Способ получения (со)полимера гликолида и/или лактида для изготовления рассасывающихся хирургических изделий
METHOD FOR OBTAINING (CO)POLYMER GLYCOLIDE AND/OR LACTIDE FOR THE MANUFACTURE OF ABSORBABLE SURGICAL PRODUCTS

Изобретение относится к способу получения (со)полимера гликолида и/или лактида (L-лактида) для изготовления рассасывающихся хирургических изделий, таких как хирургические монофиламентные и плетеные нити, имплантаты с повышенными антибактериальными свойствами.
При получении хирургических изделий высокого качества к (со)полимеру гликолида и/или лактида предъявляются определенные требования: молекулярная масса полимера должна быть равна 200-400 кДа, температура плавления, не ниже: полигликолида 220°С, для поли-L-лактида 160°С, для сополимера гликолида и лактида температура плавления находится в пределах 170-210°С и определяется соотношением мономеров гликолида и лактида (90:10, 50:50, 10:90). При переработке (со)полимеров гликолида и лактида в хирургические изделия важно учитывать такой показатель, как термостойкость полимеров, которая определяется температурами деструкции (со)полимеров гликолида и/или лактида: для полигликолида 240°С, для поли-L-лактида 200°С, для сополимера гликолида и лактида термостойкость находится в пределах 200-240°С и определяется соотношением мономеров гликолида и лактида (90:10, 50:50, 10:90).
(Со)полимеры гликолида и/или лактида получают полимеризацией соответствующего мономера или смеси мономеров в присутствии катализаторов при нагревании.
2
2
Известен способ получения полигликолида, при котором чистый гликолид полимеризуется в присутствии инициатора SnCl⋅2HO в количестве 0,0005-0,0025 масс. % и лаурилового спирта в количестве 0,05-1,5 мол. % при температуре от примерно 210-245°С в течение 50-120 минут (US 3442871, C08g 17/02, опубл. 6.05.1969).
Известен способ полимеризации гликолида в органической кислоте, ангидрида или сложного эфира при 150-200°С (US 6111033, C08G 63/60, опуб. 29.08.2000). К недостаткам способа следует отнести длительность процесса (до 8 часов).
Известен способ полимеризации лактида при 180°С в присутствии ацетилацетоната алюминия с конверсией мономера 90 и 100% в течение 1,7 и 3 часов соответственно (US 6166169А, C08K 5/13, опуб. 26.12.2000). Недостатком метода является многостадийность и длительность процесса.
В известных способах (US 6281154, C07F 5/069, 2001; US 6538101, C08G 63/08, 2003; US 6790972, C07F 3/00, 2004; US 6608170, C08G 63/823, 2003) для получения полилактида предложено использовать различные катализаторы: мономерные комплексы алюминия с диамидоаминными лигандами и тетрадентатными N, NO, О-лигандами, катализаторы на основе хиральных алкоксидов алюминия и алкильных соединений алюминия, а также на основе соединений металлов 11 и 12 групп с тридентатными лигандами. Недостатком данных способов является низкая молекулярная масса полученного полилактида.
Описан способ (со)полимеризации гликолида и/или лактида, в котором в качестве катализатора используется трифторметансульфонат и (со)полимеризующая добавка (RU 2318836, C08G 63/823, опуб. 10.03.2008). К недостаткам данного способа следует отнести высокие значения скорости процесса и низкую молекулярную массы (со)полимера.
Известен способ получения полилактида, при котором полимеризацию лактида ведут при температуре от 140 до 180°С, при давлении от 20 до 70 кПа, в качестве стабилизатора предлагается использовать соединение серы со степенью окисления не менее +5, а также металлические катализаторы (такие как соединения олова, титана, свинца, цинка и т.п.), кислотные катализаторы в количестве 0,001-2 масс. % (TW 201213388, C08G 63/06, опуб. 21.01.2016). Недостатками данного метода является продолжительность процесса (от 4 до 30 часов) и низкая молекулярная масса полимера (от 5 до 25 кДа).
