Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, способ ее получения и применение
Изобретение относится к биологическому материалу для экстренного гемостаза. Предложена суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, представляющая собой пористую губку с трехмерной сетью с хитозаном в качестве ее скелета, суперабсорбирующим полимером в качестве ее разветвленной цепи и макромолекулой или полимером с гибкой структурой в качестве ее сшивающего агента. Предложен также способ получения и применение указанной губки. Технический результат – предложенная губка имеет пористую структуру, обладающую характеристикой суперабсорбента, и сохраняет целостность и определенную механическую прочность после абсорбции воды, обладает великолепным гемостатическим эффектом, хорошей безопасностью, не выделяет тепла и не оставляет остатков. Губку можно применять при экстренном гемостазе большого артериовенозного кровотечения. Однореакторный способ получения предложенной губки удобен для крупномасштабного производства. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 7 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к биологическому материалу для экстренного гемостаза и, в частности, к суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губке для экстренного гемостаза.
Предпосылки создания изобретения
Гемостаз является важной частью экстренной медицинской помощи, особенно на войне и при ранениях, полученных на войне и в чрезвычайных ситуациях, при этом особенно важно, чтобы гемостаз производился быстро и эффективно. В отличие от общепринятых гемостатических агентов, используемых в клинической практике в обычное время, экстренные гемостатические агенты применяют в более сжатые сроки, причем в большинстве случаев операторы не являются профессиональными спасателями, поэтому к гемостатическим агентам предъявляются повышенные требования, связанные с портативностью, простотой использования и даже хранением. В таком случае идеальный экстренный гемостатический агент одновременно отвечает следующим условиям: 1. быстрый гемостатический эффект на аорту и вену может быть достигнут в течение 2 мин; 2. простота в использовании в любое время и в любом месте, без необходимости смешивания или другого специального приготовления перед использованием; 3. простота применения, подходящего для полученного на войне ранения, без необходимости в специальном обучении, травматологах и бригаде скорой помощи для самоспасения и взаимного спасения в чрезвычайных ситуациях; 4. портативность и прочность с длительным сроком хранения; 5. хранение в течение более 2 лет при комнатной температуре и несколько недель или дольше в некоторых определенных условиях (-10-55°C); 6. безопасность использования, без вызывания токсичности для ткани или клеток, вторичного повреждения локальной ткани, эмболии сосудов дистального органа, или бактериальной или вирусной инфекции; 7. удобство для массового производства с низкой себестоимостью. [E.M. Acheson, B.S. Kheirabadi, R. Deguzman, E.J. Jr Dick, J.B. Holcomb. J. Trauma. 2005,59(4),865-74.]
В настоящее время гемостатические материалы, представленные на рынке, в основном включают фибриновый клей, коллаген (например, желатиновую губку), мульти-микропористые неорганические материалы (например, цеолит), крахмал (например, Trauma DEX), карбоксиметилцеллюлозу (например, растворимую кровоостанавливающую марлю), α-цианоакрилатный клей для тканей и т.п., которые обладают удовлетворительным гемостатическим эффектом в стационаре, но при этом имеют очевидные недостатки при самоспасении и взаимном спасении. Например, фибриновый клей получают из крови, что требует высоких затрат и может способствовать легкому распространению болезней; коллаген основан исключительно на активации тромбоцитов крови для остановки кровотечения, имеет ограниченный гемостатический эффект, а также низкую механическую прочность и адгезию к тканям; пористый цеолит и Trauma DEX выделяют много тепловой энергии при поглощении воды из крови, вызывая ожоги ткани; растворимая марля из карбоксиметилцеллюлозы не разлагается на поверхности раны и обладает ограниченной гемостатической способностью.
