Покрытия на изделиях, включающие слой олигомеризованного полифенола, и биологические методы применения
Владельцы патента RU 2711535:
СЕРМОДИКС, ИНК. (US)
Изобретение относится к медицинскому устройству, включающему покрытие, где покрытие содержит первый покровный слой, включающий олигомеризованный полифенол, и второй покровный слой, включающий синтетический полимер, выбранный из винилпирролидонсодержащего полимера, поли-N-изопропилакриламида, поли-N-винилкапролактама, полиэтиленоксида, поливинилового спирта, гидроксиэтилцеллюлозы или синтетического полимера, имеющего множество гидроксильных групп. Синтетический полимер соединен с олигомеризованным полифенолом водородными связями, а первый покровный слой расположен между поверхностью изделия и вторым покровным слоем. Кроме того, описаны способ нанесения покрытия на медицинское устройство; медицинское устройство, включающее гемостатическое покрытие; способ стимулирования свертывания; изделие, включающее покрытие, содержащее олигомеризованный полифенол; способ стимулирования адсорбции биологической макромолекулы на поверхности изделия; медицинское устройство, включающее внутреннюю поверхность; способ снижения или предотвращения налипания бактерий на внутренней поверхности медицинского устройства. 8 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил., 4 пр.
Приоритет
Настоящая безусловная Заявка утверждает приоритет принадлежащей ее авторам предварительной Заявки, имеющей серийный номер 62/035,173, поданной 8 августа 2014 года, озаглавленной «ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯХ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ СЛОЙ ОЛИГОМЕРИЗОВАННОГО ПОЛИФЕНОЛА, И БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИМЕНЕНИЯ», каковая Заявка включена здесь ссылкой во всей своей полноте.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к покрытиям для изделий медицинского назначения, для диагностических целей и работы с клеточными культурами.
Сущность изобретения
Варианты осуществления изобретения включают покрытия для разнообразных изделий, таких как изделия медицинского назначения, для диагностических целей и работы с клеточными культурами. Варианты осуществления изобретения также включают способы применения покрытых изделий.
Как правило, изделия имеют покрытие, которое включает покровный слой (например, первый покровный слой) олигомеризованного полифенола. В некоторых вариантах исполнения изделия имеют по меньшей мере один иной покровный слой(слои) (например, второй), включающий природный или синтетический полимер, который соединен водородными связями с олигомеризованным полифенолом. Покрытия проявляют желательные свойства, и материалы покрытий и способы их нанесения могут быть применены для формирования должным образом выполненных покрытий на разнообразных поверхностях. Покрытые изделия могут быть использованы в разнообразных методах, таких как методы, связанные с имплантацией медицинских устройств, лечением состояний с использованием имплантированного медицинского устройства, гемостатические методы, в том числе свертывание крови и заживление ран, методы диагностики in vitro, такие как ELISA (ИФА, иммуноферментный анализ), и методы работы с клеточными культурами.
Олигомеризованный полифенол может содержать полифенол, образованный эстерификацией композиции, включающей галловую кислоту. Олигомеризованный полифенол может включать, например, олигомеризованную дубильную кислоту.
В одном варианте осуществления изобретение представляет медицинское устройство, включающее покрытие, причем покрытие содержит первый покровный слой, содержащий олигомеризованный полифенол, и второй покровный слой, содержащий синтетический или природный полимер. Синтетический или природный полимер в покрытии соединен с олигомеризованным полифенолом водородными связями, и первый покровный слой размещен между поверхностью изделия и вторым покровным слоем.
Покрытие может быть сформировано способом, включающим стадию, в которой на медицинское устройство наносят первую покровную композицию, включающую полифенол. Первый слой, содержащий олигомеризованный полифенол, формируется при нанесении. Затем на первый слой наносят вторую покровную композицию, включающую синтетический или природный полимер. Синтетический или природный полимер становится соединенным с олигомеризованным полифенолом водородными связями.
Медицинские устройства, имеющие первый покровный слой, содержащий олигомеризованный полифенол, включают катетеры и внутрисосудистые протезы. В частности, полифенольные материалы пригодны для нанесения покрытий на внутренние поверхности медицинских устройств, такие как внутренние окружные поверхности катетеров.
Исходя из своей способности создавать покрытия напрямую, изобретение также представляет медицинское устройство, включающее внутреннюю поверхность, содержащую покрытие, причем покрытие содержит олигомеризованный полифенол. Дополнительные покровные слои (например, второй покровный слой) на олигомеризованном полифеноле необязательны. В одном варианте исполнения покрытие из олигомеризованного полифенола формируют на внутренней окружной поверхности катетера. Внутреннее поверхностное покрытие может быть полезным в методе сокращения или предотвращения налипания бактерий на поверхность медицинского устройства, в том числе при имплантации заявляемого устройства пациенту.
В еще одном аспекте изобретения экспериментальные исследования показали, что покрытие из олигомеризованного полифенола неожиданно оказалось благоприятным для стимулирования адсорбции фибриногена и для содействия свертыванию крови. Соответственно этому, изобретение также представляет медицинское устройство, включающее гемостатическое покрытие, содержащее олигомеризованный полифенол, причем устройство конфигурировано так, что олигомеризованный полифенол приходит в контакт с жидкостью организма.
В имеющем к этому отношение аспекте изобретение представляет способ стимулирования свертывания в заданном местоположении в организме или на нем, предусматривающий размещение медицинского устройства с содержащим олигомеризованный полифенол гемостатическим покрытием в заданном местоположении или на нем в организме, причем покрытие контактирует с жидкостью организма и стимулирует свертывание в заданном местоположении.
В еще одном аспекте изобретение представляет изделие, конфигурированное для применения в диагностическом тестировании in vitro или при работе с клеточной культурой, причем изделие включает покрытие, содержащее олигомеризованный полифенол. Покрытие на таком изделии может быть применимым для адсорбирования молекул в анализах для обнаружения или для улучшения условий инкубации клеточных культур.
В соответственном этому аспекте изобретение представляет способ стимулирования адсорбции биологической макромолекулы на поверхности изделия и метод диагностического тестирования in vitro или работы с клеточной культурой. Способ включает стадии, в которых изделие, включающее содержащее олигомеризованный полифенол покрытие, приводят в контакт с композицией, содержащей биологическую макромолекулу, причем покрытие стимулирует адсорбцию биологической макромолекулы на олигомеризованном полифеноле посредством образования водородных связей.
Краткое описание фигур
Изобретение может быть более полно понято в связи со следующими чертежами, в которых:
ФИГ. 1А представляет схематический вид в разрезе медицинского устройства, имеющего однослойное покрытие из олигомеризованного полифенола.
ФИГ. 1В представляет схематический вид в разрезе медицинского устройства, имеющего многослойное покрытие со слоем олигомеризованного полифенола.
ФИГ. 2А представляет схематический вид в разрезе медицинского устройства, имеющего многослойное покрытие со слоем олигомеризованного полифенола.
ФИГ. 2В представляет схематический вид в разрезе медицинского устройства, имеющего многослойное покрытие со слоем олигомеризованного полифенола.
ФИГ. 3А представляет схематический вид в разрезе медицинского устройства с просветом, имеющим однослойное покрытие из олигомеризованного полифенола на внутренней окружной поверхности устройства.
ФИГ. 3В представляет схематический вид в разрезе медицинского устройства с просветом, имеющим многослойное покрытие на внутренней окружной поверхности устройства со слоем олигомеризованного полифенола.
ФИГ. 4 представляет график, показывающий результаты анализа адсорбции фибриногена на покрытых и непокрытых подложках.
ФИГ. 5 представляет график, показывающий результаты анализа времени свертывания плазмы на покрытых и непокрытых подложках.
ФИГУРЫ 6А-D представляют графики, показывающие результаты иммунологического анализа с покрытиями из дубильной кислоты и без него.
В то время как изобретение может быть подвержено разнообразным модификациям и исполнено в альтернативных формах, его конкретные характеристики были показаны с помощью примера и чертежей, и будут подробно описаны. Однако должно быть понятно, что изобретение не ограничивается конкретными описанными вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что оно охватывает модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, находящиеся в пределах смысла и объема изобретения.
Подробное описание иллюстративных вариантов исполнения
«Полифенол» согласно изобретению имеет отношение к органической молекуле, имеющей от двух до около 20 фенольных структурных единиц. Примерные полифенолы необязательно могут быть охарактеризованы одним или многими из следующих свойств: неполимерная молекула; молекулярная масса в диапазоне около 200-5000 Дальтон (Да); 1-3 гидроксильных группы на фенольную структурную единицу, и имеющая 5-8 ароматических циклов на 1000 Да. Примерные полифенолы включают две или более связанных друг с другом фенольных структурных единиц. Примерные фенольные структурные единицы выбираются из резорцина, пирокатехина, пирогаллола, флороглюцина, и их смесей. Фенольные структурные единицы могут быть соединены связками из разнообразных химических групп, таких как сложноэфирные группы, простые эфирные группы или С-С-группы.