Известны способы полимеризации гликолида, где в качестве катализаторов используются алюминиевые соединения, содержащие хиральный циклогександиамин (CN 1085 70143, C07F 5/066, опуб. 12.12.2017), о-фенилендиаминную (CN 108503802, C07F 5/066, опуб. 12.12.2017). 2017), салицилальдегидную (CN 108239261, C07F 5/066, опуб. 12.12.2017) группы, производное ацетилацетона (CN 108084411, C07F 5/066, опуб. 12.12.2017). К недостаткам данных способов следует отнести низкую массу полимера (от 10 до 25 кДа).
Однако известные способы либо не обеспечивают получение (со)полимеров гликолида и/или лактида с необходимой молекулярной массой (выше 200 кДа), либо характеризуются сложностью и высокой продолжительностью процесса (больше 2 часов).
Также известные способы получения (со)полимеров гликолида и/или лактида не обеспечивают получение (со)полимеров гликолида и/или лактида, обладающих антибактериальными свойствами.
Послеоперационная раневая инфекция продолжает оставаться одной из самых актуальных проблем хирургии. Послеоперационные инфекционные осложнения ран увеличивают хирургическую летальность, часто становятся причиной повторных операций, увеличивают сроки лечения, существенно ухудшают результаты хирургических вмешательств. Поэтому использование антимикробных хирургических шовных нитей является перспективным направлением в профилактике раневых гнойно-воспалительных осложнений в хирургической практике.
Хирургический шовный материал с антимикробным действием, как правило, получают путем пропитки готовой нити антимикробными веществами.
Известен способ получения хирургического шовного материала с антимикробным действием (РФ 1473147, A61L 17/00, опубл. 14.07.86), путем пропитывания нити антимикробным веществом и последующего покрытия рассасывающейся клеевой композицией, способствующей постепенному высвобождению антибиотиков. Недостатками способа являются небольшая длительность антимикробного действия (6-8 дней), возможность развития поздней инфекции.
Также известен способ получения хирургической нити с антибактериальным эффектом (РФ 2278693, A61L 31/00, опубл. 03.11.2004), в котором хирургическую нить или ткань пропитывают раствором соединения серебра с последующим восстановлением соединения до металлического серебра в щелочном растворе формальдегида и с последующей промывкой нити или ткани от остаточного содержания реагентов. Недостатками способа является необходимость проведения большого количества дополнительных этапов и использование формальдегида, который может оставаться в готовом изделии.
2
В известном способе получения хирургической нити с антибактериальными свойствами хирургическую нить обрабатывают суспензией TiO-Ag (РФ 2517121, A61L 17/14, A61L 31/00, опубл. 21.08.2012). Однако применение способа приводит к снижению качества нити за счет неравномерного распределения суспензии по поверхности без заметного увеличения бактерицидных свойств.
Таким образом, известные способы получения хирургической нити с антибактериальными свойствами путем обработки готовой нити различными антибактериальными составами не обеспечивают высокую антибактериальную активность шовного материала, требуют проведения большого количества дополнительных этапов и ухудшают качество нити.
Перспективным направлением является производство хирургических нитей из готового материала, обладающего антибактериальными свойствами. В уровне техники не обнаружена информация о способах получения (со)полимеров гликолида и лактида с антибактериальными свойствами.
Технической проблемой является разработка эффективного и простого способа получения (со)полимера гликолида и/или лактида с антибактериальными свойствами для изготовления рассасывающихся хирургических изделий.
В качестве прототипа выбран способ получения (со)полимера гликолида и/или лактида для изготовления рассасывающихся хирургических изделий по патенту RU 2715383, A61L 31/06, опубл. 27.02.2020, позволяющий получать (со)полимер с необходимой молекулярной массой (200-400 кДа) и повышенной термостойкостью (не ниже 240°С). Способ включает полимеризацию гликолида и/или лактида в массе мономера под действием катализатора октаноата олова (II) в среде инертного газа при нагревании, при этом процесс ведут в присутствии 0,01-0,1 масс. % диоксида титана, реакционную массу сначала нагревают до 80-90°С с выдержкой 5 минут, затем до 200-210°С и при этой температуре осуществляют (со)полимеризацию при воздействии ультразвука в течение 20 минут.
