способ изготовления биодеградируемых мембран для предотвращения образования спаек после кардиохирургических операций

Формула изобретения

1. Способ изготовления биодеградируемых мембран для предотвращения образования спаек после кардиохирургических операций, включающий растворение в хлороформе сополимера полигидроксибутирата/гидроксивалериата (ПГБВ) и включением в состав композиции, по меньшей мере, одного биологически активного вещества, с последующим перемешиванием в течение 2-х часов на магнитной мешалке и подогревом до 35°C, отличающийся тем, что в состав полимерной композиции дополнительно вводят поли(D, L-лактид), а растворение смеси в хлороформе осуществляют до концентрации 6-9%, при этом соотношение сухих веществ сополимера ПГБВ и поли(D, L-лактида) в композиции составляет 3:1, а изготовление мембраны выполняют методом электростатического формирования;

2. Способ изготовления биодеградируемых мембран по п.1, отличающийся тем, что в качестве биологически активного вещества выбраны препараты из группы фибринолических препаратов или антикоагулянтов прямого действия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, и может быть использовано для профилактики развития спаечной болезни после операций на открытом сердце.

Образование послеоперационных спаек является частым осложнением в сердечно-сосудистой хирургии, которое может приводить к значительным осложнениям при повторных операциях на сердце. Предотвращение образования послеоперационных спаек является одним из необходимых условий для решения этой проблемы, так как спаечный процесс удлиняет время операции, увеличивает частоту послеоперационных осложнений, является причиной массивного кровотечения. При этом госпитальная летальность при рестернотомии достигает 14-15%, а в ургентных случаях 43%, фатальная геморрагия встречается в 2-6% случаев. Для профилактики образования спаек используют средства, различающиеся по механизму действия, способу применения и эффективности. Наиболее оптимальным для кардиохирургии является использование мембран, которые служат временным барьером, разобщающим раневые поверхности между перикардом и грудиной.

Использование мембран на основе биодеградируемых природных полимеров позволяет эффективно разделять раневые поверхности до их заживления с последующей биодеградацией мембраны с образованием нетоксичных продуктов.

Известны противоспаечные мембраны, изготовленные с использованием карбоксиметилцеллюлозы и гиалуронатата натрия «Seprafilm» (A novel adhesion barrier facilitates reoperations in complex congenital cardiac surgery / Walther T, Rastan A // The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 2005. Vol.129, Is.2. - P.359-363).

Использование подобных мембран уменьшает частоту образования спаек после операций более чем у 50% пациентов. К недостаткам известных мембран можно отнести низкую эффективность в присутствии крови, которая всегда сопровождает операции на сердце и крупных кровеносных сосудах.

Кроме того, в литературе имеются сведения о воспалительной реакции при применение пленок «Seprafilm» (Seprafilm-induced peritoneal inflammation: a previously unknown complication / Klingler P.J., Floch N.R., Seelig M.H. et al. / Report of a case // Dis Colon Rectum - 1999. - V.42. - N.12. - P.1639-1643).

Известна биодеградируемая мембрана Repel-CV, в состав которой входит полимолочная кислота и полиэтиленгликоль (Andrew J.L. et al. A Novel bioresorbable film reduces postoperative adhesions after infant cardiac surgery // The Annals Thorac Surg, 2008; V.86 (2): P.614-621). Эти полимеры широко используются в имплантируемых и биорезорбируемых медицинских средствах. Однако результаты рандомизированного клинического исследования по применению Repel-CV показали, что у 21% пациентов мембрана оказалась несостоятельна в виду образования спаечного процесса, отмечены случаи медиастинита. Кроме того, при гидролизе полимерной цепи полимолочной кислоты in vivo происходит высвобождение молочной кислоты, сопровождающееся существенным закислением тканей (сдвиг pH до 3,2-3,4) и усилением воспалительной реакцией тканей.

Известна противоспаечная мембрана, изготовленная из полимера бактериального происхождения класса полигидроксиалканоатов - поли-4-гидроксибутирата (ПГБ), растворенного в 1,4 диоксане, либо тетрагидрофуране (Patent US № 7943683, МПК C08G 63/06, B29C 47/00, опубл. 17.05.2011). Высокая биосовместимость полиоксиалканоатов базируется на том, что 3-гидроксимасляная кислота является естественным метаболитом клеток и тканей животных и человека. Благодаря высокой биосовместимости ПГБ применяют в качестве сырья для производства рассасывающихся нитей, остеопротезов, хирургических пластин, противоспаечных мембран.