В некоторых случаях полифенол может быть сформирован эстерификацией одной или многих фенольных кислот, таких как галловая кислота (3,4,5-тригидроксибензойная кислота), вокруг углеводной сердцевины, такой как глюкоза. Дубильная кислота (соединение А) представляет собой пример одного типа полифенола, который может быть сформирован такой реакцией, и имеет следующую структуру:
(Соединение А)
В некоторых случаях полифенол представляет собой сложный эфир фенольной(-ных) кислоты(-лот), таких как галловая кислота, с еще одной молекулой, содержащей фенольные и нефенольные гидроксильные группы, такой как галлокатехин. Эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG; соединение В), эпикатехин-3-галлат (ECG; соединение С); теафлавин-3-галлат (соединение D) и эллагитаннин (соединение Е); представляют примеры полифенолов, образованных реакцией эстерификации галловой кислоты с еще одной молекулой, содержащей фенольные и нефенольные гидроксильные группы.
(Соединение В)
(Соединение С)
(Соединение D)
(Соединение Е)
Еще одним примерным полифенолом является эпигаллокатехин:
Покровный раствор может быть сформирован введением полифенола в растворитель. Одиночный полифенол или комбинация полифенолов могут быть растворены или суспендированы в покровном растворе при концентрации, пригодной для формирования покрытия на поверхности изделия. Примерные концентрации варьируют в диапазоне от около 1 нг/мл до около 10 мг/мл, или от около 0,5 мг/мл до около 5 мг/мл, такие как около 2 мг/мл (например, дубильная кислота при концентрации около 2 мг/мл).
Нанесение покрытия на подложку может быть проведено разнообразными путями. В некоторых способах практических действий полифенол растворяют или суспендируют в покровном растворе, имеющем оснóвное значение рН, такое как выше 7, такое как в диапазоне от около 7,5 до около 9,5, или более конкретно, в диапазоне от около 8,0 до 8,5. Примерные оснóвные покровные растворы могут быть приготовлены с использованием такого растворителя, как вода, и такого биосовместимого основания, как бикарбонат натрия (например, с концентрацией около 0,5 М). Другие биосовместимые слабые основания включают аммиак, гидроксид аммония, мочевину, пиперидин, имидазол, карбонат калия, карбонат натрия, бикарбонат калия и пиридин, или их комбинации. В других способах практических действий полифенол может быть растворен или суспендирован в покровном растворе с величиной рН менее 7. Для инициирования олигомеризации полифенола величина рН раствора может быть затем повышена до щелочного значения рН. В альтернативном варианте покровный раствор, содержащий полифенол в растворителе, может быть нанесен на устройство способом погружения, оставлен для высыхания, и затем помещен в буфер с более высоким значением рН, чтобы вызвать сшивание. Покровный раствор также может включать нейтральную соль, такую как хлорид натрия, при концентрации в диапазоне от около 0,15 М до около 0,75 М, или более конкретно, около 0,5 М.
Если желательно, в покровный раствор полифенола могут быть введены один или многие необязательные компоненты в такой мере, пока компонент(-ты) не влияет(-ют) на пригодность полифенола к олигомеризации и формированию покровного слоя на поверхности изделия. Например, покровный раствор полифенола необязательно может содержать один или многие полимерные компоненты, такие как полиамиды, или полиакриловую кислоту.
Первый покровный раствор может быть нанесен на подложку. Перед нанесением первого покровного раствора на подложку могут быть предусмотрены одна или более из многочисленных различных стадий предварительной обработки. В некоторых вариантах исполнения поверхность подложки может быть очищена. Например, поверхность может быть очищена протиранием или погружением в спирт, такой как изопропиловый спирт. В некоторых вариантах исполнения подложка может быть помещена в раствор поверхностно-активного вещества, такого как раствор VALTRON®, и подвергнута ультразвуковой обработке. В некоторых вариантах исполнения поверхность подложки может быть стерилизована.
Для нанесения раствора на подложку могут быть использованы многочисленные различные способы. В качестве иллюстрации, примерные способы могут включать нанесение покрытия набрызгиванием, шаберное мелование, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия напылением, и тому подобные. В одном способе нанесения покрытия раствор наносят набрызгиванием. В других способах нанесения покрытия подложка может быть погружена в покровный раствор полифенола в течение периода времени, достаточного для формирования покровного слоя олигомеризованного полифенола на поверхности изделия. В примерных способах работы изделие погружают в покровный раствор полифенола. Изделие выдерживают в растворе в течение периода времени свыше 5 секунд, более 1 минуты, более 10 минут, дольше 30 минут, такого, как в диапазоне от около 1 минуты до около 2 часов. Затем изделие может быть промыто с использованием такой жидкости, как вода, для удаления любого избытка покровного(-ных) материала(-лов).
Слой олигомеризованного полифенола может быть сформирован без необходимости в инициаторе олигомеризации/полимеризации, таком как светочувствительный инициатор полимеризации. Поэтому покровные растворы и способы нанесения покрытия являются особенно применимыми для формирования покровного слоя на поверхности изделия, для которого затруднительно обеспечить освещение. Например, покровные растворы и способы нанесения покрытия могут быть применены для формирования слоя олигомеризованного полифенола на подложке, имеющей сложную геометрическую форму, или имеющей внутреннюю поверхность, такую как поверхности медицинских устройств. Эти внутренние поверхности могут быть недоступными для подведения других форм энергии, таких как свет, который в альтернативном варианте может быть использован для активации и связывания покровных реагентов с поверхностью. Примеры подложек, которые имеют внутренние поверхности, включают, например, стенты, катетеры, такие как PTCA-катетеры (для чрескожной транслюминальной коронарной ангиопластики) и гемодиализные катетеры, гемодиализные мембраны, и прочие устройства, имеющие внутренние поверхности. Эти подложки могут быть сформированы, например, из материалов со сложной конфигурацией, или могут иметь многочисленные поры.
Слой «олигомеризованного» полифенола подразумевает нерастворимый в воде покровный слой, включающий сшитые молекулы полифенола. Без намерения вдаваться в теорию, представляется, что оснóвный покровный раствор стимулирует олигомеризацию полифенолов и формирование слоя олигомеризованного полифенола в результате окисления полифенола, депротонирования фенольных гидроксильных групп, перегруппировки и фенол-фенольного сшивания через фенольные группы. Как представляется, молекулярный механизм формирования слоя олигомеризованного полифенола напоминает образование полидопаминового покрытия, как описано авторами Lee и др. (Science, том 318, стр. 426-430, 2007 год).
В еще одном способе практического действия слой олигомеризованного полифенола формируют введением в покровную композицию неорганической молекулы, которая может координироваться с химическими группами полифенольных молекул и тем самым создавать сшивающие связки. Например, как сообщают авторы Ejima и др. (Science, том 318, стр. 426-430, 2007 год), металлический ион, такой как ион железа (Fe), может координироваться с депротонированными фенольными гидроксильными группами числом вплоть до трех фенольных групп.
| Моно-комплекс | Бис-комплекс | Трис-комплекс |
| (рН<2) | (3<рН<6) | (рН>7) |
Варианты осуществления изобретения включают покрытия, которые имеют слой олигомеризованного полифенола, который приходит в контакт с жидкостью организма, тканью, используемой в анализе для обнаружения композицией, или со средой клеточной культуры. Олигомеризованный полифенол может служить для присоединения или связывания одного или многих компонентов из жидкости организма (например, фибриногена), или компонентов из композиции, применяемой для анализа in vitro (например, антител или аналитов), или компонентов из композиции клеточной культуры.
Как таковой, слой олигомеризованного полифенола может быть единственным покровным слоем в покрытии, или может быть «самым наружным» или «верхним» слоем, если покрытие включает более одного слоя. Необязательный(-ные) дополнительный(-ные) слой(слои) может(-гут) находиться между слоем олигомеризованного полифенола и поверхностью устройства. ФИГ. 1А представляет вариант исполнения покрытия, в котором слой 101 олигомеризованного полифенола непосредственно контактирует с поверхностью 102 устройства. ФИГ. 1В представляет вариант исполнения покрытия, в котором слой 111 олигомеризованного полифенола является самым наружным слоем со связующим (или промежуточным) слоем 113 в контакте с поверхностью 112 устройства. ФИГ. 3А представляет вариант исполнения покрытия, показывающий поперечное сечение медицинского устройства с просветом (такого как катетер), в котором слой 311 олигомеризованного полифенола присутствует на внутренней окружной области поверхности 312 устройства. Примерные материалы подложки и материалы необязательных связующих или промежуточных слоев известны в технологии.
