способ получения губчатого биоматериала для пластической и реконструктивной хирургии

Формула изобретения

Способ получения губчатого биоматериала для пластической и реконструктивной хирургии путем механической очистки аллогенных соединительно-тканных образований от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывки под проточной водой, обработки 3%-ным раствором перекиси водорода, отполаскивания в 0,9%-ном растворе натрия хлорида, гомогенизации до получения однородной вязкой массы, ее замораживания и лиофильного высушивания, отличающийся тем, что из полученной после гомогенизации массы формируют тело требуемых геометрической формы и размера, которое подвергают циклам замораживания-размораживания в количестве 2-7, причем замораживание осуществляют плавно со скоростью 0,1-1°С в минуту до температуры -40 - -45°С, выдерживают при указанной температуре в течение 24 ч, после чего биоматериал полностью размораживают при +4°С, а в последнем цикле после замораживания до необходимой температуры биоматериал подвергают лиофильной сушке под вакуумом до постоянного веса, после чего его герметично упаковывают и стерилизуют гамма-облучением в дозе 2,5 МРад.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, конкретно к способам получения губчатых материалов из биологических тканей, применяемых для лечения контурных деформаций покровных тканей в пластической хирургии или заполнения объемных дефектов органов и мягких тканей в реконструктивно-восстановительной хирургии.

Известны способы получения коллагеновых губок, получаемых из животного сырья и применяемых для восполнения объема и стимуляции регенерации мягких тканей (Пат. РФ №2039766, МПК С08Н 1/06, опубл. 20.07.1995 г.). Их приготовление предусматривает выделение коллагена из шкур крупного рогатого скота с последующей реконструкцией коллагеновых фибрилл из растворов, в результате чего реконструированный коллаген не содержит присущих данной ткани гликозаминогликанов и неколлагеновых белков, теряется первичная фиброархитектоника волокон, уменьшаются резистентность к протеолитическим ферментам и сроки резорбции. Кроме того, их применение в контурной пластике ограничено малой (не более 3 месяцев) длительностью коррекции. Происходит либо полная резорбция биоматериала, либо сформировавшийся регенерат значительно меньше первоначально введенного объема (Lemperle G. et al. Soft tissue augmentation with artecoll: 10-year history, indications, techniques and complications. // Dermatol Surg. - 2003. - 29(6). - pp.573-587). Кроме того, при применении ксеногенного коллагена возможны аллергические реакции, особенно при повторном его введении (Ellingworth L.R. et al. The human immune response to reconstituted bovine collagen // J.Immunol.- 1986. - Vol.37. - №136. - Р.877-882; Baumann LS, Kerdel F. The treatment of bovine collagen allergy with cyclosporin. // Dermatol Surg. - 1999. - 25(3). - pp.247-249).

Достаточно широкое распространение в пластической и реконструктивной хирургии получили биоматериалы Аллоплант (Пат. РФ №2189257 МПК A61L 27/00, опубл. 20.09.2002 г.). Благодаря тому что при их изготовлении используются аллогенные донорские ткани, прошедшие эффективную физико-химическую обработку и консервацию, данные биоматериалы обладают низкими антигенными свойствами, хорошей приживляемостью, выраженной стимуляцией регенерации собственных тканей организма. Однако, несмотря на успешное применение в реконструктивной хирургии таких биоматериалов, область их использования ограничена анатомически обусловленными размерами и морфологическими характеристиками исходных биологических тканей. Вместе с тем, довольно часто возникает необходимость в восстановлении обширных дефектов, которое невозможно без замещающих биологически адекватных материалов большой площади или объема. Все это требует придания используемым биоматериалам совершенно новых пластических свойств и не может быть реализовано без серьезной структурной модификации тканевого матрикса.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения комбинированного биоматериала (Пат. РФ №2224549, МПК A61L 31/14, опубл. 27.02.2004 г.), заключающийся в предварительном получении из аллогенных тканей гомогенной массы, ее последующем замораживании и лиофильном высушивании.

Основным недостатком данного способа является невозможность получения губчатого биоматериала с толщиной более 1 см. Это связано с особенностями кинетики высушивания, в частности с тем, что сопротивление слоя сухого материала в процессе высушивания непрерывно возрастает по мере того, как граница поверхности испарения перемещается вглубь замороженной массы. Полное высушивание материалов большого объема происходит в течение длительного времени и требует значительных энергозатрат (Долинов К.Е. Основы технологии сухих биопрепаратов. - М.: Медицина, 1969. - с.28-29).

Указанный недостаток можно преодолеть путем совершенствования способа и уменьшения сопротивления при прохождении водяного пара через высушенный слой модификацией физического строения высушиваемого материала. Физическое строение высушенного слоя влияет на его сопротивление, поскольку капилляры и трещины служат единственным путем для перемещения пара через высушенный слой. При одном и том же составе материала структура высохшего слоя будет различной в зависимости от скорости охлаждения и от температуры замораживания. Оба этих фактора оказывают влияние на характер кристаллизации воды и величину кристаллов льда в процессе замораживания, а впоследствии, после частичного удаления влаги, на размеры и форму проходов для водяного пара. При низких температурах и высоких скоростях замораживания (которые применяются при приготовлении прототипа) образуется мелкокристаллическая структура льда, которая препятствует эффективному высушиванию объемных, крупноразмерных биоматериалов.