Недостатком способа является отсутствие антибактериальной стойкости (со)полимеров.
Техническая проблема решается способом получения (со)полимера гликолида и/или лактида для изготовления рассасывающихся хирургических изделий полимеризацией гликолида и/или лактида в массе мономера под действием катализатора октаноата олова (II) и лаурилового спирта в среде инертного газа при нагревании, при этом процесс ведут в присутствии сульфатов меди и цинка в суммарном количестве 2 масс. % и 0,1-1 масс. % наночастиц серебра, а реакционную массу сначала нагревают до 80-90°С с выдержкой 5 минут, затем до 200-210°С и при этой температуре осуществляют (со)полимеризацию.
Предлагаемый способ позволяет получать (со)полимер гликолида и/или лактида с необходимой молекулярной массой и увеличенной термостабильностью, обладающего антибактериальными свойствами.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В отличие от прототипа (со)полимеризацию проводят в присутствии лаурилового спирта, выполняющего роль регулятора молекулярной массы, и комплекса антибактериальных добавок - солей меди и цинка и наночастиц серебра, совместное использование которых позволяет добиться синергетического эффекта. Наночастицы серебра благодаря размерам от 1 до 100 нм проникают через клеточную оболочку вируса (средний размер 30-150 нм), бактерий (300-50000 нм) и грибов (>2000 нм), препятствуя тем самым образованию и росту колоний бактерий и микробов на поверхности. Введение солей меди и цинка способствует усилению антибактериального эффекта наночастиц серебра. В качестве антибактериальной добавки находят применение различные соли меди и цинка: фосфаты, сульфаты, карбонаты и т.д., в которых бактерицидная активность проявляется за счет катионов меди и цинка. Как будет показано далее использование только солей меди и/или цинка не оказывает антибактериального эффекта, а использование только наночастиц серебра не приводит к существенному увеличению антибактериальных свойств. Лишь использование одновременно трех добавок способствует получению (со)полимера гликолида и/или лактида с высокими антибактериальными свойствами.
Кроме того, используемые добавки являются гетерогенными зародышеобразователями, что приводит к образованию более однородной надмолекулярной структуры, уменьшению количества дефектных зон, в результате увеличивается степень кристалличности (со)полимера, а, следовательно, его термостабильность. При введении в (со)полимер гликолида и/или лактида солей меди и цинка возможно не только закрытие концевых гидроксильных групп, но и дальнейшее взаимодействие вводимых соединений с макромолекулами (со)полимера гликолида и/или лактида в процессе термодеструкции и образование более термостойкого высокомолекулярного (со)полимера гликолида и/или лактида.
Оптимальное суммарное количество солей меди и цинка составляет 2 масс. %, при этом соотношение солей меди и цинка может быть различным. Оптимальное количество наночастиц серебра составляет 0,1-1,0 масс. %. Меньшее количество солей (менее 2 масс. %) и наночастиц серебра (менее 0,1 масс. %) не оказывает необходимого бактерицидного действия, а большее (более 2 масс. % и 1,0 масс. % соответственно) приведет к снижению молекулярной массы (со)полимера вследствие переноса цепи полимера на молекулы добавок.
Изобретение иллюстрируется следующими конкретными примерами осуществления предлагаемого способа.
Во всех примерах количество катализатора октаноата олова (II) составило 0,01 масс. %, лаурилового спирта - 0,04 масс. %.
В качестве антибактериальных добавок использовали сульфат меди (ГОСТ 19347-2014), сульфат цинка (ГОСТ 8723-82) и наночастицы серебра (ТУ 2499-003-44471019-2006). Использование других солей меди и цинка со степенями окисления +2 приводит к аналогичным результатам. Процесс полимеризации осуществляли в течение 60 минут.