К недостаткам мембран на основе монополимера ПГБ относится недостаточная эластичность и излишняя ломкость, которая препятствует оптимальному расположению мембраны в операционной ране и может способствовать несостоятельности швов при фиксации мембраны. Кроме того, применяемые растворители монополимера, являются высокотоксичными веществами и при смешивании с кислородом образуют взрывоопасную смесь.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является мембрана, изготовленная из полимерной композиции 3-гидроксибутирата и 3-гидроксивалерата (3-ПГБ/3-ПГВ), растворенной в хлороформе с добавлением антибиотиков либо лекарственных веществ из группы нестероидных противовоспалительных препаратов (Патент RU № 2447902, МПК A61L 31/08, A61L 31/10, A61L 31/16). Использование сополимера полигидроксибутирата-гидроксивалерата позволяет увеличить эластичность мембран, по сравнению с использованием монополимера - полигидроксибутирата. Применение в качестве растворителя хлороформа позволяет минимизировать токсический эффект, оказываемый растворителем. Мембраны изготавливаются методом полива.

К недостаткам данных мембран можно отнести длительный срок биодеградации - более трех месяцев. В то время как для предупреждения спаек данный временной интервал не должен превышать 60 суток, поскольку согласно фазам адгезиогенеза формирование спаек между травмированными поверхностями заканчивается к 30 дню после оперативного вмешательства. Более длительное размещение мембраны в зоне оперативного вмешательства нежелательно в виду того, что может вызвать защитную реакцию организма, как на инородное тело.

Техническим результатом изобретения является создание биологически активной биодеградируемой мембраны для предотвращения спаечного процесса у пациентов после кардиохирургических операций, обладающей повышенной гемо- и биосовместимостью, улучшенными физико-химическими свойствами, а так же оптимальными сроками биодеградации в присутствии крови.

Технический результат достигается тем, что в состав полимерной композиции на основе сополимера полигидроксибутирата/гидроксивалерата (ПГБВ), дополнительно вводят поли(D,L-лактид), который способствует уменьшению сроков биодеградации. Кроме того, способ изготовления мембраны с использованием метода электростатического формирования (электроспининга) позволяет получить мембрану с микроволокнистой структурой, что так же уменьшает период биодеградации полимеров. Помимо этого в процессе электростатического формования мембраны в структуру волокон включают биологически активные вещества из группы фибринолитических препаратов или препаратов из группы антикоагулянтов прямого действия, таким образом, по мере биодеструкции мембраны выделение БАВ происходит равномерно, и тем самым оказывается пролонгированное локальное лекарственное воздействие.

Предложен способ изготовления противоспаечных биодеградируемых мембран для предотвращения спаечного процесса после кардиохирургических операций, включающий растворение сополимера полигидроксибутирата/гидроксивалерата (ПГБВ) в растворителе с последующим добавлением биологически активных веществ.

Отличием является то, что в состав биополимерной композиции дополнительно вводят и поли(D,L-лактида) в соотношении 3:1.

Отличием является то, что в состав мембраны входят биологически активные вещества из группы фибринолитических препаратов или прямых антикоагулянтов, состоящей из фибринолизина, стрептокиназы, стрептодеказы и альтеплазы или из группы антикоагулянтов прямого действия, состоящей из нефракционированного гепарина, эноксапарина натрия, дальтепарина и надропарина.

Отличием является то, что мембрана изготавливается методом электростатического формования, которое позволяет создавать мембрану в виде нетканого полотна, состоящего из микроволокон в составе которых содержится биологически активное вещество. Применение метода электростатического формования придает мембране микроразмерную структуру, которая быстрее подвергается биодеструкции, чем пленочные мембраны.

Метод электростатического формования позволяет помещать внутрь полимерного микроволокна биологически активное вещество, которое выделяется в процессе деструкции мембраны и оказывает локальное терапевтическое пролонгированное действие. Поскольку формирование спаек является следствием снижения фибринолитической активности организма, либо следствием отложения фибрина в операционной ране, то использование биологически активных веществ из группы фибринолитических препаратов будет оказывать локальный фибринолитический эффект. Применение антикоагулянтов прямого действия будет препятствовать образованию фибрина и дополнительно оказывать противоспалительное действие, что в целом будет препятствовать образованию спаек. Таким образом, полимерная мембрана, изготовленная из биодеградируемых полимеров (ПГБВ + поли(D,L-лактид)), будет механически разделять травмированные поверхности после операции на срок не более 60 суток, а выделяющееся по мере деградации мембраны биологически активное вещество будет оказывать дополнительное терапевтическое направленное действие.

