0015-0,05% масс./масс.) и частицы серебра имеют средний диаметр частиц, составляющий 5-20 нм.
В качестве синонима термина «гидрогелевая композиция» далее в описании также будут использованы термины «гидрогель» или «гидрогелевая матрица».
В гидрогелевой композиции согласно настоящему изобретению преимущества гидроактивной повязки на рану, которая способна абсорбировать раневой экссудат и не оказывает травматического воздействия на рану, сочетаются с антибактериальными свойствами наночастиц серебра. В частности, элементарное наносеребро равномерно распределено в структуре гидрогеля, который обычно является поперечно-сшитым.
Термин «наносеребро» использован для частиц элементарного серебра со средним диаметром частиц 5-20 нм, предпочтительно 9-18 нм. Диаметр частиц может быть определен, например, с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ).
В частности, частицы серебра имеют узкое численное распределение частиц по размерам D90 ≤ 25 нм, предпочтительно D90 ≤ 20 нм, особенно предпочтительно D90 ≤ 18 нм. В частности, распределение частиц по размерам составляет D99 ≤ 25 нм, предпочтительно D99 ≤ 20 нм, особенно предпочтительно D99 ≤ 18 нм. Значение D90 (или D99) указывает, что 90% (или 99% соответственно) частиц имеют размер меньше указанного. Распределение частиц по размерам может быть определено, например, с помощью лазерной дифрактометрии.
Частицы элементарного серебра указанного типа коммерчески доступны как agpure W10 (RAS Materials GmbH, Регенсбург, Германия) в форме водной дисперсии наносеребра с содержанием серебра 10% масс. Дисперсия дополнительно содержит <10% масс. Твин 20 и полисорбитола в качестве стабилизирующих агентов.
Содержание серебра в гидрогелевой композиции в расчете на общую массу гидрогелевой композиции обычно составляет 15-500 ppm, предпочтительно 25-250 ppm, особенно предпочтительно 75-200 ppm.
Антибактериальная эффективность содержащей серебро гидрогелевой композиции согласно настоящему изобретению обеспечена за счет контролируемого высвобождения ионов серебра из гидрогеля, вызванного окислением и переносом ионов через водную систему гидрогеля. В указанном процессе возможно контролируемое окисление частиц элементарного наносеребра кислородом, присутствующим или переносимым в водной фазе к наночастицам элементарного серебра. Контролируемый перенос ионов серебра обеспечен, в частности, водной фазой гидрогеля в водной или экссудативной среде. Таким образом, происходит контролируемое высвобождение ионов серебра, что обеспечивает высокую антибактериальную эффективность даже при низкой концентрации наносеребра в гидрогеле.
Предпочтительно достигают уменьшения количества бактерий по меньшей мере 3 log, что может быть определено, например, с помощью анализа зоны ингибирования.
Благодаря низкому выделению частиц серебра гидрогелевые композиции согласно настоящему изобретению не являются цитотоксичными для клеток человека и, как правило, не вызывают аллергических реакций.
Содержание воды в гидрогелевой композиции согласно изобретению предпочтительно составляет 20-90% масс., особенно предпочтительно 30-85% масс., в частности, 40-80% масс., наиболее предпочтительно 50-75% масс. Таким образом, можно получить повязку на рану, которая обеспечивает достаточное количество влаги для естественного заживления ран.
В качестве водосодержащих гидрогелевых композиций в связи с настоящим изобретением, в частности, можно использовать композиции, которые образуют когерентный дискретный слой и не высвобождают воду под давлением.
Гидрогелевая композиция может предпочтительно содержать гидрофильный пенополиуретан. В качестве пенополиуретана в связи с настоящим изобретением можно использовать любой гидрофильный пенополиуретан, который обычно используют в настоящее время для обработки ран, способный поглощать некоторое количество воды в полиуретановой матрице и обладающий достаточной абсорбцией. Это означает, что согласно настоящему изобретению гидрофильный пенополиуретан означает пенополиуретан, который может поглощать и удерживать, то есть абсорбировать, жидкость в полиуретановой матрице и порах и может высвобождать по меньшей мере часть абсорбированной жидкости. В данном контексте, в частности, в качестве гидрофильных пенополимеров могут быть использованы гидрофильные пенополиуретаны с открытыми порами.
Альтернативно или дополнительно гидрогель также может содержать суперабсорбирующий материал, предпочтительно анионный суперабсорбирующий материал, как правило, полимер, в частности, по меньшей мере частично поперечно-сшитый полимер, например, на основе полиакрилата.