Слой олигомеризованного полифенола (например, 101, 111 или 311) может быть очень тонким, таким как менее 100 нм, менее 50 нм, менее 25 нм, менее 10 нм, менее 5 нм (верхние пределы), или более 0,1 нм, свыше 0,25 нм, более 0,5 нм, более 1 нм, более 2 нм (нижние пределы), или в диапазоне любой комбинации этих нижних и верхних пределов.
Связанные с изобретением экспериментальные исследования показали, что слой олигомеризованного полифенола был способен стимулировать значительную адсорбцию фибриногена (смотри Фигуру 4). Фибриноген представляет собой белковый фактор, участвующий в каскаде реакций свертывания крови, и его прилипание к покрытой поверхности медицинского устройства, которая контактирует с кровью, может содействовать присоединению других факторов коагуляции. После адгезии фибриногена может происходить преобразование в фибрин при содействии фактора Виллебранда (vWF) на поверхности устройства, что может быть охарактеризовано образованием матрицы с рыхлой структурой. Эта фаза также может быть охарактеризована адгезией тромбоцитов.
В дополнение, слой полифенола был в состоянии содействовать сокращению продолжительностей свертывания плазмы (смотри Фигуру 5). Поэтому сам по себе олигомеризованный полифенол создает полезную модификацию поверхности для медицинских изделий, желательно имеющую гемостатическое свойство. «Гемостатическое» свойство подразумевает способность стимулировать «гемостаз», который представляет собой свертывание крови. Разнообразные медицинские изделия или устройства, которые вживляются или вводятся в организм, или которые приводятся в контакт с тканями организма, могут быть снабжены гемостатическим покрытием из олигомеризованного полифенола.
В некоторых вариантах исполнения гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола используют в сочетании с окклюзирующим устройством для окклюзии заданной области любого типа внутри организма. Окклюзирующие устройства включают предназначенные для имплантации медицинские устройства, которые доставляются в заданную область организма, и назначением которых предполагается предотвращение движения жидкостей организма через область или в нее, в которую было внедрено устройство. Как правило, исполнению гемостатической функции способствуют тромбоз и образование сгустка в связи с окклюзирующим устройством. Окклюзия может быть достигнута введением устройства в заданную область и созданием условий, в которых гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола стимулирует формирование фибринового сгустка, тем самым физически перекрывая доступ в заданную область. Окклюзирующие устройства с гемостатическим покрытием из олигомеризованного полифенола могут быть полезными для избирательной окклюзии сосудистой сети, в том числе артерий, вен, фистул, аневризм, фаллопиевых труб, желчных протоков, и тому подобных. Гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола может быть использовано в связи с сосудистыми окклюзирующими спиралями, проволоками или нитями, которые могут быть введены в аневризмы.
Гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола также может быть сформировано на пористой поверхности медицинского изделия. Изделие, имеющее «пористую поверхность», имеет отношение к любому изделию, имеющему поверхность с порами, на которой может быть сформировано гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола. В некоторых случаях поры могут иметь физические размеры, которые обеспечивают возможность прорастания ткани.
Во многих случаях пористая поверхность изделия представляет собой тканевый материал или имеет подобную ткани фактуру. Пористая поверхность может быть сформирована из текстильных материалов, которые включают тканые материалы, вязаные материалы и плетеные материалы. В особенности пригодные текстильные материалы представляют собой тканые материалы, которые могут быть изготовлены с использованием любого известного в технологии подходящего рисунка переплетения.
Пористая поверхность может быть поверхностью имплантата, оболочки, крышки, пластыря, втулки, обертки, чехла, и тому подобного. Изделия этих типов могут действовать как медицинское изделие как таковое, или же могут быть использованы в связи с еще одной частью медицинского изделия. Например, гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола может быть применено в сочетании с тканями, такими как регенерированный кардиальный лоскут, оболочки и имплантаты. В этих вариантах исполнения прокоагулянтное покрытие может быть использовано для формирования гемостатического фибринового сгустка в связи с покрытой тканью. Эти покрытые изделия могут быть применены для предотвращения кровотечения внутри тела в том месте, где предполагается функционирование покрытого изделия.
Ткани могут быть изготовлены из синтетических аддитивных или конденсационных полимеров, таких как сложные полиэфиры, полипропилены, полиэтилены, полиуретаны и политетрафторэтилены. Обычно применяемым полимером в тканях является полиэтилентерефталат (PET). Смеси этих полимеров также могут быть использованы для получения волокон, таких как монофиламентные или полифиламентные волокна, для изготовления тканей. Широко применяемые ткани включают такие, как нейлон, велюр и DACRONTM.
Хирургические заплаты могут быть использованы в разнообразных медицинских процедурах для предотвращения кровотечения. Хирургическая заплата, имеющая гемостатическое покрытие из олигомеризованного полифенола, может быстро образовывать фибриновый сгусток, связанный с заплатой, тем самым усиливая гемостатическое действие.
Другие конкретные рассматриваемые пористые поверхности включают поверхности регенерированных кардиальных лоскутов. Они могут быть использованы для снижения кровоточивости из линий шва, связанных с сердечнососудистыми реконструкциями.
Слой олигомеризованного полифенола также может быть использован в качестве покрытия на поверхности изделия для диагностики in vitro. Покрытие может быть применимым для содействия присоединению к поверхности биологической молекулы, такой как пептид, белок, нуклеиновая кислота или полисахарид. Белок может быть антителом или фрагментом антитела, или аналитом, который представляет собой пептид или белок.
Слой олигомеризованного полифенола может быть нанесен на изделие для диагностики in vitro поверх всей его поверхности, или поверх выбранного участка или участков поверхности. Например, слой олигомеризованного полифенола может быть нанесен в виде определенного рисунка на поверхность устройства для стимулирования адсорбции биологической молекулы сообразно этому рисунку.
Слой олигомеризованного полифенола может быть сформирован на любом подходящем аналитическом изделии, таком как аналитический сосуд или его часть. Аналитическое изделие может представлять собой любое изделие, на котором или в котором может быть выполнено обнаружение аналита, такое как ELISA. Аналитическое изделие может быть выполнено из такого материала, как стекло (например, стекло с модифицированной поверхностью), кварц, кремний, металлы, оксиды металлов, или пластики, такие как полистирол, полиолефины, полипропилен и поликарбонат. Примерные аналитические изделия представляют собой одно- или многолуночные планшеты, такие как пластиковые планшеты с лунками среднего и малого размера, такие как планшеты с 6, 24, 96, 384 и 1536 лунками. Они являются общеизвестными в технологии как микротитрационные планшеты, микропланшеты или микролуночные планшеты. Примерные планшеты для применения в диагностическом тестировании in vitro в каждой лунке содержат от микролитра до миллилитра жидкости. Аналитические сосуды других типов, которые могут быть использованы для анализа, включают капиллярные трубки. Аналитическое изделие, имеющее слой олигомеризованного полифенола, необязательно может быть включено в набор, или может поставляться пользователю для проведения диагностического тестирования in vitro.
Слой олигомеризованного полифенола может стимулировать адсорбцию биологической макромолекулы на покрытой поверхности. Например, в некоторых способах практических действий изделие, имеющее покрытие из олигомеризованного полифенола, контактирует с содержащей антитела композицией для стимулирования адсорбции антитела на олигомеризованном полифеноле благодаря образованию водородных связей. Затем участки покрытия из олигомеризованного полифенола могут быть блокированы полимером, который также присоединяется в результате формирования водородных связей, для предотвращения неспецифического взаимодействия аналита или антитела. Слой олигомеризованного полифенола может быть полезным для пассивирования поверхности сосуда, чтобы предотвратить нежелательную адсорбцию компонентов клеточной культуры на стенках сосуда. Пассивирующий или связывающий клетку компонент, такой как синтетический или природный полимер, может быть присоединен к слою олигомеризованного полифенола посредством водородных связей. В альтернативном варианте, могло бы быть предусмотрено покрытие для связывания компонентов, которые содействуют присоединению клеток. Примеры компонентов, которые обеспечивают содействие присоединению клеток, включают коллаген, фибронектин, ламинин, и стимулирующие адгезию клеток пептиды, такие как RGD (аргинил-глицил-аспарагиновая кислота).
«Сосуд для работы с клеточными культурами» представляет собой один пример изделия для работы с клеточными культурами, и, как используемый здесь, подразумевает приемный резервуар, который может быть покрыт слоем олигомеризованного полифенола и может содержать среду для культивирования клеток или ткани. Сосуд для работы с клеточными культурами может быть выполнен из стекла, пластика, или даже из металлов, таких как те металлы, которые применяются для изготовления медицинских устройств. Пластик предпочтительно является нецитотоксическим. Примерные сосуды для работы с клеточными культурами включают, но не ограничиваются таковыми, одно- или многолуночные планшеты, в том числе культуральные планшеты на 6 лунок и 12 лунок, и культуральные планшеты с лунками меньшей величины, такие как 96-, 384- и 1536-луночные планшеты, банки для содержания культур, чашки для культивирования, чашки Петри, колбы с культурой, культуральные планшеты, вращающиеся флаконы для культур, предметные стекла для культур, в том числе камерные и многокамерные предметные стекла для культур, культуральные пробирки, покровные стекла, чашки, центрифужные пробирки, перфузионные камеры, биореакторы и ферментаторы.