Задачей изобретения является разработка материала, максимально удовлетворяющего требованиям пластической и реконструктивно-восстановительной хирургии в расширении функциональных возможностей и улучшении клинической эффективности при лечении контурных деформаций или заполнения объемных дефектов органов и мягких тканей.

Поставленная задача решается способом получения биоматериала путем механической очистки аллогенных соединительнотканных образований от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывки под проточной водой, обработки 3% раствором перекиси водорода, отполаскивания в 0,9% растворе натрия хлорида, гомогенизации до получения однородной вязкой массы, ее замораживания и лиофильного высушивания, в котором, в отличие от прототипа, из полученной после гомогенизации массы формируют тело требуемой геометрической формы и размера, которое подвергают циклам замораживания-размораживания в количестве 2-7, причем замораживание осуществляют плавно со скоростью 0,1-1°С в минуту до температуры -40--45°С, выдерживают при указанной температуре в течение 24 часов, после чего биоматериал полностью размораживают при +4°С, а в последнем цикле после замораживания до необходимой температуры биоматериал подвергают лиофильной сушке под вакуумом до постоянного веса, после чего его герметично упаковывают и стерилизуют гамма-облучением в дозе 2,5 МРад.

Существенным отличием заявляемого способа является то, что предложенные режимы замораживания-размораживания способствуют формированию в толще биомассы упорядоченной ячеистой структуры, состоящей из тканевых волокон и кристаллов льда. При этом центры кристаллизации льда, хаотически расположенные после однократного быстрого замораживания, при последующих этапах замораживания располагаются строго в определенных местах, что приводит к уплотнению волокнистого каркаса, формированию выраженной ячеистой структуры и увеличению размеров пор. Все это значительно снижает сопротивление высушенного слоя биоматериала прохождению пара и, в конечном итоге, существенно облегчает и ускоряет процесс высушивания объемных материалов. Изменение скорости замораживания позволяет варьировать плотность и пористость получаемых биоматериалов с максимально возможным соответствием фиброархитектонике тех органов или тканей, для замещения которых они будут использоваться. Для лечения контурных деформаций покровных тканей требуется плотный губчатый материал с мелкоячеистой структурой, тогда как для заполнения объемных дефектов паренхиматозных органов (печени, почек, легких) должен использоваться рыхлый, крупнопористый материал. Скорость замораживания определяется в зависимости от структуры получаемого материала. Чем больше пористость, тем меньше скорость замораживания. Опытным путем установлено, что при высоких скоростях замораживания (более 1°С/мин) образующаяся мелкокристаллическая структура льда затрудняет процесс высушивания. При низких скоростях замораживания (менее 0,1°С/мин) образуется неупорядоченная крупнокристаллическая структура, отрицательно влияющая на биомеханические характеристики конечного продукта после высушивания.

Способ осуществляют следующим образом. Аллогенные соединительнотканные образования (серозные оболочки, фасции, сухожилия, дерму) подвергают механической очистке от остатков прилегающих тканей и посторонних загрязнений, промывают под проточной водой в течении 5-10 минут, обезжиривают холодным (+4°С) ацетоном, помещают на 5-10 минут в 3% раствор перекиси водорода для удаления крови и трижды последовательно отполаскивают в 0,9% растворе натрия хлорида. Обработанные ткани гомогенизируют при +4°С с помощью гомогенизатора тканей до получения однородной вязкой массы. Далее, из этой биологической массы формируют тело требуемой геометрической формы и заданного размера и помещают в криогенную камеру, где осуществляют плавное замораживание со скоростью 0,1-1°С в минуту до достижения температуры -40...-45°С, выдерживают при указанной температуре в течение 24 часов, после чего замороженный биоматериал полностью размораживают при +4°С.Затем материал вновь подвергают циклу замораживания-размораживания описанным выше способом. Количество таких циклов (от 2 до 7) зависит от типа используемых соединительных тканей и заданных физических характеристик конечного продукта: формы, размеров, объема, плотности, пористости. В последнем цикле после замораживания до необходимой температуры биоматериал подвергают лиофильной сушке под вакуумом до постоянного веса.

Высушенный биоматериал при необходимости дополнительно корректируют по форме или размерам с помощью ножниц, скальпеля или лазера, герметично упаковывают в полиэтиленовые пакеты и стерилизуют гамма-облучением в дозе 2,5 МРад (25 кГр).

Полученный таким образом целевой продукт представляет собой объемный губчатый материал с размерами, достаточными для замещения различных по величине дефектов мягких тканей и может использоваться в пластической и реконструктивной хирургии.