Способ структурной стабилизации биотканей

 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам структурной стабилизации биотканей, используемых для протезирования и пластики при коррекции клапанных пороков сердца. Сущность способа: обработку биотканей осуществляют раствором, содержащим диглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 1-1,8% и дополнительно моноглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 1-1,8% при рН 8,6-9,0. Обработка биотканей в потоке раствора дополнительно повышает их биомеханические и гидродинамические свойства. Способ позволяет достигнуть необходимой протеолитической устойчивости биотканей в более короткие сроки и улучшить их функциональные характеристики. 2 табл., 3 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам структурной стабилизации биотканей для протезирования и пластики, преимущественно при изготовлении ксеногенных биологических протезов клапанов сердца, используемых в клинической практике для коррекции клапанных пороков сердца.

Структурная стабилизация биопротезов производится с целью получения биологической инертности их ткани (устранения иммуногенности и обеспечения устойчивости к ферментативному лизису). Это достигается путем химической обработки биоткани веществами, способными образовывать прочные поперечные связи с молекулами коллагена.

Известен способ структурной стабилизации биотканей, включающий обработку глутаральдегидом (CarpentierA., Lemaigre G., Robert L. et al. Biological factors affecting long-term results of valvular heterografts // J. Thorac. Cardiovasc. Surg. -1969. - Vol. 58, N 4. - P. 467-483). Данный химический агент обеспечивает стерильность, существенно повышает механическую прочность ткани биопротеза и устойчивость к действию протеолитических ферментов. Однако глутаральдегид изменяет физико-химические и механические свойства биотканей. Потеря гидрофильных свойств и девитализация клеток ксеноткани провоцируют образование центров дистрофической кальцификации. Изменение вязкоупругих свойств ткани ксенографта под воздействием глутаральдегида приводит к ухудшению в целом макробиомеханики биопротеза и образованию стресс-деформаций преимущественно в области комиссур (особенно при наличии стента), что также провоцирует развитие локусов тканевой дегенерации и кальцификации. Свободные остатки глутаральдегида, обладающие цитотоксическим воздействием на окружающие ткани больного, усугубляют дистрофическую кальцификацию.

Известен способ консервирования биоткани для протезирования клапанов сердца и сосудов 2-5% раствором диглицидилового эфира этиленгликоля в течение 21 суток (патент РФ №2008767) с целью подавления процессов кальцификации и дополнительной фиксации гепарина с целью повышения резистентности к тромбообразованию. Биоткани, стабилизированные эпоксидами, обладают лучшими вязкоупругими свойствами по сравнению с тканями, обработанными глутаральдегидом. Данный способ принят авторами за прототип.

К недостаткам прототипа следует отнести невысокие биомеханические и гидродинамические характеристики биопротезов, а также большое время (21 сутки) обработки биоткани.

Задачей изобретения является улучшение биомеханических и гидродинамических характеристик биопротезов при сохранении необходимой протеолитической устойчивости биологической ткани и сокращение времени обработки.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе структурной стабилизации биотканей, включающем обработку диглицидиловым эфиром этиленгликоля, согласно изобретению обработку осуществляют раствором, содержащим диглицидиловый эфир этиленгликоля (ДЭ) в концентрации 1-1,8% и дополнительно моноглицидиловый эфир этиленгликоля (МЭ) в концентрации 1-1,8% при рН 8,6-9,0.

Структурная стабилизация биотканей в потоке раствора дополнительно повышает их биомеханические и гидродинамические свойства.

На фиг.1 изображена диаграмма показателей фиксации и стабилизации биотканей при различных режимах обработки; на фиг.2 - графики изменения показателя фиксации биоткани при различных рН раствора; на фиг.3 - графики изменения показателя стабилизации биоткани при различных рН раствора.

Способ осуществляют, например, следующим образом.

Очищенный и отмытый ксеногенный клапанно-аортальный комплекс погружают в раствор, содержащий диглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 1-1,8% и моноглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 1-1,8% при рН 8,6-9,0 (трис-HCl буфер, 0.05 М). Соотношение массы биоткани к массе раствора должно составлять 1:15-30. Время обработки - 48 часов.