В частности, в связи с настоящим изобретением подходящими являются гидрогелевые композиции, содержащие сополимер полиуретан-полимочевина. Указанный сополимер полиуретан-полимочевина может, в частности, быть получен из форполимера с алифатическими диизоцианатными группами и полиамина на основе полиэтиленоксида. В частности, сополимер полиуретан-полимочевина может быть получен из форполимера с концевыми изофорондиизоцианатными группами, полиамина на основе полиэтиленоксида и воды. Указанные гидрогелевые композиции особенно подходят для удержания воды и высвобождения воды в рану.
Также предпочтительно водосодержащая гидрогелевая композиция содержит по меньшей мере один многоатомный спирт, выбранный из группы двухатомных, трехатомных, четырехатомных, пятиатомных или шестиатомных спиртов. В частности, спирт может быть выбран из группы гликолей, в частности, этиленгликоля или пропиленгликоля, а также сорбита или глицерина или их смесей. Указанные спирты являются отличными увлажнителями и, таким образом, представляют собой питательный компонент для кожи вокруг раны.
Водосодержащая гидрогелевая композиция может, в частности, содержать 0-50% масс. многоатомного спирта. В частности, гидрогелевая композиция содержит 5-40% масс. многоатомного спирта, наиболее предпочтительно 10-30% масс. многоатомного спирта.
Особенно предпочтительно гидрогелевая композиция содержит многоатомный спирт, выбранный из пропиленгликоля и/или глицерина, предпочтительно глицерина. Количество пропиленгликоля и/или глицерина в гидрогелевой композиции составляет, в частности, 5-30% масс. в расчете на общую массу гидрогелевой композиции, предпочтительно 10-25% масс., наиболее предпочтительно 15-20% масс.
В общей сложности согласно настоящему изобретению водосодержащая гидрогелевая композиция может содержать по меньшей мере 10% масс., предпочтительно по меньшей мере 15% масс. сополимера полиуретан-полимочевина. В данном контексте, дополнительно предпочтительно гидрогелевая композиция образована из 6-60% масс. форполимера с алифатическими диизоцианатными группами, 4-40% масс. полиамина на основе полиэтиленоксида, 0-50% масс. многоатомного спирта и по меньшей мере 20% масс. воды.
Кроме того, предпочтительно гидрогелевая композиция образована из 6-30% масс. форполимера с алифатическими диизоцианатными группами, 4-20% масс. диамина на основе полиэтиленоксида, 10-30% масс. многоатомного спирта, выбранного из группы, состоящей из пропиленгликоля и/или глицерина, и по меньшей мере 30% масс. воды.
Особенно предпочтительно гидрогелевая композиция образована из 6-20% масс. форполимера с концевыми изофорондиизоцианатными группами, 4-15% масс. диамина на основе полиэтиленоксида, 15-20% масс. полипропиленгликоля и/или глицерина и по меньшей мере 20% масс. воды.
Указанная гидрогелевая композиция обычно имеет свободное поглощение A3 (измеренное в соответствии с DIN EN 13723-1 (2002)) по меньшей мере 1 г/г и не более 5 г/г, обеспечивает нераздражающую, абсорбирующую жидкость, амортизирующую и подобную коже среду, которая защищает от микроорганизмов и, таким образом, особенно подходит в качестве слоя для контакта с раной.
Повязки на рану, содержащие гидрогелевую матрицу, толщина слоя которой составляет 0,1-5,0 мм, являются наиболее предпочтительными вариантами реализации. В частности, повязка на рану согласно изобретению имеет слой, контактирующий с раной, толщиной 0,1-5,0 мм, особенно предпочтительно 0,5 5,0 мм и наиболее предпочтительно 0,5-3,0 мм. Повязки на раны с указанной толщиной слоя, с одной стороны, не имеют адгезии к ране, а, с другой стороны, способны поглощать любой экссудат, вытекающий из раны, и пропускать его к абсорбирующему слою. Толщина слоя может быть одинаковой в разных частях слоя, контактирующего с раной, или может отличаться в разных частях слоя, контактирующего с раной.
