Способ получения пористого коллагенсодержащего материала

 

Изобретение относится к медицине, а именно к способу получения пористого коллагенсодержащего материала. Сформированный при замораживании пористый коллагенсодержащий материал оттаивают, обрабатывают водным раствором щелочного агента при pH 10-12 и 0,1-1,0%-ным раствором формальдегида, промывают до нейтральной реакции среды, отжимают несвязанную влагу и окончательно высушивают при 20-60^oC. При необходимости перед окончательным высушиванием материал проводят его пропитку раствором лекарственного и/или антисептического препарата, а также прессование при 40-100 кг/см². Способ получения пористых коллагенсодержащих материалов дает возможность проводить высушивание конечного продукта при 20-60^oC и при этом он не теряет пористый хорошо набухающей структуры, также снижен существенно расход органических растворителей и повышена пожаробезопасность способа. Кроме того, возможность пропитки материала лекарственными и/или антисептическими препаратами, а также проведения его прессования перед окончательным высушиванием дает возможность существенно расширить номенклатуру производимых пористых коллагенсодержащих материалов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области получения полимерных материалов медицинского назначения, конкретно - к способу получения пористого коллагенсодержащего материала.

Пористые материалы на основе биополимера соединительных тканей человека и животных - коллагена - находят достаточно широкое применение в медицинской практике в качестве кровеостанавливающих средств, осушающих покрытий на раны, ожоги и трофические язвы, как каркас протезов кровеносных сосудов и др.

Известны способы получения губчатых материалов из коллагенсодержащего сырья. Так, известен способ формирования пористого коллагенового материала, заключающийся в выделении коллагена из исходного сырья, его гомогенизации, набухании и растворении в холодной уксусной кислоте с получением 0,6%-ного коллоидного уксуснокислого раствора микрофибриллярного коллагена, который затем смешивают с 0,01 мас.% глутарового альдегида, 0,01 мас.% борной кислоты и 0,00015 мас.% хинозола, замораживают и сушат лиофильно, а далее стерилизуют радиационным способом дозой 1,25-2,5 Мрад. Под названием "Комбутек - 2" полученный препарат допущен к медицинскому применению для закрытия и окончательного лечения очищенных от мертвых тканей ран. Основными недостатками данного способа являются его высокая энергоемкость, длительность процесса, поскольку способ предусматривает лиофильное высушивание композиции с содержанием сухих веществ менее 0,7 мас.%, т.е. более 99% от исходного веса замороженной смеси необходимо удалить, сублимируя лед в вакууме. Кроме того, сама лиофильная сушка требует использования дорогого оборудования, что дополнительно удорожает способ.

Также известен способ, по которому перед замораживанием проводят осаждение волокон коллагена. Для этого уксуснокислый коллоидный раствор микрофибриллярного коллагена обрабатывают равным объемом насыщенного раствора сульфата натрия, содержащего формальдегид в концентрации 1-2 мас.%, осажденный поддубленный волокнистый преципитат промывают водой, подвергают механическому диспергированию, далее вводят глутаровый альдегид в расчете 0,1-1,0% на сухой остаток, полученную композицию замораживают в поддонах при температуре -5... -20^oC в течение 10-15 ч, оттаивают, сформованный губчатый коллагеновый материал промывают водой и сушат на воздухе при комнатной температуре. Если необходимо, материал может быть простерилизован известными способами, например, радиационно. Основным достоинством этого способа является то, что коллагеновые волокна, сформированные на стадии приготовления композиции, после замораживания-оттаивания образуют губчатый материал, который после высушивания не теряет своей пористости. Однако данный способ имеет также ряд недостатков: многостадийность и длительность процесса, большой расход воды для промывки преципитата, наличие вредных стоков из-за присутствия в них формальдегида и солей, главным образом, сульфата натрия.

Наиболее близким к заявляемому по принципу формирования пористой структуры коллагенового материала является принятый за прототип способ, согласно которому после получения уксуснокислого коллоидного раствора микрофибриллярного коллагена проводят осаждение волокнистого коллагена изменением pH уксуснокислого раствора до значений 4,0-5,0, осадок разбавляют водой до концентрации волокнистого коллагена в суспензии до 1,5-2,5%, тщательно перемешивают, прибавляют сшивающий агент (глутаровый альдегид) в количестве 0,05-1,10% от веса коллагена в суспензии, ее перемешивают, размещают в формах и замораживают при температуре -35...-65^oC в течение 0,15-1 ч и/или при -4. . . -21^oC в течение 10-15 ч. После оттаивания влажный губчатый материал отжимают от несвязанной жидкости и помещают в этанол и/или ацетон на 0,5-1,0 ч, периодически отжимая дегидратирующий органический растворитель и замачивая губку в нем вновь. Затем в стерильных условиях проводят досушивание материала.