Для придания более высоких биомеханических и гидродинамических свойств обработку ведут в динамическом режиме - раствор подают потоком постоянного характера с малоамплитудной переменной составляющей.

Аналогичным образом могут быть подготовлены для протезирования биоткани сосудов, ксеноперикарда, сухожилий и прочие.

По предложенному способу была проведена обработка 65 образцов: 15 корней аорты и 50 створок (5 групп). В качестве контроля были взяты 25 образцов: 5 корней аорты и 20 створок (2 группы), обработка которых была проведена по прототипу.

Для определения степени фиксации биоткани использовали нингидриновую реакцию надосадочной жидкости после гидролиза обработанных и нативных образцов. Оптическую плотность раствора определяли спектрофотометрически при длине волны 750 нм. По разнице экстинкции нативных (E_nativ) и фиксированных (E_fix) образцов одного корня аорты рассчитывали индекс фиксации (FI) ксеноаортальной ткани по формуле: FI=(E_nativ-E_fix)/E_nativx 100% (Sung HW, Hsu CS, Lee YS. et al. Crosslinking characteristics of an epoxy-fixed porcine tendon: Effects of pH, temperature, and fixative concentration // J. Biomed. Mater. Res. -1996. - Vol. 31, N 4. - P. 511-518). Рассчитанный таким образом индекс FI отражает количество защищенных боковых цепей лизина и гидроксилизина коллагена фиксированной ткани.

Процесс структурной стабилизации коллагена полиэпоксидами заключается преимущественно в образовании поперечных связей, препятствующих ферментативному гидролизу. Для определения степени структурной стабилизации ксеноаортальной ткани использовали весовой анализ. Для этого образцы ткани отмывали, лиофилизировали и взвешивали дважды, до и после обработки коллагеназой. По разнице потерь массы нативных (Δ m_nativ) и стабилизированных (Δ m_stab) образцов рассчитывали индекс стабилизации (81) по формуле: SI=(Δ m_nativ-Δ m_stab)/Δ m_nativ× 100%. Таким образом, SI отражает плотность поперечных сшивок.

Результаты исследований представлены в таблице 1 и на диаграмме (фиг.1).

Из полученных данных следует, что использование предложенных режимов обработки образцов (3-7 группы) позволило достичь за 48 часов высокой степени структурной стабилизации (SI=91-96%) и фиксации (FI=96-99%) биоткани, сравнимой с результатами, полученными по прототипу (1 и 2 группы).

При анализе влияния рН раствора на скорость структурирования ткани (фиг.2 и 3) было выявлено, что в нейтральном растворе (рН 7,4) фиксация и стабилизация материала происходит с одинаковой скоростью и достигает максимальных значений на 4-5 сутки. В щелочном растворе (рН 8,6-9,0) максимальная фиксация и стабилизация наступает раньше - в 1-2 сутки. Обработка биоткани в растворе с рН 10,2 приводила к максимальной стабилизации коллагена в среднем через 12 часов, однако в дальнейшем было отмечено снижение степени стабилизации ткани, объясняемое частичной денатурацией белка под воздействием высокощелочной среды.

Оценку функциональных характеристик ксеноаортальных клапанов, стабилизированных по патентуемому способу, и клапанов, стабилизированных по прототипу, производили по данным стендовых исследований. Характеристики основных макробиомеханических и безразмерных гидродинамических показателей двух сравниваемых групп клапанов представлены в таблице 2.

Представленные результаты свидетельствуют, что предлагаемый способ обработки ксеногенных клапанов позволяет получить биоклапаны с высокими функциональными характеристиками, близкими к характеристикам нативных ксеноклапанов.

Использование предложенного способа позволяет достигнуть необходимой протеолитической устойчивости биологической ткани биоклапанов и улучшить их функциональные характеристики.

Формула изобретения

1. Способ структурной стабилизации биотканей, используемых для протезирования и пластики при коррекции клапанных пороков сердца, включающий обработку диглицидиловым эфиром этиленгликоля, отличающийся тем, что обработку осуществляют раствором, содержащим диглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 1-1,8% и дополнительно моноглицидиловый эфир этиленгликоля в концентрации 1-1,8% при рН 8,6-9,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут в потоке раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.02.2009

Извещение опубликовано: 20.02.2009        БИ: 05/2009