Кроме того, предпочтительно гидрогелевая матрица содержит каналы, в частности, конические каналы, для прохождения жидкостей с первой поверхности на вторую. Таким образом, в частности, можно обеспечить лучший отток раневого экссудата. Особенно предпочтительно каналы имеют эллиптическое или круглое поперечное сечение, то есть каналы имеют круглые или эллиптические отверстия как на первой, так и на второй поверхностях гидрогелевой матрицы, при этом круглые или эллиптические отверстия на первой и второй поверхностях отличаются по размеру. Каналы могут также иметь треугольное, прямоугольное, квадратное, пятиугольное, шестиугольное или иное многоугольное поперечное сечение. В этой связи особенно предпочтительно, чтобы отверстия на первой поверхности были больше отверстий на второй поверхности.
В другом предпочтительном варианте реализации гидрогелевая композиция содержит 10-25% масс., предпочтительно 15-20% масс. твердой полимерной части и 75-90% масс., предпочтительно 80-85% масс. жидкой части. Количество очищенной воды в жидкой части, как правило, составляет 40-90% масс., предпочтительно 50-80% масс., а количество глицерина составляет 5-40% масс., предпочтительно 10-30% масс.
В полимерной части, например, массовое отношение 3-членного поли(этиленоксид-стат-пропиленоксида) с концевыми группами NCO (соотношение ПЭО/ППО : 70:30 или 80:20) к линейному поли(этиленоксид со-пропиленоксиду) с концевыми аминогруппами составляет 1,0-2,0, предпочтительно 1,2-1,8.

Примером коммерчески доступного форполимера с алифатическими диизоцианатными группами является, например, Aquapol PL-13000-3 (Carpenter; Ричмонд, США), содержащий 4-7% масс. изофорондиизоцианатов.

Примером коммерчески доступного полиамина является, например, Jeffamin ED-2300 (Huntsman; Эверберг, Бельгия), содержащий водорастворимый алифатический полиэфирамин, полученный из полиэтиленгликоля с концевыми пропиленоксидными группами.
Гидрогелевая композиция, в частности, не содержит хлорид-ионов, которые содержатся, например, в некоторых распространенных коммерческих гидрогелях в форме изотонических солевых растворов, для предотвращения осаждения частиц серебра в форме хлорида серебра, что приводит к уменьшению эффективности гидрогелей.
Кроме того, гидрогелевая композиция может содержать неионное поверхностно-активное вещество. Это направлено прежде всего на обеспечение стабилизации и гомогенного распределения частиц серебра в гидрогелевой композиции. В частности, гидрофобная стабилизация и связывание частиц серебра в полимерной структуре гидрогеля могут быть обеспечены с помощью стабилизаторов, например, путем применения поверхностно-активных веществ, таких как Твин 20, полиэтиленгликоль, сорбитол, поливинилпирролидон и их смеси, особенно при применении Твин 20 или сорбитола.
В одном из особенно предпочтительных вариантов реализации водосодержащая гидрогелевая композиция содержит 6-20% масс. форполимера с концевыми изофорондиизоцианатными группами, 4-15% масс. диамина на основе полиэтиленоксида, 15-20% масс. полипропиленгликоля и/или глицерина, 40-70% масс. воды и 25-250 ppm элементарного серебра со средним диаметром частиц 9-18 нм, причем все массовые значения указаны в расчете на общую массу гидрогелевой композиции.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения гидрогелевой композиции, описанной выше.
Способ предпочтительно включает приведение во взаимодействие смеси, содержащей:
(a) полиамин,
(b) необязательно неионное поверхностно-активное вещество,
(c) дополнительно необязательно многоатомный спирт, выбранный из пропиленгликоля и/или глицерина,
(d) частицы элементарного серебра, имеющие средний диаметр частиц, определенный с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), 5-20 нм и распределение частиц по размерам, определенное с помощью лазерной дифрактометрии, D90 ≤ 25 нм, и
(e) воду,
с алифатическим диизоцианатным полимером для получения водосодержащей гидрогелевой композиции, в которой содержание серебра в расчете на общую массу гидрогелевой композиции составляет 15-500 ppm.
Предпочтительные варианты реализации компонентов (а)-(е) указаны в описании состава гидрогеля согласно изобретению и в равной степени применимы к способу согласно изобретению.
В еще одном аспекте изобретение относится к многослойной повязке на рану, содержащей по меньшей мере один непроницаемый для воды и проницаемый для водяного пара слой подложки, абсорбирующий слой и слой, содержащий водосодержащую гидрогелевую композицию.