При создании покрытого сосуда для работы с клеточными культурами может быть применен такой способ нанесения покрытия, как описываемый здесь способ, чтобы сформировать покрытие из олигомеризованного полифенола на стенке сосуда для работы с клеточными культурами. Способ нанесения покрытия является благоприятным для тех сосудов, имеющих поверхности, которые затруднительно подвергнуть освещению, в иной ситуации используемому для активации инициатора полимеризации. После того, как поверхность сосуда для работы с клеточными культурами была снабжена покрытием из олигомеризованного полифенола, она может быть введена в контакт с композицией, которая включает материал, который может адсорбироваться на покрытии из олигомеризованного полифенола для пассивирования поверхности и предотвращения неспецифического связывания компонентов клеточной культуры с сосудом. В альтернативном варианте, адсорбированный материал может стимулировать связывание клеток с покрытой поверхностью. Варианты осуществления изобретения также включают покрытия, которые имеют слой олигомеризованного полифенола, который представляет собой промежуточный слой. Слой олигомеризованного полифенола может быть в непосредственном контакте с поверхностью устройства, в непосредственном контакте со вторым покровным слоем, который является отдаленным от поверхности устройства, или обоими. Один или многие компоненты второго покровного слоя, такие как природный или синтетический полимер(-ры), могут быть связаны со слоем олигомеризованного полифенола водородными связями.
ФИГ. 2А представляет вариант исполнения покрытия, в котором слой 201 олигомеризованного полифенола находится в непосредственном контакте с поверхностью 202 устройства, и второй покровный слой, который включает природный или синтетический полимер 204, представляет собой самый наружный слой. Водородные связи между олигомеризованным полифенолом и природным или синтетическим полимером могут присутствовать на поверхности раздела между слоями 201 и 204. Между слоем 201 олигомеризованного полифенола и поверхностью 202 устройства необязательно может присутствовать связующий слой (не показан).
ФИГ. 2В представляет вариант исполнения покрытия, в котором слой 211 олигомеризованного полифенола находится в непосредственном контакте с поверхностью 212 устройства, с промежуточным вторым покровным слоем 214, который включает природный или синтетический полимер, и третий покровный слой 215 представляет собой самый наружный слой. Связывание между природным или синтетическим полимером второго покровного слоя 214 и компонентом третьего покровного слоя 215 может существовать или может не существовать. В некоторых конфигурациях имеются водородные связи между природным или синтетическим полимером второго покровного слоя 214 и компонентом третьего покровного слоя 215.
ФИГ. 3В представляет вариант исполнения покрытия, показывающий поперечное сечение медицинского устройства с просветом (такого как катетер), в котором слой 321 олигомеризованного полифенола присутствует на внутренней окружной поверхности 322 устройства, причем покрытие дополнительно содержит слой 324 с природным или синтетическим полимером, который сцепляется с олигомеризованным полифенолом водородными связями.
Покрытие необязательно может включать дополнительные покровные слои (например, четвертый, пятый), которые могут присутствовать в качестве промежуточных или наружных покровных слоев на устройстве.
Толщина покрытия, которое включает слой олигомеризованного полифенола (например, 201 или 211) и второй покровный слой (например, 204, 214, 324), может варьировать в зависимости от покровных материалов и способа, применяемых для формирования покрытия. Покрытие может иметь толщину менее 2 мкм, менее 1 мкм, менее 500 нм, менее 250 нм, менее 100 нм (верхние пределы), или более 1 нм, более 2,5 нм, более 5 нм, более 10 нм, более 25 нм (нижние пределы), или в диапазоне любой комбинации этих нижних и верхних пределов. Покрытие необязательно может быть описано в плане соотношения толщины слоя олигомеризованного полифенола (например, 201, 211, 321) и второго покровного слоя (например, 204, 214, 324).
В некоторых вариантах исполнения второй слой включает полимер, способный связываться с олигомеризованным полифенолом первого покровного слоя. Испытание на способность полимера к образованию водородных связей с олигомеризованным полифенолом может быть проведено путем окрашивания толуидиновым синим и тестирования его прочности.
Примерные полимеры включают природные и синтетические полимеры. Природные полимеры включают полисахариды, полипептиды и нуклеиновые кислоты. Примерными полисахаридами являются метилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза. Примерные синтетические полимеры включают поли-N-изопропилакриламид, поли-N-винилкапролактам, полиэтиленоксид и поливиниловый спирт.
Природные или синтетические полимеры могут быть растворены или суспендированы во второй покровной композиции, которая затем может быть нанесена на слой олигомеризованного полифенола. В примерных способах природный или синтетический полимер добавляют к полярному растворителю, такому как вода, в количестве в диапазоне от около 0,5 мг/мл до около 50 мг/мл, от около 2 мг/мл до около 40 мг/мл, или от около 5 мг/мл до около 25 мг/мл. Примерные растворители включают воду, спирты (например, метанол, этанол, н-пропанол и изопропанол), амиды (например, диметилформамид, N-метилпирролидон), простые эфиры (например, тетрагидрофуран (THF, ТГФ), дипропиловый простой эфир и диоксолан), и нитрилы (например, ацетонитрил).
Вторая покровная композиция может быть нанесена на первый покровный слой олигомеризованного полифенола любым подходящим путем в условиях, стимулирующих образование водородных связей между полимером и олигомеризованным полифенолом. Избыточный несвязанный полимер может быть удален во время стадии промывания.
В некоторых вариантах исполнения второй слой включает полимер винилпирролидона. Как используемый здесь, «полимер винилпирролидона» подразумевает полимеры, включающие винилпирролидоновые мономерные структурные единицы. Полимер винилпирролидона может представлять собой гомополимер винилпирролидона или сополимер винилпирролидона, включающий винилпирролидон и один или многие (например, два, три, четыре, пять, и т.д.) другие мономерные структурные единицы, которые отличаются от винилпирролидона. В вариантах исполнения, в поливинилпирролидоновом сополимере, винилпирролидон может представлять собой основной мономер (по молярному количеству), такой как присутствующий в количестве свыше 50% (мольных), 55% (мольных) или более, 60% (мольных) или более, 65% (мольных) или более, 70% (мольных) или более, 75% (мольных) или более, 80% (мольных) или более, 85% (мольных) или более, 90% (мольных) или более, 92,5% (мольных) или более, 95% (мольных) или более, 97,5% (мольных), или 99% (мольных) или более. В примерных вариантах исполнения винилпирролидон присутствует в сополимере в количестве, варьирующем от около 75% (мольных) до около 97,5% (мольных), от около 85% (мольных) до около 97,5% (мольных), или от около 90% (мольных) до около 97,5% (мольных).
Другие мономеры, которые могут быть сополимеризованы с винилпирролидоном с образованием полимера винилпирролидона, включают, но не ограничиваются таковыми, акриламид, метакриламид, акриловую кислоту, акриламидо-2-метилпропансульфонат (AMPS), метакриловую кислоту, метилакрилат, метилметакрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксиэтилакрилат, акрилат глицерина, метакрилат глицерина, этиленгликоль, и производные этих мономеров.
Например, в некоторых вариантах исполнения второй покровный слой включает полимер винилпирролидона, содержащий группу с фотохимической реакционной способностью (например, фото-ПВП). Реагенты и способы получения фото-ПВП можно найти в таких литературных источниках, как Патенты США №№ 4,979,959; 5,002,582; 5,263,992; 5,414,075; 5,512,329; и 5,637,460, содержание которых включено здесь ссылкой. В некоторых способах практических действий фото-ПВП может быть образован сополимеризацией 1-винил-2-пирролидона и N-(3-аминопропил(мет)акриламида), и затем может быть преобразован в производное реакцией с ацилхлоридом (например, таким как 4-бензоилбензоилхлорид) в условиях реакции Шоттена-Баумана. То есть, ацилхлорид реагирует с аминогруппой N-3-аминопропильного фрагмента в сополимере. В результате формирования амида происходит присоединение арилкетонной группировки к полимеру.
