БИОЛОГИЧЕСКАЯ ИСКУССТВЕННАЯ СВЯЗКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
BIOLOGICAL ARTIFICIAL LIGAMENT AND METHOD FOR MAKING THEREOF

ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Изобретение относится к средству протезирования, предназначенному для вживления в человеческий организм, и, в частности, к искусственной связке, предназначенной для восстановления порванной связки пациента, а также к способу ее изготовления.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Одной из самых распространенных травм при занятиях спортом являются порванные связки. В частности, во время занятий спортом чаще всего подвержены разрывам передние крестообразные связки, находящиеся в коленном суставе. Последствия таких разрывов могут быть очень серьезными и, если правильное лечение не назначено вовремя, это может привести к дальнейшим осложнениям, таким как разрушение связок, нарушение работы суставов и даже инвалидность. Ранее хирурги предпринимали попытки лечения разорванных связок путем их сшивания, однако из-за плохого сращивания и заживляемости связок почти все такие попытки оканчивались неудачей, в результате чего такая практика была прекращена.
[0003] После этого хирурги стали возлагать надежды на восстановление связок путем их трансплантации. Исследователями были изучены три типа трансплантатов, один из которых получали из сухожилия с второстепенными функциями или пересаженной связки. Однако основным недостатком такого способа является повышенный травматизм и частые случаи осложнений, причем иногда недостатки этого метода преобладают над его преимуществами.
[0004] Например, использование пателлярного сухожилия в качестве трансплантата (соединяемые им кости также удаляются вместе с ним) приводит к осложнениям, таким как боли в колене, сокращение пателлярного сухожилия, тендинит, а успех операции не может быть гарантирован, если процесс не проходит идеально.
[0005] Другим методом является аллогенная трансплантация сухожилий или связок (т.е. взятых из свежего трупа), однако он имеет два основных недостатка: (1) недостаточное количество трансплантатов, поскольку немногие доноры соглашаются жертвовать части своего тела; (2) вспомогательные технические средства являются устаревшими и зачастую образцы, хранившиеся в морозильных камерах, пересаживаются после простого обеззараживания (погружения в стерилизующий раствор), что недостаточно для эффективного удаления антигенов, бактерий и вирусов, которые могли присутствовать в трупе. Кроме того, такой способ не может предотвратить отторжение или снизить риск инфекции после трансплантации.
[0006] Еще одним методом является использование при трансплантации искусственных связок. Полимерные вещества, полученные путем химического синтеза, такие как нити, сделанные из полиэстера, нейлона, политетрафторэтилена и т.д., широко применяются и в целом производят положительный краткосрочный эффект. Тем не менее, такие синтетические полимеры по своей структуре отличаются от тканей человеческого тела, поэтому всегда остается риск возникновения асептического воспаления в результате хронического отторжения. Что более важно, полимерным материалам свойственно деформироваться и по прошествии определенного промежутка времени они растягиваются и теряют эластичность.
[0007] В последние годы предпринимались попытки создать искусственные сухожилия и связки из коровьих сухожилий, а образцы использовались после заморозки (-80°С), обезжиривания и фиксации с помощью глутаральдегида. Глутаральдегид может связывать и фиксировать белок образуя ацетали, не являющиеся слишком устойчивыми. С одной стороны, сопротивляемость зафиксированного сухожилия в случае распада настолько мала, что оно может потерять свои механические свойства в результате распада; с другой стороны, при распаде постепенно освобождается глутаральдегид, что вызывает токсичность альдегидных составляющих; более того, без специальной обработки, направленной на удаление антигенов, трансплантация зачастую не удается по причине хронического отторжения организма. Таким образом, проведенные исследования все еще не привели к каким-либо значимым результатам.
[0008] В свете вышеперечисленных фактов потребность в искусственной связке, способной восстановить разорванную связку пациента, существует до сих пор.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Предметом данного изобретения является создание безопасных и надежных биологических связок, обладающих биосовместимостью, стабильностью и устойчивостью к распаду, способных ускорить процесс регенерации организма.
[0010] Еще одним предметом данного изобретения является способ изготовления такой искусственной связки.
[0011] Искусственная биологическая связка, рассматриваемая в данном тексте, изготовляется из субстрата, получаемого из связок или сухожилий животных. Связки или сухожилия животных фиксируются путем сшивания с помощью фиксирующего агента и обрабатываются с целью удаления антигенов.
[0012] В оптимальном варианте осуществления изобретения с поверхностью субстрата сопряжено активное покрытие, содержащее активные компоненты, такие как полипептид или озаминсодержащий полисахарид.