2
2
2
2
2
2
2
В качестве слоя подложки можно, в частности, использовать полимерные пленки или пенополимеры, предпочтительно пленки или пены, полученные из полиуретана, простого полиэфируретана, сложного полиэфируретана, сополимеров простого полиэфира-полиамида, полиакрилата или полиметакрилата. В частности, в качестве слоя подложки можно использовать непроницаемую для воды и проницаемую для водяного пара полиуретановую пленку или непроницаемый для воды и проницаемый для водяного пара пенополиуретан. В качестве полимерной пленки предпочтительными являются пленка из полиуретана, пленка из сложного полиэфируретана или пленка из простого полиэфируретана. Наиболее предпочтительно толщина указанных полимерных пленок составляет 15-50 мкм, предпочтительно 20-40 мкм, наиболее предпочтительно 25-30 мкм. Проницаемость для водяного пара полимерной пленки в повязке на рану предпочтительно составляет по меньшей мере 750 г/м/24 ч, более предпочтительно по меньшей мере 1000 г/м/24 ч, наиболее предпочтительно по меньшей мере 2000 г/м/24 ч (измерения в соответствии со стандартом DIN EN 13726). В особенно предпочтительных вариантах реализации указанные пленки имеют влагонепроницаемую клейкую краевую часть. Указанная краевая часть обеспечивает возможность наложения и фиксации повязки на рану в месте ее применения. Кроме того, краевая часть предотвращает вытекание жидкости между пленкой и кожей вокруг обрабатываемой поверхности. Было обнаружено, что особенно предпочтительными являются адгезивы, которые при нанесении тонким слоем 20 г/м-35 г/м в комбинации с пленкой обеспечивают проницаемость для водяного пара по меньшей мере 800 г/м/24 ч, предпочтительно по меньшей мере 1000 г/м/24 ч (измерения в соответствии со стандартом DIN EN 13726).
В предпочтительном варианте реализации абсорбирующий слой содержит гидрофильный пенополиуретан и гидрогель. Поверхность гидрофильного пенополиуретана может быть пропитана или покрыта гидрогелем или полностью или частично насыщена им.
В альтернативном варианте реализации гидрогелевая композиция также может находиться в контакте с абсорбирующим слоем или на расстоянии от абсорбирующего слоя. Гидрогелевая композиция, например, содержащая сополимер полиуретан-полимочевина, может быть нанесена на поверхность слоя пенополиуретана, например, так, что слой гидрогеля, содержащий гидрогелевую композицию, находится в непосредственном контакте со слоем пенополиуретана. Альтернативно слой гидрогеля и абсорбирующий слой могут быть отделены друг от друга разделительным слоем. Промежуточный слой может, например, содержать гидрогелевую матрицу, полимерную пленку, гидроколлоидную матрицу, полимерную сетку, ткань, адгезив и/или полимерную сетку.
Кроме того, многослойная повязка на рану также может содержать дополнительные слои помимо абсорбирующего слоя и слоя подложки, такие как слой, контактирующий с раной, один или более барьерных слоев и/или один или более распределительных слоев.
Предпочтительные повязки на рану содержат слой подложки, гидрогелевый слой согласно настоящему изобретению и, необязательно, абсорбирующий слой, расположенный между гидрогелевым слоем и слоем подложки. Абсорбирующий слой предпочтительно может содержать волокнистый материал, особенно предпочтительно гидрофильный пенополиуретан. Гидрогелевый слой может быть сплошным или прерывистым. Например, он может быть нанесен на всю поверхность слоя подложки или может иметь каналы, отверстия или перфорацию различной формы. В случае прерывистого гидрогелевого слоя на слой подложки и/или абсорбирующий слой наносят множество отдельных гидрогелевых элементов, которые могут иметь форму кругов, квадратов или других правильных или неправильных многоугольников.
Возможные расположения различных слоев в многослойных повязках на рану согласно изобретению описаны, например, в документе WO 2010/000450, который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки.
Повязки на рану также очень удобны для пациента, так как они просты в применении, безопасны для кожи, являются мягкими и тонкими, адаптируются к коже и обладают обезболивающим эффектом (из-за охлаждающего эффекта гидрогеля), что позволяет использовать их в течение длительного периода времени, как правило, от 3 до 5 дней, до замены повязки на рану.
Как указано в начале описания, процесс заживления обычно можно разделить на несколько фаз независимо от характера раны. В данной области техники выделяют фазы воспаления (очищения), грануляции (пролиферации) и эпителизации. Общим является то, что различные типы клеток взаимодействуют друг с другом, активируются и размножаются.
Риск инфекции раны является самым высоким в фазе воспаления и фазе грануляции, поскольку именно в это время микроорганизмы легко проникают в рану. Таким образом, полезные эффекты, которые обеспечивает повязка на рану согласно изобретению, особенно очевидны в указанных фазах.