Полимер винилпирролидона, содержащий группу с фотохимической реакционной способностью, также может быть получен сополимеризацией винилпирролидона с мономером, который дериватизирован введением группы с фотохимической реакционной способностью. Примерные мономерные производные включают арилкетонные производные гидрофильных мономеров, способных к свободно-радикальной полимеризации, таких как акриламид, метакриламид и AMPS. Один примерный мономер на основе метакриламида с боковой группой, способной к фотохимическим превращениям, представляет собой N-[3-(4-бензоилбензамидо)пропил]метакриламид (BBA-APMA), синтез которого описан в Примерах 1-3 Патента США № 5,858,653 (на имя Duran и др.) Еще одним примерным мономером на основе метакриламида с боковой группой, способной к фотохимическим превращениям, является N-[3-(7-метил-9-оксотиоксантен-3-карбоксамидо)пропил]-метакриламид (MTA-APMA), синтез которого описан в Примерах 1-2 Патента США № 6,156,345 (на имя Chudzik и др.).
В некоторых вариантах исполнения третий покровный слой, который включает содержащий кислотные группы полимер, формируют в контакте со вторым покровным слоем. «Содержащий кислотные группы полимер» имеет отношение к полимеру, который имеет кислотные группы, присутствующие на полимерной цепи. Кислотные группы включают, например, фрагменты сульфоновых кислот, карбоновых кислот, фосфоновых кислот, и тому подобные. Примерные соли на основе таких групп включают, например, такие соли, как сульфонаты, карбоксилаты и фосфонаты. Примерные противоионы включают ионы щелочных, щелочноземельных металлов, аммония, протонированных аминов, и тому подобные. Если используются один или многие противоионы, кислотные группы содержащего кислотные группы полимера являются частично нейтрализованными. Например, содержание кислотных групп в мольных процентах, которые могут быть нейтрализованы противоионами, варьирует в диапазоне от х до y, причем диапазон х до y выбирается из около 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, или 90%, причем x является меньшим, чем y.
Примерные мономеры, содержащие группировку карбоновой кислоты, которые могут быть использованы для получения содержащего кислотные группы полимера, включают, но не ограничиваются таковыми, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, итаконовую кислоту, монометилитаконовую кислоту, малеиновый ангидрид, фумаровую кислоту и кротоновую кислоту, и их соли. Примерные полимеры, содержащие группировку сульфоновой кислоты, которые могут быть использованы для получения содержащего кислотные группы полимера, включают, но не ограничиваются таковыми, акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту (AMPS), 2-(мет)акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту, винилсульфоновую кислоту, 2-сульфоэтилметакрилат, и их соли. Могут быть использованы сополимеры, полученные из комбинации двух или более различных содержащих кислотные группы мономеров, или могут быть применены сополимеры, образованные из одного или многих содержащих кислотные группы мономеров и одного или более мономеров, не содержащих кислотные группы. Эти сополимеры могут представлять собой статистические сополимеры, блок-сополимеры, привитые сополимеры или их смеси.
Другие примерные мономеры, содержащие группировки карбоновых кислот, которые могут быть применены для получения содержащих кислотные группы сополимеров, включают стирол и малеиновый ангидрид, сополимеризованные для образования сополимера стирола и малеинового ангидрида (PSMA). Еще другие примерные мономеры, содержащие группировки карбоновых кислот, описаны в монографии «Hydrogen-Bonded Interpolymer Complexes; Formation, Structure and Applications» («Интерполимерные комплексы с водородными связями; образование, структура и варианты применения»), Главы 1 и 7, под редакцией Vitaliy V. Khutoryanskiy и Georgios Stalkos (2009).
Содержащий кислотные группы полимер необязательно может быть охарактеризован его значением рН. Например, содержащий кислотные группы полимер может иметь значение рН в диапазоне от около 1 до около 5, от около 1,2 до около 5, от около 1,5 до около 5, от около 2,5 до около 5, от около 2,75 до около 4,5, или от около 3 до около 4,25.
Третий покровный слой, который представляет собой верхнее покрытие, может содержать полимер акриловой кислоты. Как используемый здесь, «полимер акриловой кислоты» имеет отношение к полимеру, включающему мономерные структурные единицы акриловой кислоты. Полимер акриловой кислоты может быть гомополимером акриловой кислоты или сополимером акриловой кислоты, включающим акриловую кислоту и один или многие (например, два, три, четыре, пять, и т.д.) другие мономерные структурные единицы, которые отличаются от акриловой кислоты. В вариантах исполнения, в сополимере полиакриловой кислоты, акриловая кислота может представлять собой основной мономер (по молярному количеству), такой как присутствующий в количестве свыше 50% (мольных), 55% (мольных) или более, 60% (мольных) или более, 65% (мольных) или более, 70% (мольных) или более, 75% (мольных) или более, 80% (мольных) или более, 85% (мольных) или более, 90% (мольных) или более, 92,5% (мольных) или более, 95% (мольных) или более, 97,5% (мольных) или 99% (мольных) или более. В примерных вариантах исполнения акриловая кислота присутствует в сополимере в количестве, варьирующем от около 75% (мольных) до около 100% (мольных), от около 85% (мольных) до около 100% (мольных), от около 95% (мольных) до около 100% (мольных), или от около 98% (мольных) до около 100% (мольных).
В некоторых вариантах исполнения полимер акриловой кислоты в верхнем покрытии может иметь среднюю молекулярную массу 150 кДа или более. В еще других вариантах исполнения полимер акриловой кислоты в верхнем покрытии может иметь среднюю молекулярную массу 250 кДа или более, 350 кДа, 450 кДа, 550 кДа, 650 кДа или более, или даже в некоторых случаях среднюю молекулярную массу 750 кДа или более.
Полимер акриловой кислоты в третьем покровном слое может образовывать водородные связи с природным или синтетическим полимером, таким как полимер винилпирролидона, второго покровного слоя. Более конкретно, в формировании водородных связей между полимерами могут участвовать атомы кислорода карбонильных групп как пирролидонового цикла, так и карбоновой кислоты.
В других вариантах исполнения третий покровный слой, который представляет собой верхнее покрытие, также включает сшивающий реагент, содержащий по меньшей мере две группы с фотохимической реакционной способностью, или акриламидный полимер, содержащий по меньшей мере одну группу с фотохимической реакционной способностью. В некоторых вариантах исполнения акриламидный полимер может включать акриламидные, акриламидо-2-метилпропансульфонатные группы (AMPS), и фрагменты полиэтиленгликоля. Например, в одном конкретном варианте исполнения акриламидный полимер может представлять собой монометакрилат N-ацетилированного сополимера полиакриламида, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоната натрия, N-(3-(4-бензоилбензамидо)пропил)метакриламида и метоксиполиэтиленгликоля. Реагенты и способы получения полимеров, включающих полиакриламид, в соответствии с приведенными здесь вариантами исполнения можно найти в таких литературных источниках, как Патенты США №№ 4,979,959; 5,002,582; 5,263,992; 5,414,075; 5,512,329; и 5,637,460, содержание которых включено здесь ссылкой.
В вариантах исполнения второй или третий покровный слой, или оба из них, могут включать сшивающий реагент, содержащий группы с фотохимической реакционной способностью. Группа с фотохимической реакционной способностью может представлять собой фрагмент арилкетона, такого как ацетофенон, бензофенон, антрон, и подобные антрону гетероциклы (то есть, гетероциклические аналоги антрона, такие как содержащие атомы N, О или S в 10-ом положении), или их замещенные (например, с заместителями в цикле) производные.
Примерные сшивающие реагенты описаны в опубликованной патентной заявке США № 2011/0245367, содержание которой включено здесь ссылкой во всей ее полноте. В некоторых вариантах исполнения по меньшей мере один из первого и/или второго сшивающих реагентов может включать сшивающий реагент, имеющий формулу Photo1-LG-Photo2, в которой Photo1 и Photo2 независимо представляют по меньшей мере одну фотохимически активную группу, и LG представляет группу-связку, содержащую по меньшей мере один атом кремния или по меньшей мере один атом фосфора, причем имеется ковалентное связывание между по меньшей мере одной фотохимически активной группой и группой-связкой, и при этом ковалентная связь между по меньшей мере одной фотохимически активной группой и группой-связкой прерывается по меньшей мере одним гетероатомом.
В других вариантах исполнения может быть использован ионный сшивающий реагент, способный к фотохимической активации. Сшивающий реагент, способный к фотохимической активации, может представлять собой соединение формулы I: X1-Y-X2, где Y представляет радикал, содержащий по меньшей мере одну кислотную группу, оснóвную группу или соль, образованную кислотной группой или оснóвной группой. Группы X1 и X2, каждая независимо, представляют радикал, содержащий группу с латентной фотохимической реакционной способностью.