[0013] Ткани животных связок или сухожилий легко распадаются и разлагаются микроорганизмами, поэтому необходимо сшивание и фиксация их молекул с помощью фиксирующего вещества. Обычно фиксирующим веществом выступает глутаральдегид, однако он выделяет токсичные радикалы. Альдегиды проходят процесс сшивания с белками через ацетальную реакцию, а при распаде сшитых тканей освобождаются токсичные альдегиды, поэтому продукт, зафиксированный с помощью альдегида, обладает долгосрочной остаточной токсичностью. Проблема токсичности исчезает, если вместо альдегидов используются эпоксиды, диамиды, диисоцианаты или карбодиимиды. Например, если для данной цели используется эпоксид, белки сшиваются с помощью реакции раскрытия цикла эпоксида, а реакция закрытия цикла не происходит. Продуктами распада становятся диолы и полиолы, которые усваиваются организмом, и, таким образом, токсичные альдегидные радикалы не образуются. Устойчивость животных связок после такой обработки превышает устойчивость связок, зафиксированных альдегидами.
2
[0014] Согласно современной теории иммунологии антигенность животных тканей происходит основным образом от активных групп, расположенных в определенных местах и в определенных конформациях. Такие активные группы включают -OH, -NH, -SH и т.д. Определенные конформации происходят в основном от определенных водородных связей, образованных спиральными белковыми цепями. Определенные участки и конформации называют антигенными детерминантами. При обработке связок животных используются один или несколько активных реагентов (например, кислотные ангидриды, кислотные хлориды, ациламиды, эпоксиды и т.д), которые могут вступать в связь с этими группами и связывать их, что в свою очередь сводит к минимуму антигенность. В то же время сильные связывающие реагенты (например, гуанидиновые смеси) используются для образования новых водородных связей и замены врожденных водородных связей определенных конформаций, что меняет такие определенные конформации и в дальнейшем сводит к минимуму антигенность. После сшивания и фиксации неальдегидными фиксаторами, такими как эпоксиды, структуру животных связок сложно изменить, а ткани разлагаются медленно - коллагеназа начинает фагоцитировать и разлагать их в результате синергетического действия фибринолизина и калликреина, освобождаемых новыми тканями, что означает, что новые ткани связок имеют достаточно времени для роста и укрепления и при этом токсичные радикалы не выделяются. Иммуногенность сводится к минимуму путем блокирования активных групп белков и изменения конформации, а получаемый субстрат не обладает хроническим иммунным отторжением, при этом имеет хорошую биосовместимость.
[0015] Более того, совместимость тканей улучшается путем модификации поверхности с помощью активного компонента (как описано ниже), такого как определенный полипептид и глюкозаминогликан. Определенный полипептид и глюкозаминогликан имеют широкий диапазон молекулярного притяжения и склонность к росту или же способны склонить недифференцированные клетки к дифференциации, что способствует регенерации и восстановлению органических связок.
[0016] Способ изготовления биологических связок в соответствии сданным изобретением включает следующие этапы (при использовании в качестве субстратов связок животных):
[0017] 1. Отбор материалов: Отбираются свежие связки и сухожилия животных.
[0018] 2. Предварительная обработка: Обеззараживание с помощью высокоэффективного бактерицидного вещества широкого спектра и низкой токсичности, затем - обрезание лишних частей.
[0019] 3. Обезжиривание: Жировые вещества извлекаются из субстрата с помощью органических растворителей по известной технологии обработки тканей.
2
[0020] 4. Сведение к минимуму количества антигенов: Для блокировки особых активных групп, таких как -OH,-NH, -SH и т.д., в белках субстрата используется активный реагент, а для замены водородных связей в спиральных цепях молекул белков в субстрате, а также изменения его специфической конформации используется реагент с сильными свойствами водородного связывания.
[0021] 5. Фиксация: Молекулы белка в субстрате связываются и фиксируются с помощью фиксирующего вещества, подробно описанного ниже.
[0022] 6. Сопряжение активного слоя: Активный поверхностный слой, содержащий определенный полипептид или глюкозаминогликан и способный влиять на фактор роста, сопрягается с верхним слоем с помощью сопрягающего агента. Данный этап используется в оптимальном варианте осуществления изобретения.
[0023] В способе изготовления искусственной биологической связки антибактериальным агентом широкого диапазона может быть бензаколоний бромид, азид натрия и хлоргексидин.
[0024] В способе изготовления искусственной биологической связки органическим растворителем может быть хлороформ, этилацетат, абсолютный спирт и их смеси.
[0025] В способе изготовления искусственной биологической связки активными реагентами являются ангидриды органической кислоты с малой молекулярной массой, ацетилхлориды, акриламиды или моноциклические оксиды, а реагентами, образующими сильные водородные связи, являются гуанидиновые составы.