Антибактериальный эффект особенно важен в случае медленно заживающих ран, таких как ожоги или хронические раны. Поэтому повязка на рану согласно настоящему изобретению особенно подходит для лечения ожогов и/или хронических ран, особенно ран, которые возникают в случаях пролежней, венозных язв и диабетического синдрома.
Описание чертежей
Фигура 1: Высвобождение наночастиц серебра из гидрогеля в водную среду.
Фигура 2: Высвобождение ионов серебра из гидрогеля в водную среду.
Фигура 3А/В: Антибактериальная активность гидрогеля при различном содержании серебра.
Фигура 4: Цитотоксичность и биологическая совместимость гидрогеля при различном содержании серебра.
Фигура 5А/В: Абсорбционная способность гидрогеля согласно настоящему изобретению при различном содержании серебра.
Фигура 6А/В: Дегидратация гидрогеля согласно настоящему изобретению при различном содержании серебра.
Примеры
Получение гидрогелевой композиции

На первом этапе получали смесь 52,5% масс. полиамина (Jeffamin ED-2003, Huntsman; Эверберг, Бельгия) и 47,5% масс.воды. 132,5 г указанной смеси смешивали с 200 г глицерина, 567,5 г воды и соответствующим количеством водной суспензии наночастиц серебра (agpure W10, RAS Materials GmbH, Регенсбург, Германия) с номинальным содержанием серебра 10% масс., распределением частиц по размерам D99<20 нм и средним размером частиц 15 нм. К смеси добавляли 100 г форполимера на основе ИФДИ (Aquapol PI-13000-3; Carpenter; Ричмонд, США). Компоненты тщательно перемешивали, неподвижный жидкий гель порционно помещали в чашки Петри, где он полностью полимеризовался.
Компоненты для 1 кг гидрогеля:
Методы измерений
Высвобождение наночастиц
Построение калибровочной кривой
Для исследования миграции наночастиц серебра из геля в водную среду анализировали элюат при высвобождении ионов с помощью фотометра. Пик поглощения наночастиц в видимом диапазоне наблюдали при примерно 410 нм. Для определения концентрации наночастиц серебра в элюате измеряли стандартные образцы в концентрациях 50, 25, 10, 1, 0,1 мг Ag Pure W 10/кг деминерализованной воды, с помощью которых получали калибровочную кривую.
Измерение высвобождения наночастиц серебра
Для измерения высвобождения ионов вырезали образцы для испытаний диаметром 50 мм, извлекали из чашки Петри и взвешивали. Гелевые образцы помещали в колбы Эрленмейера объемом 100 мл, добавляли 30 мл воды (для аналитических целей) и герметично закрывали притертой пробкой. После этого образцы инкубировали при комнатной температуре на встряхивающем столике в течение 24 часов при 130 об/мин. После инкубации в течение 24 часов в фотометре измеряли экстинкцию элюата при 410 нм. Использовали полистирольные кюветы.
Высвобождение ионов
Для измерения высвобождения ионов вырезали образцы для испытаний диаметром 50 мм, извлекали из чашки Петри и взвешивали. Гелевые образцы помещали в колбы Эрленмейера объемом 100 мл, добавляли 30 мл воды (для аналитических целей) и герметично закрывали притертой пробкой. После этого образцы инкубировали при комнатной температуре на встряхивающем столике в течение 24 часов при 130 об/мин. Затем примерно 5-6 мл элюатов переносили пипеткой в коричневые флаконы и смешивали с 20 мкл концентрированной азотной кислоты для стабилизации. Образцы исследовали с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой ИСП-МС согласно стандарту EN ISO 17294-2 (Е29).
Кинетика высвобождения
Для изучения высвобождения наночастиц серебра или ионов серебра в течение более длительного периода проводили соответствующие измерения через 2, 4, 6, 8, 24, 48 и 72 часа. Образцы для испытаний диаметром 50 мм вырезали из гелей AgNP, извлекали из чашки Петри и взвешивали. После этого гелевые образцы обрабатывали, как описано в соответствующих разделах.
Исследования эффективности
Рабочие культуры и среда
Для зоны ингибирования и метода мягкого агара использовали 24-часовые культуры бактериального штамма Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) DSM 346. С этой целью криосферу переносили в 9 мл триптического соевого бульона и инкубировали в инкубаторе при 37°С в течение 24 часов. Суспензию визуально проверяли на наличие высокой мутности и, следовательно, хорошего роста.