Например, соединение формулы I может иметь радикал Y, который содержит фрагмент сульфоновой кислоты или сульфонатную группу; X1 и X2 могут содержать такие фотохимически активные группы, как арилкетоны. Такие соединения включают 4,5-бис(4-бензоилфенилметиленокси)бензол-1,3-дисульфоновую кислоту или соль; 2,5-бис(4-бензоилфенилметиленокси)бензол-1-сульфоновую кислоту или соль; 2,5-бис(4-бензоилметиленокси)бензол-1- сульфоновую кислоту или соль; N,N-бис[2-(4-бензоилбензилокси)этил]-2-аминоэтансульфоновую кислоту или соль, и тому подобные. Смотри Патент США № 6,278,018
В других вариантах исполнения соединений формулы I фрагмент Y может представлять собой радикал, который содержит оснóвную группу или ее соль. Такие радикалы Y могут включать, например, аммониевую, фосфониевую или сульфониевую группу; подходящие противоионы включают, например, карбоксилаты, галогениды, сульфат и фосфат. Примерные фотохимически активируемые сшивающие реагенты включают соль этилен-бис(4-бензоилбензил)-диметиламмония; соль гексаметилен-бис(4-бензоилбензил)-диметиламмония; соль дикватернизованного 1,4-бис(4-бензоилбензил)-1,4-диметилпиперазиния, соль дикватернизованного бис(4-бензоилбензил)гексаметилентетрааммония, соль бис[2-(4-бензоилбензилдиметиламмоний)этил]-4-бензоилбензилметиламмония; соль 4,4-бис(4-бензоилбензил)морфолиния; соль этилен-бис[(2-(4-бензоилбензилметиламмоний)этил)-4-бензоилбензилметиламмония; и соль дикватернизованного 1,1,4,4-тетракис(4-бензоилбензил)пиперазиния. Смотри Патент США № 5,714,360.
Подложки, на которых может быть сформировано покрытие, могут быть частично или полностью изготовлены из металла, керамического материала, стекла, или тому подобного, или из их комбинации. Подложки могут включать полимеры, такие как полиуретаны и полиуретановые сополимеры, полиэтилен, полиолефины, бутадиен-стирольные сополимеры, полиизопрен, изобутилен-изопреновые сополимеры (бутилкаучук), в том числе галогенированный бутилкаучук, акрилонитрил-бутадиен-стирольные сополимеры, силиконовые полимеры, фторсиликоновые полимеры, поликарбонаты, полиамиды, сложные полиэфиры, поливинилхлорид, сополимеры простых полиэфиров и сложных полиэфиров, сополимеры простых полиэфиров и полиамидов, и тому подобные. Подложки могут быть выполнены из единообразного материала или из комбинации материалов.
Полимеры подложек также могут включать такие, какие сформированы из синтетических полимеров, в том числе олигомеров, гомополимеров и сополимеров, образованных либо аддитивной, либо конденсационной полимеризациями. Примеры пригодных аддитивных полимеров включают, но не ограничиваются таковыми, акриловые производные, такие как полученные полимеризацией метилакрилата, метилметакрилата, гидроксиэтилметакрилата, гидроксиэтилакрилата, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, акрилата глицерина, метакрилата глицерина, метакриламида, и акриламида; винильные производные, такие как полимеры этилена, пропилена, винилхлорида, винилацетата, винилпирролидона, винилидендифторида и стирола. Примеры конденсационных полимеров включают, но не ограничиваются таковыми, нейлоны, такие как поликапролактам, полилауриллактам, полигексаметиленадипамид, и полигексаметилендодекандиамид, и также полиуретаны, поликарбонаты, полиамиды, полисульфоны, полиэтилентерефталат, полидиметилсилоксаны, и простые полиэфиркетоны.
В некоторых вариантах исполнения подложка включает полимер, выбранный из группы, состоящей из полиамида, полиимида, простого полиэфир-блок-амида (PEBAX), простого полиэфирэфиркетона (PEEK), полиэтилена высокой плотности (HDPE), полиэтилена, полиуретана и сополимера полиэтилена и винилацетата.
Металлы, которые могут быть использованы в качестве подложек в медицинских изделиях, включают платину, золото или вольфрам, а также другие металлы, такие как рений, палладий, родий, рутений, титан, никель, и сплавы этих металлов, такие как нержавеющая сталь, титан-никелевые сплавы, такие как нитинол, хромокобальтовые сплавы, сплавы цветных металлов, и платино-иридиевые сплавы. Одним примерным сплавом является MP35.
Примерные медицинские изделия включают сосудистые имплантаты и трансплантаты, трансплантаты, хирургические устройства; синтетические протезы; сосудистые протезы, в том числе эндопротезы, стент-графты, и комбинации эндоваскулярных стентов; трансплантаты малого диаметра, трансплантаты аневризмы брюшной аорты; раневые повязки и устройства для лечения ран; гемостатические барьеры; сетчатые трансплантаты для герниопластики; заплаты, в том числе заплаты для маточного кровотечения, заплаты для дефекта межпредсердной перегородки (ASD), заплаты для открытого овального окна межпредсердной перегородки (PFO), заплаты для дефекта межжелудочковой перегородки (VSD), и прочие типовые кардиологические заплаты; окклюдеры для ASD, PFO, и VSD; инструменты для чрезкожного закрытия, инструменты для пластики митрального клапана; фильтры ушка левого предсердия; инструменты для аннулопластики клапанов, катетеры; устройства центрального венозного доступа, катетеры для сосудистого доступа, катетеры для дренирования абсцессов, катетеры для вливания лекарственных препаратов, катетеры для парентерального питания, внутривенные катетеры (например, обработанные антитромботическими веществами), катетеры для терапии инсульта, катетеры для мониторинга кровяного давления и моделирования стент-графтов; анастомотические устройства и анастомотические окклюдеры; устройства для выключения аневризмы; биодатчики, в том числе сенсоры глюкозы; кардиодатчики; противозачаточные средства; грудные имплантаты; средства инфекционного контроля; мембраны; каркасы для поддержки тканей; тканеспецифические материалы; шунты, в том числе шунты цереброспинальной жидкости (CSF), шунты для дренирования внутриглазной жидкости при глаукоме; стоматологические инструменты и зубные имплантаты; ушные инструменты, такие как ушные дренажные трубки, тимпаностомические вентиляционные трубки; офтальмологические инструменты; манжеты и части манжет для инструментов, в том числе манжеты дренажных трубок, манжеты имплантированных трубок для вливания лекарственных препаратов, манжета катетера; шовная манжета; спинальные и неврологические инструменты; каналы для регенерации нервов; неврологические катетеры; заплаты для нейрохирургии; ортопедические устройства, такие как ортопедические суставные имплантаты, инструменты для регенерации/наращивания кости, инструменты для регенерации хрящей; урологические инструменты и уретральные инструменты такие как урологические имплантаты, полостные инструменты, почечные устройства и инструменты для гемодиализа, устройства для присоединения калоприемника; изделия для дренирования желчных протоков, фильтры полых вен, и фильтры и устройства для профилактики эмболии, и катетеры для электрофизиологического картирования и абляции.
Покрытие, имеющее первый слой олигомеризованного полифенола, второй слой, включающий синтетический или природный полимер, скрепленный с олигомеризованным полифенолом водородными связями, и необязательно третий слой кислотного полимера, может иметь свойство гемосовместимости (совместимости с кровью). Например, медицинское изделие с гемосовместимым покрытием может сокращать эффекты, которые могут быть связаны с размещением чужеродного объекта в контакте с компонентами крови, такие как образование тромбов или эмболия (сгустки крови, которые высвобождаются и перемещаются ниже по потоку). Свойство гемосовместимости покрытия можно наблюдать в сравнении с медицинским устройством, которое не имеет покрытия. Необязательно, покрытие может быть дополнительно модифицировано гемосовместимыми белками или пептидами для усиления характеристики гемосовместимости (совместимости с кровью).
Одно испытание для измерения гемосовместимости покрытой поверхности может быть выполнено с использованием любого из многообразных тестов. Такие способы, как включающие тесты на основе тромбообразования, такие как искусственная циркуляция (контур Чандлера) с использованием цельной крови, пополненной тромбоцитами (например, смотри работу авторов Robbie, L.A., и др., (1997) Thromb Haemost., том 77, стр.510-515), или in vitro контур крови крупного рогатого скота, хромогенные или цветные анализы, прямые химические измерения, и иммуноферментные анализы (ELISA), применяются для тестирования коагуляции (например, смотри работы авторов Bates, S.M., и Weitz, J.I. (2005), Circulation, том 112, стр. 53-60; и Walenga, J.M., и др. (2004), Semin Thromb Hemost., том 30, стр.683-695). В то время как анализы свертывания крови дают общую оценку функции коагуляции, хромогенные тесты предназначены для измерения уровня или функции специфических факторов.
В некоторых вариантах исполнения покрытие включает первый (полифенольный) и второй слои, причем второй слой содержит полимер, который соединяется с первым слоем водородными связями, и который также обеспечивает смазочное действие или создает антифрикционную поверхность. Смазывающая или антифрикционная поверхность может облегчать перемещение покрытого устройства относительно ткани, или может облегчать движение покрытого устройства в контакте с еще одним компонентом медицинского устройства, или перемещение двух медицинских устройств в контакте друг с другом. Например, один подход к снижению трения между медицинским устройством и средой, окружающей медицинское устройство, состоит в нанесении смазочного или антифрикционного покрытия на медицинское устройство.