Хитозан представляет собой природный поликатионный полисахарид, полученный из хитина путем деацетилирования. Он обладает многими функциями, такими как коагуляция, бактериостаз, стимуляция заживления ран и ингибирование образования рубцов. В качестве мультифункционального материала с хорошей биологической совместимостью, не имеющего иммуногенности и не вызывающего раздражения, он признан как GRAS (в целом признан как безопасный, Generally recognized as safe) вещество Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) Соединенных Штатов в 2001 году. Быстрый гемостатический агент на основе хитозана относится к сериям новых гемостатических материалов, обладающих мульти-эффектами, полученных путем физической и химической модификации хитозана и его производных, и составления с другими функциональными материалами для улучшения его гемостатического эффекта. В последние годы быстрый гемостатический агент с хитозаном и его производными в качестве основных гемостатических материалов все шире применяется в области гемостаза, однако имеет некоторые недостатки. Например, гемостатическая губка HemCon (HC) на основе хитозана, производимая HemCon Corporation в США, может значительно увеличить показатель выживаемости у животных с повреждением печени v-степени и снизить кровопотерю, однако в модели повреждения бедренной артерии HC не обеспечивает длительный и полный гемостаз, как ожидалось; гемостатический порошок Celox, изготовленный в основном из Celox, гранулированной смеси, экстрагированной из панцирей креветок, содержащих хитозан, имеет значительный гемостатический эффект, хотя гранулированное вещество будет прилипать к поверхности раны, что может осложнить последующую обработку раны.
Исследования последних лет показали, что абсорбция воды и концентрирование могут быстро инициировать коагуляцию крови и значительно способствовать процессу коагуляции крови. Как только вода в крови абсорбируется материалами, концентрация эритроцитов, тромбоцитов, факторов свертывания крови и других факторов повышается, способствуя коагуляции крови. Например, гемостатические гранулы цеолита абсорбируют воду в крови в поры материалов за счет действия молекулярного сита, таким образом, чтобы достичь коагуляции крови. Кроме того, комбинация адсорбции заряда хитозана с молекулярными ситами макромолекул, богатых карбоксильными группами, таких как полиакриловая кислота, также является новым способом для разработки новых гемостатических материалов. Гемостатический порошок на основе полиакрилата натрия (ZL 03153260.8) и полиакриловая кислота, привитая карбоксиметилцеллюлозой (ZL 200410096825.4), полученные Dou Guifang в Китае, могут обеспечить коагуляцию крови путем абсорбции воды в крови и концентрирования крови с помощью суперабсорбирующего полимерного материала. Гемостатическая губка, полученная Guo Ximin, также показала хороший гемостатический эффект при составлении хитозана, привитого полиакрилатом натрия, желатина и хитозана (ZL 201110044474.2). В силу ограничения такими факторами, как процесс и лекарственная форма, авторы изобретения не смогли достигнуть идеального гемостатического эффекта, хотя значительный эффект коагуляции, обусловленный простой абсорбцией воды и концентрированием, показан в изобретениях. Что касается материалов, предложенных в патенте ZL 03153260.8 и патенте ZL 200410096825.4, поскольку молекулы суперабсорбента на основе полиакрилата и полиакриламида натрия не являются биологически разлагаемыми, полученный порошок легко смывается кровотоком и быстро пропитывается при подвергании артериальной или венозной травме с быстрым кровотечением, и имеет ограниченный гемостатический эффект, а также трудности, связанные с очисткой после применения; суперабсорбент на основе хитозана, привитого полиакрилатом натрия, в материале, предложенном в патенте ZL 201110044474.2, служит только в качестве одного компонента материала, общий эффект материала в отношении абсорбции воды является ограниченным. Молекулы суперабсорбента, модифицированного полимером, описанные в патентах, указанных выше, не могут решить проблему, связанную с лекарственной формой, их типичной формой является порошок или легированный порошок, что не только ограничивает функцию материала в целом, но также вызывает проблемы, связанные с очисткой и остатком in vivo.