Глубинный метод посева
Жизнеспособные микроорганизмы оценивали путем подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ). Заданное количество бактериальной суспензии смешивали в теплом казеиново-соевом пептонном агаре и производили подсчет после инкубации при соответствующей температуре. Предполагается, что каждая бактериальная клетка образует колонию на чашке.
Используя глубинный метод посева, готовили подходящие уровни разбавления образцов с шагом 10 (1:10), 1 мл образцов во всех случаях выливали в пустую чашку Петри. После этого примерно 20 мл выливали на казеиново-соевый пептонный агар в чашке Петри, нагретой до 45°С, и чашкой совершали движения в форме цифры 8 для равномерного распределения бактериальных клеток в агаре. Чашки хранили при комнатной температуре до застывания. Наконец, инкубировали в инкубаторе в течение примерно 24 часов при 37°С и подсчитывали образовавшиеся колонии бактерий. Для оценки рассчитывали показатель КОЕ/мл.
CFU: количество колоний
DF soft agar: коэффициент разбавления, мягкий агар
DF D/e neutraliser: коэффициент разбавления, мягкий агар
DF plate pour: коэффициент разбавления, глубинный метод
CFU/mL=counted CFU*DF soft agar* DF D/e-neutraliser* DF plate pour
Анализ зоны ингибирования
Для получения общего представления об антибактериальной эффективности гелей с наночастицами серебра образцы помещали в чашки со свежим инокулированным агаром и оценивали ингибирование роста микроорганизмов образцами. Для метода измерения зоны ингибирования вырезали круглые образцы диаметром 30 мм. 5 мл суспензии микроорганизмов, в которой 1 мл был суспендирован в 150 мл жидкого казеиново-соевого пептонного агара, пипеткой наносили на подготовленные чашки для казеиново-соевого пептонного агара, а затем ждали до застывания. Чтобы рост микроорганизмов не начался до того, как в чашки будут помещены образцы для испытаний, чашки необходимо использовать в течение часа. Образцы для испытаний помещали активной поверхностью к чашке с агаром и прижимали так, чтобы образец имел хороший контакт с чашкой, затем инкубировали в инкубаторе в течение ночи при 37°С. После этого измеряли полученную зону ингибирования.
H=(D-d)/2
Н = зона ингибирования (мм)
D = общий диаметр (мм)
d = диаметр образца (мм)
Испытание с мягким агаром
Для получения более точных результатов, чем при анализе зоны ингибирования, определенную концентрацию микроорганизмов в мягком агаре помещали на тестируемые образцы и определяли КОЕ/мл в течение четырех часов после испытаний.
100 мл мягкого агара нагревали до 45°С и инокулировали 1 мл суспензии микроорганизмов. Фрагменты образцов размером 2,5 см × 2,5 см вырезали с помощью штампа и переносили в пустые чашки Петри стерильным пинцетом. 1 мл инокулированного мягкого агара помещали на поверхность фрагментов образца с помощью пипетки, следя за тем, чтобы мягкий агар не стекал вниз. Мягкий агар застывает при комнатной температуре примерно через 10 минут. Кроме того, готовили положительный контрольный образец. Для этой цели 1 мл инокулированного мягкого агара переносили пипеткой в 50-мл пробирку типа Falcon и добавляли 3 мл раствора Рингера с концентрацией 1/4, чтобы мягкий агар не высыхал. Инокулированные фрагменты образца инкубировали в инкубаторе в течение ночи при 37°С. После 4 часов испытаний добавляли 20 мл нейтрализующего бульона по Ди-Ингли, чтобы связать все присутствующие свободные ионы серебра. В момент времени 0 часов 1 мл инокулированного мягкого агара помещали с помощью пипетки непосредственно в 20 мл нейтрализующего бульона по Ди-Ингли.
Партии обрабатывали в течение одной минуты в ультразвуковой ванне. После этого подходящие серийные разведения готовили с использованием раствора Рингера с концентрацией 1/4 и сеяли методом глубинного посева.