В результате проведенных сравнительных исследований доказано, что прочность образцов - пленок, изготовленных из ПГБВ + поли(D,L-лактид) методом электроспиннинга, близка к прочности нативного перикарда, к которому фиксируется мембрана во время операции, а эластичность мембран, изготовленных электроспиннингом, на 20% выше, чем у мембран, изготовленных методом полива. Результаты полученных результатов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Физико-механические характеристики мембран
Состав мембраны	Толщина мембраны, мм	Прочность (MPa)	Относительное удлинение (%)
ПГБВ, изготовленная методом полива	0,1	19,31±4,85	501,5±58,78
ПГБВ, изготовленная методом электроспиннинга	0,05	6,79±3,54	612,7±42,64
ПГБВ + поли(D,L-лактид), изготовленная методом электроспиннинга	0,05	16,25±5,64	604,98±29,79

О гемосовместимости полученных мембран судили по величине гемолиза, индуцированного водным экстрактом, из полимерных мембран. Выявлено, что мембраны на основе сополимера ПГБВ, изготовленные как методом полива, так и с помощью электроспиннинга, не оказывают негативного воздействия на эритроциты, гемолиз не был зафиксирован ни в одном образце.

Методом сканирующей электронной микроскопии оценивали структуру мембраны ПГБВ + поли(D,L-лактид). Мембраны, изготовленные методом электроспиннинга, состоят из хаотично расположенных волокон размером 3,2-3,6 мкм. Включение в состав биологически активных веществ способствует уменьшению толщины волокна до 1,7-1,9 мкм.

Была изучена тканевая реакция на мембраны при подкожной имплантации образцов биополимера лабораторным крысам. После имплантации вокруг мембраны формируется тонкая соединительно-тканная капсула, что согласуется с литературными данными (Gogolewski et al., 1993, Chaput et al., 1995, Qu et al., 2006). Для всех образцов характерно отсутствие признаков воспалительного процесса. Изучение биодеградации экспериментальных пленок in vivo показало, что мембраны, изготовленные методом полива, полностью деградируют лишь к концу шестого месяца после подкожной имплантации лабораторным крысам. В то же время, мембраны, изготовленные методом электроспиннинга, полностью деградируют через 60 суток после имплантации без признаков лимфоцитарной инфильтрации. Включение в состав мембран поли(D,L-лактида) позволило на 30% сократить время биодеструкции - через 45 дней после имплантации визуализировались лишь пустые камеры, остатков мембраны не обнаружено.

Эффективность разработанных мембран оценивали в условиях развития спаечного процесса у лабораторных животных. Спаечную болезнь моделировали у крыс-самцов линии Wistar, весом 250-300 г, так как крысы из всех лабораторных животных обладают максимальной фибринолитической активностью. Через 28 суток после операции оценивали наличие и тяжесть образованных спаек (см. таб.2).

Как видно из таблицы 2, мембраны, изготовленные при помощи электроспиннинга, эффективно предупреждают образование спаек в 65% случае, и лишь у 5% животных наблюдали обширные, плотные спайки. При включении в состав мембран биологически активных веществ способствует более эффективному предупреждению образованию спаек - у 85% крыс спаек не обнаружено, у 15% животных наблюдали слабые спайки.

Таблица 2
Противоспаечная эффективность мембран в зависимости от технологии изготовления
Технология изготовления мембраны	Кол-во прооперированных животных	Кол-во случаев образования спаек	%	В т.ч. обширные плотные спайки	%
Мембрана, изготовленная методом полива	20	10	50	6	30
Мембрана, изготовленная методом электроспиннинга	20	7	35	1	5
Мембрана, изготовленная методом электроспиннинга + биологически активные вещества	20	3	15	0	0

Ниже приведен пример осуществления предлагаемого способа изготовления биодеградируемой мембраны.

Навеску порошка сополимера 3-ПГБ/3-ПГВ и поли(D,L-лактида) в соотношении (3:1) растворяют в хлороформе до концентрации 6-9% и тщательно перемешивают в течение 2-х часов на магнитной мешалке с подогревом до 30-35°C. Полученный раствор полимера помещают в шприцевой дозатор, который устанавливают в установку для электростатического формования. Во второй шприцевой дозатор помещается биологически активное вещество. Формирование волокна происходит при помощи коаксиальной насадки, которая позволяет формовать полимерное волокно, во внутрь которого заключается биологически активное вещество. Процесс формования волокна происходит при напряжении 18-23 кВ, скорость подачи полимера и биологически активного вещества от 0,4 мл/ч до 1 мл/ч. Размер мембран составляет от 13×13 см до 15×18 см, толщина - от 150 до 500 мкм. Пленки стерилизуются этиленоксидом при комнатной температуре.

Таким образом, биодеградируемые мембраны на основе сополимера полигидроксибутирата/гидроксивалерата и поли(D,L-лактида), изготовленные методом электростатического формования, с включенными в структуру микроволокон биологически активных веществами из группы фибринолитических препаратов или антикоагулянтов прямого действия, обладают удовлетворительными биосовместимыми свойствами, сроком биодеградации не превышающим 60 суток и позволяют эффективно предупреждать образование спаек в эксперименте.