Краткое описание изобретения
С учетом недостатков продуктов для экстренного гемостаза, существующих на рынке, в изобретении разработана гемостатическая губка на основе хитозана с гибкой молекулярной сшивкой и молекулярной модификацией суперабсорбирующего полимера - суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка. Губка может быть получена с помощью однореакторного способа, который является удобным для производства в крупном масштабе, и материал обладает хорошей целостностью и гибкостью, который может удерживать воду посредством химических связей после абсорбции воды и при этом сохранять целостность под давлением. Согласно материалу, за счет способности быстрой и высокой абсорбции воды на поверхности материала и поврежденной части кровеносных сосудов могут быстро формироваться стабильные сгустки крови, что позволяет достичь быстрого гемостаза.
Для достижения указанной цели настоящее изобретение обеспечивает следующие технические решения:
Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка представляет собой пористую губку с трехмерной сетью с хитозаном в качестве ее скелета, суперабсорбирующим полимером в качестве ее разветвленной цепи, и макромолекулой или полимером с гибкой структурой в качестве ее сшивающего агента; при этом суперабсорбирующий полимер представляет собой полиакрилат натрия, полиакриламид, метилметакрилат и/или поливиниловый спирт, и сшивающий агент представляет собой один или несколько из N'N-диметилакриламида, полиэтиленгликоля с концевым метакриловым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым акриловым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым малеиновым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым итаконовым ангидридом, формальдегида и глутаральдегида.
Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, описанная выше, предпочтительно содержит хитозан в количестве 1~10% от общей массы губки; суперабсорбирующий полимер в количестве 85~98% от общей массы губки; и сшивающий агент в количестве 0,5~5% от общей массы губки.
Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, описанная выше, предпочтительно дополнительно включает пластификатор, эмульгатор и/или антиоксидант.
Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, описанная выше, предпочтительно содержит пластификатор, выбранный из пропиленгликоля, глицерина, сорбита, span, tween, полиэтиленгликоля и/или натриевой соли жирной кислоты.
С другой стороны, изобретение обеспечивает способ получения суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки, который включает: смешивание хитозана, суперабсорбирующего полимерного мономера, сшивающего агента, персульфата аммония и порообразующего агента с получением пористой губки посредством реакции свободнорадикальной полимеризации; при этом
суперабсорбирующий полимерный мономер представляет собой полиакрилат натрия, полиакриламид, полиметилметакрилат и/или поливиниловый спирт;
сшивающий агент представляет собой один или несколько из N'N-диметилакриламида, полиэтиленгликоля с концевым метакриловым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым акриловым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым малеиновым ангидридом, полиэтиленгликоля с итаконовым ангидридом, формальдегида и глутаральдегида;
порообразующий агент представляет собой Na2CO3 или NaHCO3;
массовое соотношение хитозана, суперабсорбирующего полимера, сшивающего агента, персульфата аммония и порообразующего агента составляет 1:(100~300):(0.5~5):(0.5~5): (10~20).
В способе получения, описанном выше, предпочтительно хитозан представляет собой один или несколько из хитозана с концевым метакриловым ангидридом, который модифицирован метакриловым ангидридом, хитозана с концевым акриловым ангидридом, который модифицирован акриловым ангидридом, хитозана с концевым малеиновым ангидридом, который модифицирован малеиновым ангидридом, хитозана с концевым метакриловым ангидридом, который модифицирован метакриловым ангидридом, и хитозана с концевым итаконовым ангидридом, который модифицирован итаконовым ангидридом.
Способ получения, описанный выше, предпочтительно включает следующие стадии: добавление сшивающего агента и раствора хитозана с концентрацией 1%-30% (г/мл) в водный раствор суперабсорбирующего полимерного мономера с концентрацией 70-99 об.% при комнатной температуре, перемешивание, затем добавление персульфата аммония, после перемешивания добавление порообразующего агента с концентрацией 1-20% (г/мл), перемешивание и реагирование при 50-100°С в течение 30-60 минут с получением пористой губки.
В способе получения, описанном выше, предпочтительно в пористую губку добавляют пластификатор, при этом пластификатор представляет собой глицерин с концентрацией 1-10 масс.%, пропиленгликоль с концентрацией 1-5 масс.% или сорбит с концентрацией 1-5 масс.%.