1
2+
3
Среднее геометрическое для образца = (log x+log хlog х)/(3)
1
2+
3
Среднее геометрическое для контрольного образца = (log xk+log xklog xk)/(3)
Логарифмическое снижение = логарифмический показатель для контрольного образца -логарифмический показатель для образца
Измерение потери влажности (дегидратации)
Потеря массы в течение определенного периода времени при определенной температуре представляет собой потерю влажности. Потерю влажности рассчитывали в соответствии со следующим уравнением и указывали в единицах г/г:
потеря влажности = конечная масса / начальная масса
Измерение абсорбционной способности
Для измерения абсорбционной способности вырезали образцы геля диаметром 5 см. После этого образцы помещали в стеклянный стакан с деионизированной водой V=300 мл. Затем образцы повторно взвешивали через определенные промежутки времени. Абсорбционную способность рассчитывали в соответствии со следующим уравнением и указывали в единицах г/г:
поглощающая способность = (конечная масса - начальная масса) / начальная масса
Тест на биологическую совместимость
Тесты на биологическую совместимость были выполнены в соответствии со стандартом DIN EN ISO 10993-5 и методическими указаниями Департамента функциональных материалов в медицине и стоматологии: BioLab 973302, 042901, 964702 и 964805 и включали измерения роста клеток, метаболической активности и содержания белка.
Гидрогели поставляли стерильными в чашках Петри. Для анализа 0,1 г/мл культуральной среды взвешивали в каждом из образцов.
Активность клеток, количество клеток и концентрацию белка исследовали три раза для каждого образца в четырех параллельных партиях. Время элюции составляло 48 ч, инкубация клеток с элюатами также 48 ч.
Клеточная линия: L 929 СС1 Мышиные фибробласты (Американская коллекция типовых культур, Роквилл, Мэрилэнд, США).
Культуральная среда: DMEM (модифицированная Дульбекко среда Игла) согласно VA BioLab 042901 для предварительной культуры и элюции.
Отрицательный контрольный образец: полистирол (Nunc GmbH & Со KG, Висбаден).
Положительный контрольный образец: пластины ПВХ Vekoplan КТ (Konig GmbH, Венделыптайн).
2
Для каждого образца тестировали три элюата из каждого гидрогеля, которые готовили в разные дни испытаний. Для этого гидрогели разрезали в середине чашек Петри стерильным скальпелем и переносили в стерильный реакционный сосуд объемом 50 мл. На образец 0,1 г к гидрогелям добавляли 1 мл элюирующей среды, после чего элюировали в инкубаторе в течение 48 часов при 37°С и 5% СО. Для удаления из элюатов любых присутствующих взвешенных веществ образцы центрифугировали в течение 5 минут при 4000 об/мин после инкубации и фильтровали (размер пор фильтра 0,2 мкм).
2
Клетки высевали в концентрации 50000 клеток/мл, предварительное культивирование проводили при 37°С и 5% СО в течение 24 часов. Затем удаляли среду DMEM, добавленную во время посева, и все клетки покрывали 1 мл элюата в концентрации 100%. В качестве отрицательного контрольного образца среду DMEM инкубировали в пробирке типа Falcon объемом 50 мл в течение 48 часов, как образцы; элюат из пластиковых дисков в концентрации 100% использовали в качестве положительного контрольного образца. После 48 часов инкубации определяли активность клеток, количество клеток и общее содержание белка.
Рост клеток (подсчет клеток)
Подсчет клеток проводили после ферментативного отделения клеток с использованием раствора Accutase с помощью счетчика клеток.
Определение жизнеспособности путем оценки метаболической активности (WST)
Жизнеспособность определяли с использованием тетразолиевой соли, WST 1, Roche Diagnostics GmbH, Мангейм, в соответствии с инструкциями производителя. WST 1 приводят во взаимодействие с сукцинатдегидрогеназой (ферментом цикла лимонной кислоты) в митохондриях метаболически активных клеток с образованием окрашенного формазана и измеряется фотометрически. Степени поглощения (OD), определенные при 450 нм и 620 нм, коррелируют с дыхательной активностью культивируемых клеток.
Содержание белка (метод Лоури)
Содержание белка измеряли с помощью DC Protein Assay, BIO-RAD GmbH, Мюнхен, в соответствии с инструкциями производителя. Метод определения белка по Лоури основан на восстановлении Си (П) до Си (I) с помощью ароматических тирозин-триптофановых остатков белков. На следующей стадии комплекс меди и белка восстанавливает реагент фосфорномолибденовая кислота/фосфовольфрамат до молибденовой или вольфрамовой сини соответственно. Ослабление интенсивной синей окраски измеряли фотометрически при 750 нм. Концентрацию белка можно определить путем одновременного проведения стандартных серий.