По сравнению с аналогами способ-прототип позволяет уменьшить число стадий получения губчатого коллагенсодержащего материала, сократить расход электроэнергии и ускорить процесс сушки материала, совместив его со стерилизацией; кроме того снижается количество вредных примесей в сточных водах.

Однако этот способ имеет определенные недостатки: - процесс сушки губчатого материала путем дегидратации требует большого расхода органического растворителя, который после использования необходимо регенерировать (например, перегонкой), что требует дополнительных затрат энергии и времени; - использование органических растворителей в производственных условиях повышает пожароопасность и ухудшает условия труда персонала.

Задача предлагаемого способа: упрощение технологии и снижение расхода органических растворителей при сохранении губчатой структуры коллагенсодержащего материала, обладающего высокой водопоглощающей способностью, а также расширение номенклатуры производимых пористых коллагенсодержащих материалов.

Указанная задача решается тем, что сформированный при замораживании пористый коллагенсодержащий материал оттаивают, обрабатывают водным раствором щелочного агента при pH 10-12 и 0,1-1,0%-ным раствором формальдегида, промывают до нейтральной реакции среды, отжимают несвязанную влагу и окончательно высушивают при 20-60^oC. При необходимости перед окончательным высушиванием материала проводят его пропитку раствором лекарственного и/или антисептического препарата, а также прессование при 40-100 кг/см².

Конкретно, заявляемый способ осуществляется следующим образом.

1) Проводят выделение коллагена из коллагенсодержащего сырья по известному способу, т.е. осуществляют щелочно-солевую экстракцию измельченного сырья для удаления неколлагеновых компонентов с последующей его промывкой от раствора экстрагента.

2) Готовят уксуснокислую дисперсию коллагена согласно способу [2], т.е. помещают проэкстрагированную и промытую коллагеновую массу в среду водной уксусной кислоты и после набухания в ней проводят механическую дезинтеграцию с получением коллоидного раствора микрофибриллярного коллагена.

3) Проводят изоэлектрическое осаждение волокнистого коллагенового преципита, его смешение с глутаровым альдегидом и замораживание реакционной массы по способу, т.е. готовят композицию известного состава и осуществляет ее криогенное структурирование в известных режимах.

4) После оттаивания полученный пористый коллагеновый материал обрабатывают водным раствором щелочного агента при pH 10-12 и 0,1-1,0%-ным раствором формальдегида, после чего промывают до нейтральной реакции среды и отжимают несвязанную влагу, причем промывка может быть совмещена с пропиткой материала растворами лекарственных и/или антисептических препаратов, а отжим несвязанной влаги может проявиться в режиме механического прессовывания при 40-100 кг/см².

5) Окончательную сушку проводят при температуре 20-60^oC.

Приведенная совокупность технических решений для получения пористого коллагенсодержащего материала не известна из уровня техники, поэтому заявляемый способ отвечает критерию новизна.

Использование конкретных режимов реализации заявляемого способа обусловлено следующими моментами.

1) Согласно предлагаемому изобретению после оттаивания сформированного пористого коллагенсодержащего материала проводят его обработку водным раствором щелочного агента при pH 10-12 и 0,1-1,0%-ным водным раствором формальдегида. При pH < 10 процесс дубления материала происходит, как показали эксперименты, с недостаточной эффективностью, поэтому при высушивании в заявляемых режимах имеет место частичное ороговение конечного материала. При pH > 12 дубление происходит слишком быстро по поверхности материала и поэтому неравномерно, кроме того, далее для промывки материала до нейтральной реакции среды требуется большое количество воды. При концентрации раствора формальдегида ниже 0,1% после обработки пористый коллагеновый материал обладает неудовлетворительными физико-механическими свойствами - при высушивании в заявляемых режимах он теряет свою пористость. При концентрации водного раствора формальдегида выше 1% после обработки пористый коллагеновый материал становится жестким (малоэластичным), и требуется большое количество воды для отмывки избытка формальдегида.