Пример 1. Получение полигликолида предлагаемым способом.
В реактор из нержавеющей стали, оснащенный мешалкой, загружают 300 г гликолида, 0,03 г октаноата олова (II), 0,12 г лаурилового спирта, 3 г сульфата меди (1 масс. %), 3 г сульфата цинка (1 масс. %) и 0,3 г (0,1 масс. %) наночастиц серебра. Реакционную смесь нагревают до 85°С в присутствии инертного газа, включают мешалку и перемешивают при данной температуре 5 минут. Далее реакционную смесь нагревают до 210°С. Полимеризацию проводят в течение 60 минут.
Примеры 2-9 аналогичны примеру 1, варьируют содержание антибактериальных добавок.
Примеры 10-15 аналогичны примеру 1, использовали либо одну антибактериальную добавку, либо две в различных сочетаниях.
Пример 16 (контрольный). Аналогичен примеру 1, но без антибактериальных добавок.
Пример 17. Получение полигликолида по способу-прототипу.
Далее приведены примеры, в которых варьировали содержание наночастиц серебра, сульфаты меди и цинка использовали в количестве по 1 масс. %. Зависимость антибактериальных свойств (со)полимеров гликолида и/или лактида от соотношения сульфатов меди и цинка аналогична примерам для получения полигликолида 1-15. Результаты не приведены в виду большого объема данных.
Пример 18. Получение поли-L-лактида предлагаемым способом.
В реактор из нержавеющей стали, снабженный мешалкой, загружают 300 г L-лактида, 0,03 г октаноата олова (II) и 0,12 г лаурилового спирта. Далее процесс ведут аналогично примеру 1.
Примеры 19-20 аналогичны примеру 18, варьируют содержание наночастиц серебра.
Пример 21 (контрольный). Аналогичен примеру 18, но без антибактериальных добавок.
Пример 22. Получение поли-L-лактида по способу-прототипу.
Пример 23. Получение поли(гликолид-со-лактида) с мольным соотношением гликолида к лактиду 90:10 предлагаемым способом.
В реактор из нержавеющей стали, снабженный мешалкой, загружают 264 г гликолида и 36 г L-лактида, 0,03 г октаноата олова (II) и 0,12 г лауриловго спирта. Далее процесс ведут аналогично примеру 1.
Примеры 24-25 аналогичны примеру 23, варьируют содержание наночастиц серебра.
Пример 26 (контрольный). Аналогичен примеру 23, но без антибактериальных добавок.
Пример 27. Получение поли(гликолид-со-лактида) с мольным соотношением гликолида к лактиду 90:10 по способу-прототипу.
Пример 28. Получение поли (гликолид-со-лактида) с мольным соотношением гликолида к лактиду 50:50 предлагаемым способом.
В реактор из нержавеющей стали, снабженный мешалкой, загружают 135 г гликолида и 165 г L-лактида, 0,03 г октаноата олова (II) и 0,12 г лаурилового спирта. Далее процесс ведут аналогично примеру 1.
Примеры 29-30 аналогичны примеру 28, варьируют содержание наночастиц серебра.
Пример 31 (контрольный). Аналогичен примеру 28, но без антибактериальных добавок.
Пример 32. Получение поли(гликолид-со-лактида) с мольным соотношением гликолида к лактиду 50:50 по способу-прототипу.
Пример 33. Получение поли(гликолид-со-лактида) с мольным соотношением гликолида к лактиду 10:90 предлагаемым способом.
В реактор из нержавеющей стали, снабженный мешалкой, загружают 24 г гликолида и 276 г L-лактида, 0,03 г октаноата олова (II) и 0,12 г лаурилового спирта. Далее процесс ведут аналогично примеру 1.
Примеры 34-35 аналогичны примеру 33, варьируют содержание наночастиц серебра.
Пример 36 (контрольный). Аналогичен примеру 33, но без антибактериальных добавок.