Подтверждение и оценка
Интервалы для подтверждения и оценки были установлены в соответствии со стандартом DIN EN ISO 7405 и методом определения ингибирующей дозы (ID 50: доза, при которой происходит ингибирование роста 50% клеток) (литература: Allgemeine Pharmakologie und Toxikologie, Henschler, ed.: Forth Wolfgang; Spektrum akad. Verl. Heidelberg; 7th ed. 1996). Рост клеток 0-29% характеризуется как сильное ингибирование роста, рост клеток 30-59% как умеренное ингибирование и рост клеток 60-79% как слабое ингибирование по сравнению с контрольным образцом. Скорости роста клеток 80-100% указывают на отсутствие ингибирования роста клеток.
Активность клеток 0-29% характеризуется как сильно сниженная метаболическая активность, активность клеток 30-59% как умеренно сниженная метаболическая активность, а активность клеток 60-79% как незначительно сниженная метаболическая активность по сравнению с контрольным образцом. Показатели активности клеток от 80 до 100% указывают на отсутствие снижения метаболической активности.
Концентрация белка 0-34% характеризуется как сильно сниженное содержание белка, концентрация белка 35-69% как умеренно сниженное содержание белка по сравнению с контрольным образцом. Концентрации белка от 70 до 100% указывают на отсутствие снижения содержания белка.
Значение PS в представлении результатов соответствует полистирольному отрицательному контрольному образцу.
Пример 1: Высвобождение частиц серебра и ионов серебра из геля в водную среду
+
Миграцию наночастиц серебра и ионов серебра из гидрогеля, приготовленного описанным выше способом, в водную среду исследовали путем определения кинетики высвобождения. Было установлено, что обнаруживаемые количества частиц серебра не выделялись в водную среду (Фигура 1). Как показано на Фигуре 2, количество высвобождаемых ионов серебра составляло 50-300 мкг/л Ag на 1 г гидрогеля в зависимости от содержания серебра. На модели раневого экссудата было выявлено высвобождение ионов серебра в интервале до 250 мг/кг гидрогеля (250 ppm).
Пример 2: Антибактериальная активность гидрогеля при различном содержании серебра
При анализе зоны ингибирования значительное ингибирование роста Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) наблюдали уже при содержании серебра в гидрогеле 25 мг/кг (Фигура 3А). В интервале 25-250 мг/кг гидрогеля ингибирование достигало уровней 8 log (Фигура 3В).
Пример 3: Цитотоксичность и биологическая совместимость гидрогеля при различном содержании серебра
Цитотоксичность и биологическую совместимость гидрогеля при различном содержании серебра определяли путем определения активности клеток, количества клеток и концентрации белка, а также путем оценки метаболической активности (WST). Во всех испытаниях была установлена хорошая биологическая совместимость при низкой цитотоксичности (Фигура 4).
Пример 4: Абсорбционная способность гидрогеля согласно изобретению при различном содержании серебра
При измерении абсорбционной способности гидрогеля согласно настоящему изобретению при различном содержании серебра в течение периода времени до 24 часов не было обнаружено изменений абсорбционной способности в зависимости от содержания серебра, выходящих за пределы статистической погрешности (Фигура 5А и 5В).
Пример 5: Дегидратация гидрогеля согласно изобретению при различном содержании серебра
При измерении дегидратации гидрогеля согласно настоящему изобретению при различном содержании серебра в течение периода времени 24 часа не было обнаружено изменений дегидратации в зависимости от содержания серебра, выходящих за пределы статистической погрешности (Фигуры 6А и 6В).
Таким образом, с помощью примеров показали, что гидрогелевая композиция согласно изобретению высвобождает достаточно большое количество ионов серебра, что обеспечивает эффективную антибактериальную активность во время лечения ран. Вместе с тем происходит эффективное предотвращение высвобождения частиц серебра и, следовательно, их абсорбция в организме человека, так что любые побочные эффекты, вызванные указанным явлением, эффективно предотвращаются или могут быть предотвращены.
Также было показано, что содержащиеся в гидрогеле частицы серебра не влияют на абсорбционную способность или дегидратацию гидрогеля и, следовательно, не ухудшают функции повязки на рану, содержащей гидрогель.
Таким образом, с помощью гидрогелевой композиции согласно изобретению можно обеспечить систему для лечения ран, которая позволяет максимально эффективно осуществлять лечение ран и обладает высокой антибактериальной активностью. Таким образом, облегчается и ускоряется заживление ран. Системы для лечения ран обеспечивают достаточный комфорт при ношении и обладают значительной антибактериальной эффективностью даже при длительном применении.