2) При осуществлении заявляемого способа возможна стадия пропитки пористого коллагенсодержащего материала раствором лекарственного и/или антисептического препарата с последующей сушкой этого материала. Для обработки могут использоваться растворы противовоспалительных и ранозаживляющих веществ (например, дексаметазона, гидрокортизона, ацетилсалициловой кислоты и др. ), антибиотиков (например, тетрациклина, оксалина, левомицина и проч.), антисептиков типа борной кислоты, резорцина или хинозола, антибактериальных средств (например, фурацилина, этазола и т.п.). Растворы готовятся как на воде, так и на основе органических растворителей (например, этилового спирта, ацетона и др.) в зависимости от растворимости соответствующего препарата. После обработки лекарственными препаратами излишки раствора удаляются и коллагенсодержащий материал высушивается в заявляемых режимах. Причем, если температура этой стадии поддерживается ниже 20^oC, то сушка идет слишком медленно, что сильно удлиняет время производства конечного материала, а повышение температуры выше 60^oC будет приводить к термической денатурации коллагена в составе коллагенсодержащего материала и, поэтому, не допустимо.

3) В заявляемом способе предусматривается также возможность проведения механического прессования сформированного и дубленного пористого коллагенового материала при давлении 40-100 кг/см². При этом увеличивается компактность и эластичность материала без, как оказалось, ухудшения влагопоглощающей способности.

Ниже приводятся конкретные примеры реализации заявляемого способа.

Пример 1.

В 2%-ный уксуснокислый коллоидный раствор коллагена при перемешивании прибавляют 1,5 M раствор гидроксида натрия до достижения pH 5. Выпавший осадок волокнистого коллагена разбавляют водой до концентрации суспензии по белку 1,5%, прибавляют глутаровый альдегид в количестве 0,5 мас.% по отношению к количеству коллагена, тщательно перемешивают реакционную массу и слоем 5 мм разливают на поддон, который помещают на 45 мин в морозильную камеру с температурой -30^oC. Замороженный образец переносят в морозильную камеру с температурой -6^oC и выдерживают там 10 ч. После оттаивания препарат обрабатывают раствором едкого натрия при pH 10 в присутствии 1,0%-ного раствора формальдегида, после чего отжимают и промывают водой до нейтральной реакции среды, снова отжимают несвязанную воду и сушат при температуре 60^oC с принудительной циркуляцией воздуха. Плотность полученного пористого материала - 0,031 г/см³, влагоудерживающая способность - 5300%.

Пример 2.

К 2,5%-ному уксуснокислому коллоидному раствору коллагена при перемешивании прибавляют насыщенный водный раствор гидроксида кальция (известковое молоко) до pH 4,0. Выпавший осадок волокнистого коллагена разбавляют водой до концентрации суспензии по белку 2,5%, прибавляют глутаровый альдегид в количестве 0,05% от веса коллагена, перемешивают реакционную массу, заливают в форму слоем толщиной 10 мм и замораживают при -62^oC в течение 9 мин. Замороженный препарат переносят в камеру с температурой -21^oC, где выдерживают 15 ч. После оттаивания препарат обрабатывают раствором едкого калия при pH 11 в присутствии 0,75%-ного раствора формальдегида, после чего отжимают и промывают водой до нейтральной реакции среды, снова отжимают несвязанную воду. Затем проводят пропитку пористого материала водным раствором ацетилсалициловой кислоты, после чего сушат при температуре 50^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,032 г/см³, влагоудерживающая способность - 2700%.

Пример 3.

В 1,5%-ный уксуснокислый коллоидный раствор коллагена при перемешивании вводят 2 M водный раствор едкого калия до достижения pH 4,5. Выпавший осадок волокнистого коллагена разбавляют водой до концентрации суспензии по белку 2,0%, прибавляют глутаровый альдегид в количестве 0,1% от веса коллагена, перемешивают реакционную массу, разливают ее в формы слоем толщиной 3 мм и замораживают при -35^oC в течение 1 ч. Далее замороженные препараты выдерживают при -10^oC в течение 12 ч. После оттаивания пористый препарат обрабатывают раствором гидроксида лития при pH 12 в присутствии 0,1%-ного раствора формальдегида, после чего отжимают и промывают водой до нейтральной реакции среды, снова отжимают несвязанную воду. Затем проводят пропитку пористого материала 2%-ным водным раствором борной кислоты и 0,01%-ным раствором хинозола, после чего сушат в камере при температуре 40^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,073 г/см³, влагоудерживающая способность - 4500%.

Пример 4.

Суспензию волокнистого коллагена получают по п.3, доводя pH системы до 4,8. Далее разбавляют образец до содержания белка 2,4% вводят глутаровый альдегид в количестве 1,01% от веса коллагена, перемешивают реакционную массу, разливают слоем толщиной 4 мм в круглые формы диаметром 8 см и замораживают при -45^oC в течение 30 мин. Замороженные образцы затем выдерживают при -8^oC в течение 14 ч. После оттаивания препараты обрабатывают раствором едкого натрия при pH 10,5 в присутствии 0,5%-ного раствора формальдегида, после чего отжимают и промывают водой до нейтральной реакции среды, снова отжимают несвязанную воду. Затем обрабатывают 2%-ным спиртовым раствором гидрохлорида тетрациклина и спрессовывают при давлении 40 кг/см² в течение 10 мин. Далее пористый материал досушивают при температуре 35^oC. Плотность пористого материала - 0,53 г/см³, влагоудерживающая способность - 2900%.