[0026] В способе изготовления искусственной биологической связки фиксатором является эпоксидный состав с углеводородной основой, способной растворяться в воде и не содержащей эфирных или сложных эфирных связей в своей основе. Эпоксидным составом, используемым в качестве фиксатора, является моноэпоксидный состав в соответствии со следующей формулой:
,
диэпоксидный состав, описанный следующей формулой:
,
n
2n+1
или олигоэпоксидный состав, такой как полипропиленоксид; и R=-CH, а n=0-10.
[0027] В способе изготовления искусственной биологической связки особым полипептидом является полипептид, состоящий из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С). Глюкозаминогликаном может быть гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, гепарин, ацетилированный гепаритинсульфат или кератинсульфат.
2
[0028] В способе изготовления искусственной биологической связки сопрягающим агентом, используемым для сопряжения с полипептидным составом, является диакрилдиамид, диэпоксидат или другой реагент с двойными функциональными группами, вступающими в реакцию альдольного присоединения c -NH, -OH, и -COOH.
[0029] Преимуществами данного изобретения являются следующие:
[0030] 1. Отличная биосовместимость и отсутствие иммунного отторжения. Получаемый продукт имеет сходство с человеческими связками, а продукты распада могут поглощаться их новыми тканями.
[0031] 2. Высокая устойчивость и слабая подверженность разложению при нормальных условиях. Коллагеназа начинает фагоцитировать и разлагать ткани в результате синергетического действия фибринолизина и калликреина, освобождаемых новыми тканями, в результате чего распад и регенерация тканей происходят одновременно.
[0032] 3. Высокая механическая прочность, что полностью соответствует требованиям к механическим свойствам связки.
[0033] 4. Активный компонент, такой как особый полипептид или глюкозаминогликан, используется для модификации поверхности через процесс сопряжения. Так, факторы роста активизируют недифференцированные клетки, которые проходят процесс дифференциации и улучшают регенеративные свойства связок. Данная характеристика представляет собой преимущество рассматриваемых связок перед искусственными связками из синтетических материалов.
[0034] Фиг.1 - вид в перспективе искусственной связки в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения.
[0035] Фиг.2 - вид в разрезе искусственной связки, изображенной на Фиг.1.
1. Субстрат 2. Активный слой.
ПРИМЕРЫ
[0036] Пример 1
[0037] Согласно фиг.1 и 2 искусственная связка, образованная из субстрата 1, была получена из животной связки или сухожилия, связана и зафиксирована с помощью эпоксида и обработана с целью удаления антигенов. Активированный поверхностный слой 2 был нанесен на поверхность субстрата 1 путем сопряжения особого полипептида, способного влиять на фактор роста. В данном примере полипептид состоит из 16 лизинов (К16), глицина (G), аргинина (R), аспаргиновой кислоты (D), серина (S), пролина (Р) и цистеина (С), а указанным глюкозаминогликаном является гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, гепарин, ацетилированный гепаритинсульфат или кератинсульфат.
[0038] Этапами получения данной искусственной биологической связки были следующие:
[0039] 1. Отбор материалов: Свежие животные связки и сухожилия отбирались профессиональными специалистами на хорошо управляемых скотобойнях, причем особое внимание уделялось избеганию контакта с загрязняющими веществами.
[0040] 2. Предварительная обработка: Начальная стерилизация проводилась с помощью высокоэффективных и низкотоксичных бактерицидов широкого диапазона, таких как бензаколоний бромид, азид натрия и хлоргексидин, после чего удалялись загрязнения и обрезались лишние части.
[0041] 3. Обезжиривание: Жировые вещества субстрата 1 извлекались с помощью органических растворителей, таких как хлороформ, ацетон, этилацетат, диэтилэфир, абсолютный спирт и их смеси.
2
[0042] 4. Сведение к минимуму количества антигенов: Особые и активные группы, -OH или -NH или -SH протеинов в субстрате 1 были заблокированы с использованием активных реагентов малой молекулярной массы, таких как органические кислотные ангидриды, хлорангидриды, ациламиды или моноциклические эпоксиды, а особая водородная связь спиральных цепей молекул белка субстрата 1 была заменена с использованием реагента с сильной водородной связью, такого как гуанидиновый состав, который меняет особую конформацию белков.
[0043] 5. Фиксация: Молекулы протеина субстрата 1 были сшиты и зафиксированы с использованием бициклического олигоэпоксида, в соответствии со следующей формулой:
в качестве фиксатора, где n=0-10.
2
[0044] 6. Модификация поверхности: Активный ингредиент, такой как определенный полипептид, был нанесен на поверхность субстрата 1 путем сопряжения с использованием диамида, кислотного ангидрида, эпоксида или другого бифункционального реагента, способного вступать в реакцию конденсации с -NH, -OH, -COOH и т.д. с целью образования активной поверхности 2 на поверхности субстрата 1.