Настоящее изобретение может быть лучше понято со ссылкой на нижеследующие примеры. Эти примеры предполагаются быть показательными для конкретных вариантов осуществления изобретения, и не подразумеваются ограничивающими область изобретения.
Следует отметить, что, как применяемые в этом описании и в пунктах прилагаемой формулы изобретения, формы единственного числа «a», «an» и «the» включают множественные объекты, если контекст определенно не оговаривает иное. Так, например, ссылка на композицию, содержащую «одно соединение», включает смесь двух или более соединений. Также следует отметить, что термин «или» в основном используется в его смысле, включающем «и/или», если контекст четко не оговаривает иное.
Также следует отметить, что, как используемое в этом описании и в пунктах прилагаемой формулы изобретения, выражение «конфигурированный» описывает систему, устройство или иную конструкцию, которая сформирована или предназначена для выполнения конкретной задачи, или принимает конкретную конфигурацию. Выражение «конфигурированный» может быть использовано взаимозаменяемо с другими подобными выражениями, такими как скомпонованный и конфигурированный, сооруженный и скомпонованный, смонтированный, изготовленный и размещенный, и тому подобно.
Все публикации и патентные заявки в этом описании являются показывающими уровень обычной квалификации в технологии, к которой имеет отношение изобретение. Все публикации и патентные заявки здесь включены ссылкой в таком же объеме, как если бы каждая индивидуальная публикация или патентная заявка была конкретно и индивидуально указана ссылкой. Ничто здесь не должно толковаться как признание того, что авторы настоящего изобретения не наделены правом датировать задним числом любые публикацию и/или патент, в том числе цитированные здесь любые публикацию и/или патент.
Изобретение было описано со ссылкой на разнообразные конкретные и предпочтительные варианты осуществления и способы. Однако должно быть понятно, что многочисленные вариации и модификации могут быть сделаны, в то же время оставаясь в пределах смысла и области изобретения.
Пример 1: получение безбелкового связующего полифенольного покрытия
Сначала связующий слой дубильной кислоты нанесли на 7 см сегменты полиуретановых (PU) 7F-катетеров (Solomon Scientific). Для получения раствора дубильной кислоты (TA) с концентрацией 2 мг/мл, 80 мг TA растворили в 40 мл водного раствора буфера, содержащего 0,5 М NaHCO3 и 0,5 M NaCl (конечное значение рН 8,3). Сегменты катетера внесли в раствор дубильной кислоты и осторожно переворачивали, чтобы удалить из просветов катетера любые захваченные пузырьки воздуха. Затем катетеры выдерживали в термостате при температуре 50°С в течение одного часа без перемешивания. После выдерживания сегменты катетеров извлекли из дубильной кислоты, тщательно промыли водой как на внутренней, так и на наружной окружной поверхности, и высушили на воздухе.
Затем для второго слоя покрытия поливинилпирролидон (PVP) был соединен со связующим слоем TA водородными связями. TA-Модифицированные катетеры поместили в раствор PVP (K30, BASF, 10 мг/мл в 10 мМ фосфорной кислоте, рН 2,0) в течение пяти минут при комнатной температуре, промыли водой и высушили на воздухе.
Наконец, для третьего слоя, полиакриловая кислота (PAA) была присоединена к слою PVP водородными связями. Сегменты катетеров выдерживали в термостате в растворе PAA (синтезированная в собственной лаборатории PAA, 20 мг/мл в воде) в течение пяти минут при комнатной температуре. Затем катетеры промыли водой и оставили на воздухе для высыхания при комнатной температуре.
Для подтверждения наличия покрытия образцы катетера окрашивали положительно заряженным красителем, толуидиновым синим, погружением образца в 0,1%-ный (вес/объем) водный раствор толуидинового синего в течение пяти минут, и затем тщательно промывали образец водой для удаления избыточного красящего вещества. Окрашивание образца в темно-фиолетовый цвет свидетельствует о присутствии верхнего покрытия из отрицательно заряженной PAA. Непокрытый контрольный образец окрашивался в очень бледный синий цвет, тогда как контроль, содержащий только TA, приобретал более темный синий цвет. Покрытие без верхнего PAA-слоя окрашивалось подобно содержащему только TA контролю.
Пример 2: адсорбция фибриногена к полифенольному покрытию из человеческой плазмы
Для определения характеристик покрытий в отношении адсорбции белка, была количественно оценена адсорбция фибриногена на покрытом и непокрытом катетерах с использованием метода ELISA. Полиуретановые катетеры разрезали на образцы длиной 1 см и поместили в испытательные стеклянные пробирки с размерами 12×75 мм (4 образца на одну испытательную пробирку). Человеческую обедненную тромбоцитами плазму (PPP от George King Bio-Medical) разбавили натрий-фосфатным буфером (PBS) в соотношении 1:4. В каждую испытательную пробирку добавили по два миллилитра разбавленной PPP. Образцы выдерживали в термостате в течение двух часов при перемешивании на орбитальном шейкере при комнатной температуре. Плазму откачали с образцов отсасыванием, и образцы трижды промывали промывным раствором PBS, содержащим 0,05% (объем/объем) Tween 20, с величиной pH 7,4. Затем в каждую испытательную пробирку добавили по два миллилитра препарата поликлональных антител к человеческому фибриногену-HRP (меченых пероксидазой хрена) (Rockland, Inc., продукт № 200-103-240) при разбавлении 1:10000 в PBS. Образцы выдерживали в термостате в течение 30 минут при перемешивании на орбитальном шейкере при комнатной температуре. Раствор антител откачали отсасыванием, и образцы трижды промывали PBS плюс Tween-20.
Образцы перенесли в чистые испытательные стеклянные пробирки с размерами 12×75 мм (1 образец на одну испытательную пробирку), и в каждую испытательную пробирку добавили 1 мл субстратного раствора тетраметилбензидина (TMB). Образцы выдерживали в термостате в течение 15 минут при перемешивании на орбитальном шейкере при комнатной температуре. Затем надосадочную жидкость перенесли в 96-луночный планшет для микротитрования, и считывали показания оптической плотности при длине волны 650 нм на спектрофотометре (Molecular Devices, Thermomax microplate reader) с использованием в качестве эталона негативного контрольного раствора, содержащего только хромоген. Величины оптической плотности прямо пропорциональны поверхностной концентрации HRP, и поэтому также пропорциональны концентрации фибриногена, связанного с поверхностью материалов.
Для измерения прочности покрытий использовали несколько покрытых катетеров, которые были подвергнуты испытанию на пальцевый перчаточный тест с использованием нитриловых перчаток. Испытание состояло в протирании образца пять раз в одном направлении с использованием давления от слабого до умеренного в то время, как образцы были под струей воды. Образец поворачивали примерно на четверть после каждого протирания так, чтобы вся окружная поверхность была протерта по меньшей мере однократно.
Как показано на графике в Фигуре 4, PAA-покрытие снижает адсорбцию фибриногена, сравнительно с непокрытым PU-катетером, тогда как TA-покрытие значительно усиливает адсорбцию фибриногена. В обоих случаях протирание покрытия не дало никакого существенного эффекта.
Пример 3: продолжительности свертывания человеческой плазмы полифенольными покрытиями
Полезным испытанием для определения гемосовместимости поверхностной модификации является тест на время частичного тромбопластина (PTT). Тест PTT представляет собой испытание на пути внутреннего (факторы VIII, IX, XI, и XII) и общего (фибриноген, протромбин, факторы V и X) свертывания.
Полиуретановые катетеры разрезали на образцы длиной 0,7 см, и каждый образец поместили в испытательную полистирольную пробирку с размерами 12×75 мм. Затем в каждую испытательную пробирку распределили смесь плазмы и кефалина (фосфолипидный заменитель тромбоцитарного фактора). Затем образцы выдерживали в термостате при температуре 37°С в течение 20 минут. По 200 мкл плазмы из каждой испытательной пробирки перенесли в 96-луночный планшет для микротитрования, и в каждую лунку добавили 100 мкл теплого CaCl2. Немедленно начинали считывание показаний оптической плотности (OD) при длине волны 340 нм каждые 20 секунд. Время на половине максимума оптической плотности регистрировали как время свертывания.
Как показано на графике в Фигуре 5, в качестве поверхности прокаогулянта использовали стеклянный контрольный образец, и свертывание на нем происходило менее, чем за пять минут. TA-покрытие производило свертывание вдвое быстрее, чем непокрытый PU-контроль. Добавление связанных водородными связями слоев PVP K30 и PAA значительно замедляло продолжительности свертывания.