Пример 5.

Получают волокнистый коллаген по п. 1 при pH 4,3. Далее разбавляют суспензию до содержания белка 1,8%, прибавляют глутаровый альдегид в количестве 0,75% от веса коллагена, после перемешивания реакционную массу разливают в формы слоем 5 мм и замораживают при температуре -65^oC в течение 20 мин. Замороженные образцы затем выдерживают при -15^oC в течение 10 ч. После оттаивания препараты обрабатывают раствором едкого натрия при pH 11,5 в присутствии 0,25%-ного раствора формальдегида, после чего отжимают и промывают водой до нейтральной реакции среды, снова отжимают несвязанную воду. Затем проводят пропитку 2%-ным спиртовым раствором левомицитина, содержащим также 0,1% метилурацила, спрессовывают при давлении 70 кг/см² и досушивают при 20^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,62 г/см³, влагоудерживающая способность - 2700%.

Пример 6.

Приготовление реакционной массы, стадию замораживания и обработки формальдегидом осуществляют аналогичную примеру 1. Влажный пористый препарат пропитывают ацетоновым раствором 0,02% фурацилина и 0,05% гидрокортизона, далее прессуют при давлении 100 кг/см² и сушат при 25^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,51 г/см², влагоудерживающая способность - 3100%.

Пример 7.

Влажный пористый коллагенсодержащий материал получают по пр.2, после его промывки отжимают несвязанную влагу и промывают препарат 0,5%-ным раствором дексаметазона, а затем высушивают при 45^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,049 г/см³, влагоудерживающая способность - 3000%.

Пример 8.

Влажный пористый коллагенсодержащий материал получают по пр.3, после его промывки отжимают несвязанную влагу, прессуют при 60 кг/см² и сушат при 30^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,44 г/см³, влагоудерживающая способность - 4200%.

Пример 9.

Пористый коллагенсодержащий материал получают в соответствии с методикой пр. 4, но пропитку проводят спиртовым раствором 1% оксалина и 0,07% резорцина, а сушку при 40^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,52 г/см³, влагоудерживающая способность - 2800%.

Пример 10.

Пористый коллагенсодержащий материал получают согласно пр.5, но пропитку проводят 0,6% водным раствором этазола, прессование при 100 кг/см², а сушку при 55^oC. Плотность полученного пористого материала - 0,61 г/см³, влагоудерживающая способность - 2300%.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с известными способами получения пористых коллагенсодержащих материалов: - поскольку используемая в заявляемом способе последовательность операций при получении пористого коллагенсодержащего материала дает возможность проводить высушивание конечного продукта при 20-60^oC и при этом он не теряет пористой хорошо набухающей структуры, то по сравнению с аналогами предлагаемое изобретение характеризуется существенным удешевлением и упрощением способа в целом, т.к. энергоемкое, длительное и дорогое лиофильное высушивание исключается из процесса; - по сравнению со способом-прототипом заявляемый способ характеризуется резким сокращением расхода органических растворителей вплоть до полного исключения их использования, что помимо удешевления способа, повышает его пожаробезопасность; - структура коллагенсодержащего материала, получаемого согласно заявляемому способу, такова, что имеется возможность пропитки целевого продукта растворами лекарственных препаратов, а также проведения его прессования перед окончательным высушиванием, т.е. заявляемое техническое решение дает возможность существенно расширить номенклатуру производимых пористых коллагенсодержащих материалов.

Формула изобретения

1. Способ получения пористого коллагенсодержащего материала, включающий приготовление уксуснокислого коллоидного раствора коллагена, осаждение суспензии волокнистого коллагена, изменение pH системы, смешивание ее со сшивающим агентом, замораживание, оттаивание и последующую дегидратацию, отличающийся тем, что после оттаивания системы полученный коллагенсодержащий материал обрабатывают водным раствором щелочного агента при pH 10 - 12 и 0,1 - 1,0%-ным раствором формальдегида, промывают до нейтральной реакции среды, отжимают несвязанную влагу и окончательно высушивают при 20 - 60^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку материала совмещают с его пропиткой раствором лекарственного и/или антисептического препарата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжим несвязанной влаги проводят в режиме механического прессования при 40 - 100 кг/см².