Пример 37. Получение поли(гликолид-со-лактида) с мольным соотношением гликолида к лактиду 50:50 по способу-прототипу.
Составы композиций (со)полигликолида и/или лактида представлены в таблице 1.
После окончания процесса полученные (со)полимеры выгружали из реактора, охлаждали до комнатной температуры, сушили в вакуумной печи при 130°С в течение 8 часов и затем определяли антибактериальные свойства полученных (со)полимеров.
Антибактериальную активность хирургической шовной нити определяли на жидкой питательной среде согласно международному стандарту ISO 22196. Для этого брали суспензию суточных культур микроорганизмов рода Streptococcus, разведенных в физиологическом растворе до концентрации 500 млн. КОЭ/мл., в которую помещали отрезки исследуемых шовных материалов длиной 5 см. Через 5 мин. шовный материал извлекали из суспензии микроорганизмов и высушивали в стерильных чашках Петри. Затем исследуемый шовный материал помещали в пробирки с 5 мл мясопептонного бульона (МПБ). В качестве контроля использовали стерильный раствор МПБ. Пробирки помещали в термостат (Т=37°С). Через 24 часа от начала опыта производили учет результатов по уменьшению микроорганизмов относительно исходных концентраций и контрольной поверхности.
Решающее значение при оценке антибактериальной активности имеет показатель редуцирующей способности, определяющий количество бактерий, присутствующих на поверхности после 24 часов тестирования по сравнению с количеством на начало испытаний.
Δm=50%
Термостабильность (со)полимеров гликолида и/или лактида оценивали с помощью термогравиметрического анализа. Термограммы образцов снимались на ТГА, ДТА анализаторе STA6000 при скорости нагрева 3°С/мин до 350°С. Термостабильность оценивали по температуре начала деструкции полимера при 5% потери массы (Т).
Молекулярную массу (со)полимеров гликолида и/или лактида определяли методом гель-проникающей хроматографии по ГОСТ 33418-2015. Анализ образцов проводили в тетрагидрофуране при 30°С на жидкостном хроматографе «Viscotec GPS Max VE 2001», оборудованном тремя детекторами (вискозиметрическим, рефрактометрическим и приставкой светорассеивания) и колонками, заполненными полистирольным гелем с размером пор 106 и  Для калибровки применяли полистирольные стандарты.
Полученные данные представлены в таблице 2.
Как видно из таблицы полученные предлагаемым способом (со)полимеры характеризуются необходимыми значениями молекулярной массы (выше 220 кДа), повышенной термостойкость по сравнению с прототипом, и обладают высокой антибактериальной активностью (примеры 1-15, 18-20, 23-25, 28-30, 33-35).
(Со)полимеры гликолида и/или лактида, полученные с использованием только одной или двух атибактериальных добавок либо не обладают антибактериальными свойствами (примеры 10, 11), либо эти свойства недостаточны (примеры 12-15). Использование всех трех антибактериальных добавок одновременно позволяет получить (со)полимер гликолида и/или лактида с высокими антибактериальными свойствами (примеры 1-9, 18-20, 23-25, 28-30, 33-35). Что подтверждает синергетическое действие добавок.
Аналогичные результаты были получены и для других (со)полимеров, данные не приведены из-за большого объема.
Табличные данные подтверждают, что предлагаемый способ обеспечивает получение (со)полимера гликолида и/или лактида с повышенными антибактериальными свойствами. Кроме того, для образцов (со)полимеров гликолида и/или лактида наблюдается повышение термостабильности по сравнению с образцами (со)полимеров гликолида и/или лактида, полученных по способу-прототипу.
Таким образом предлагаемый способ позволяет получать (со)полимер гликолида и/или лактида с требуемой молекулярной массой, высокой термостойкостью и высокой антибактериальной активностью в отношении микроорганизмов рода Streptococcus. Применение рассасывающихся хирургических изделий, изготовленных предлагаемым способом позволит избежать послеоперационных инфекционных осложнений.