Пример 4: покрытия для иммунологического анализа на 96-луночных планшетах для микротитрования
96-Луночные планшеты для микротитрования Nunc maxisorb (полистирол, обработанный для оптимальной адсорбции белков) и Greiner UV-Star (циклический полиолефин) покрыли дубильной кислотой, и затем оценивали в модельном иммунологическом анализе.
Дубильную кислоту добавляли к предварительно нагретому (55°С) 0,5 М раствору карбоната натрия (рН 8,3), содержащему 0,5 М NaCl, при концентрации дубильной кислоты 2 г/л. Сто микролитров этого раствора добавляли в каждую лунку планшета, планшет выдерживали в термостате при температуре 55°С в течение 5 минут. Лунки опустошили и затем 4 раза промыли деминерализованной (DI) водой. Планшет оставили для высыхания. На планшеты нанесли покрытия помещением 100 мкл/лунку меченых пероксидазой хрена (HRP) анти-кроличьих антител (Accurate Chemical and Scientific) при концентрации 0,86 мкг/мл в каждом из трех буферов. Три буфера представляли собой 0,05 M карбонат натрия (pH 9,5), натрий-фосфатный буфер (pH 7,2), и 50 мМ ацетат натрия (pH 5,4). Планшеты выдерживали в термостате в течение ночи при комнатной температуре, трижды промывали PBS-Tween20, и добавляли в каждую лунку 100 мкл StabilCoat (SurModics, Inc.). После 2 часов инкубации планшеты опустошили отсасыванием и высушили в условиях низкой влажности. Затем планшеты использовали в модельном анализе, в котором применяли пероксидазу хрена (HRP) в качестве аналита. Планшеты трижды промывали PBS-Tween20. В лунки добавляли HRP (100 мкл) при 25, 50, 100, 1000, или 10000 пг/мл in PBS-Tween20. Планшеты инкубировали в течение 2 часов, и затем 6 раз промывали PBS-Tween20. В лунки добавляли субстратный раствор TMB microwell (SurModics, Inc.) (100 мкл), и планшеты инкубировали в течение 20 минут. В лунки добавляли реагент Nova-Stop (SurModics, Inc.) (100 мкл), и показания из лунок считывали при длине волны 450 нм. Фигуры 6B и D показывают, что покрытие из дубильной кислоты чрезвычайно улучшало результаты анализа на планшете UV-Star, и слегка улучшало результаты на планшете (MaxiSorb), уже оптимизированном для ELISA-анализов.
1. Медицинское устройство, включающее покрытие, где покрытие содержит:
первый покровный слой, включающий олигомеризованный полифенол; и
второй покровный слой, включающий синтетический полимер, выбранный из винилпирролидонсодержащего полимера, поли-N-изопропилакриламида, поли-N-винилкапролактама, полиэтиленоксида, поливинилового спирта, гидроксиэтилцеллюлозы или синтетического полимера, имеющего множество гидроксильных групп,
причем синтетический полимер соединен с олигомеризованным полифенолом водородными связями, и где первый покровный слой расположен между поверхностью изделия и вторым покровным слоем.
2. Медицинское устройство по п.1, в котором олигомеризованный полифенол включает полифенол, имеющий молекулярную массу в диапазоне 500-4000 Да.
3. Медицинское устройство по п. 1 или 2, в котором олигомеризованный полифенол включает полифенол, имеющий 12 или более фенольных гидроксильных групп.
4. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором олигомеризованный полифенол включает полифенол, образованный этерификацией композиции, содержащей галловую кислоту.
5. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором олигомеризованный полифенол включает дубильную кислоту.
6. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором первый и второй покровные слои имеют совокупную толщину менее 250 нм или менее 100 нм.
7. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором синтетический полимер представляет собой полимер, содержащий винилпирролидон.
8. Медицинское устройство по п.7, в котором содержащий винилпирролидон полимер представляет собой гомополимер винилпирролидона или содержащий винилпирролидон сополимер.
9. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающее третий покровный слой, включающий содержащий кислотные группы полимер, причем третий покровный слой находится в непосредственном контакте со вторым покровным слоем.
10. Медицинское устройство по п.9, в котором содержащий кислотные группы полимер представляет собой содержащий акриловую кислоту полимер.
11. Медицинское устройство по п.10, в котором содержащий акриловую кислоту полимер имеет среднюю молекулярную массу 150 кДа или больше.
12. Медицинское устройство по любому из пп. 9-11, в котором второй покровный слой, третий покровный слой или оба из них дополнительно включают по меньшей мере одну группу с фотохимической реакционной способностью, где указанная группа представляет собой фотореактивную группу на основе арилкетона.
13. Медицинское устройство по п.12, в котором группа с фотохимической реакционной способностью представляет собой боковую группу синтетического полимера второго покровного слоя, содержащего кислотные группы полимера третьего покровного слоя, или их обоих.
14. Медицинское устройство по п. 12 или 13, включающее две или более групп с фотохимической реакционной способностью, присутствующих на сшивающем соединении.
15. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором олигомеризованный полифенол включает неорганический ион металла, который сшивает полифенолы.
16. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором покрытие сформировано на внутренней поверхности устройства.
17. Медицинское устройство по любому из предшествующих пунктов, где медицинское устройство включает катетер.
18. Способ нанесения покрытия на медицинское устройство, включающий стадии, в которых:
наносят первую покровную композицию, содержащую полифенол, на поверхность медицинского устройства с образованием первого слоя, причем первый слой содержит олигомеризованный полифенол; и
наносят вторую покровную композицию на первый слой, причем вторая покровная композиция содержит синтетический полимер, выбранный из винилпирролидонсодержащего полимера, поли-N-изопропилакриламида, поли-N-винилкапролактама, полиэтиленоксида, поливинилового спирта, гидроксиэтилцеллюлозы или синтетического полимера, имеющего множество гидроксильных групп,
причем синтетический полимер связывается с олигомеризованным полифенолом водородными связями.
19. Способ по п.18, которым формируют покрытое медицинское устройство по любому из пп. 1-17.
20. Медицинское устройство, включающее гемостатическое покрытие, содержащее олигомеризованный полифенол, причем устройство выполнено так, что олигомеризованный полифенол приходит в контакт с жидкостью организма, где медицинское устройство выбрано из группы, включающей сосудистые имплантаты и трансплантаты, раневые повязоки и устройства для лечения ран, гемостатические барьеры, окклюзирующие устройства, сетчатые трансплантаты для герниопластики, заплатки и заплатки для маточного кровотечения.
21. Способ стимулирования свертывания в заданном местоположении в организме или на нем, включающий размещение медицинского устройства по п. 20 в заданном местоположении или на нем в организме, причем покрытие контактирует с жидкостью организма и стимулирует свертывание в заданном местоположении.
22. Способ по п.21, в котором покрытие стимулирует абсорбцию фибриногена.
23. Изделие, выбранное из изделия для диагностического тестирования in vitro или работы с клеточной культурой, где изделие включает покрытие, содержащее олигомеризованный полифенол.
24. Изделие по п.23, которое представляет собой ELISA-планшет, микрофлюидное устройство или диагностическое предметное стекло.
25. Изделие по п. 23 или 24, в котором покрытие, содержащее олигомеризованный полифенол, пассивировано синтетическим полимером, выбранным из винилпирролидонсодержащего полимера, поли-N-изопропилакриламида, поли-N-винилкапролактама, полиэтиленоксида, поливинилового спирта, гидроксиэтилцеллюлозы или синтетического полимера, имеющего множество гидроксильных групп, причем синтетический полимер соединяется с олигомеризованным полифенолом водородными связями.
26. Способ стимулирования адсорбции биологической макромолекулы на поверхности изделия в диагностическом тестировании in vitro или при работе с клеточной культурой, включающий стадии, в которых изделие, которое включает содержащее олигомеризованный полифенол покрытие, приводят в контакт с композицией, содержащей биологическую макромолекулу, причем покрытие стимулирует адсорбцию биологической макромолекулы на олигомеризованном полифеноле в результате образования водородных связей, где биологическая макромолекула представляет собой пептид, белок, нуклеиновую кислоту или полисахарид.
27. Способ по п.26, в котором белок представляет собой антитело или фрагмент антитела, или аналит, который представляет собой пептид или белок
28. Способ по п.27, причем способ представляет собой ELISA.
29. Медицинское устройство, включающее внутреннюю поверхность, содержащую покрытие, причем покрытие содержит олигомеризованный полифенол.
30. Медицинское устройство по п.29, где медицинское устройство представляет собой катетер, на котором сформировано покрытие на внутренней окружной поверхности.
31. Способ снижения или предотвращения налипания бактерий на внутренней поверхности медицинского устройства по п.29 или 30, которое имплантируют пациенту, включающий нанесение покрытия, содержащего олигомеризованный полифенол.