В способе получения, описанном выше, предпочтительно в пенообразующую реакционную систему добавляют эмульгатор, при этом эмульгатор представляет собой span с концентрацией 1-10 масс.%, tween с концентрацией 1-10 масс.% или раствор SDS с концентрацией 1-10 масс.%.
В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает суперабсорбирующую полимерную гидрогелевую ксерогелевую губку, полученную способом, описанным выше.
В еще другом аспекте данное изобретение обеспечивает применение суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки в качестве гемостатической губки для экстренного гемостаза, перевязки гемостаза и тампонирования раны.
Предлагается суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка и способ ее получения, при этом предпочтительно полиэтиленгликоль выбран из PEG-400, PEG-600, PEG-1500, PEG-4000, PEG-6000 и PEG-20000.
Гемостатическая губка, обеспеченная настоящим изобретением, представляет собой пористую губку с трехмерной сетью, образованную хитозаном в качестве скелета, суперабсорбирующим полимером в качестве разветвленной цепи, макромолекулой или полимером с гибкой структурой в качестве сшивающего агента, Na2CO3 или NaHCO3 в качестве порообразующего агента с размером пор 500 нм-20 мкм. Изобретение обладает следующими положительными эффектами:
(1) Гидрогелевая ксерогелевая губка, полученная в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой мгновенный суперабсорбент. Она может мгновенно абсорбировать воду после соприкосновения с ней со скоростью абсорбции, которая в 60-600 раз превышает собственную массу. Через гидроксильные группы, которыми богата губка, указанная губка объединяется с молекулами воды с помощью водородных связей, таким образом, обеспечивая свойство внутримолекулярного удерживания воды. Абсорбированная вода не может быть вытеснена внешними силами.
(2) Полиакрилат натрия, привитой хитозаном, в губке обладает супер-гидрофильным эффектом, вызывая набухание материала, чтобы сузить поры и уменьшить скорость потока крови, и высокое концентрирование гемостатических компонентов, таких как тромбоциты, тромбин, фибрин и т.п., в крови при контакте с кровью, тем самым ускоряет и усиливает образование сгустков крови.
(3) Хитозан оказывает эффект агрегации (агглютинации) на эритроциты, имеющие отрицательные заряды, через положительные заряды, приводя тем самым к процессу коагуляции крови. Хитозан может опосредовать адгезию тромбоцитов, при этом образовавшийся композит хитозан/тромбоциты ускоряет полимеризацию фибриновых мономеров и совместно образующихся сгустков. Кроме того, хитозан также может стимулировать адсорбцию тромбоцитов, переводя тромбоциты из статической фазы в функциональную фазу, затем тромбоциты, агрегированные на хитозане, быстро образуют тромбы для закрытия ран и достижения гемостаза. Кроме того, большое количество сывороточных белков может быть абсорбировано хитозаном после его контакта с кровью. Денатурация и активация белков, адсорбированных на поверхности хитозана, может начать экзогенный путь коагуляции. И хитозан обладает эффектами ингибирования фибринолитической активности in vivo и снижения способности макрофагов секретировать активатор плазминогена, таким образом, чтобы уменьшить растворение фибрина и улучшить гемостатический эффект.
(4) Использование полиэтиленгликоля в качестве сшивающего агента может значительно улучшить механические свойства материала, сделать гемостатическую губку мягкой и эластичной, и превратить в желатин после абсорбции воды, чтобы сохранить целостность и механическую прочность, и является удобным для внешнего давления.
(5) Гемостатическая губка может быть плотно прикреплена к поверхности раны, чтобы закрыть поверхность раны и предотвратить попадание бактерий и вредных частиц из окружающей среды на поверхность раны. И гемостатическая губка еще является воздухопроницаемой и проницаемой, и не будет прилипать к тканям раневой поверхности.
(6) Гидрогелевая ксерогелевая губка, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, может быть использована для экстренного гемостаза, особенно для кровотечений, вызванных большими артериальными и венозными повреждениями. Ксерогелевая губка, обеспеченная настоящим изобретением, имеет значительный эффект абсорбции воды и расширения, тем самым являясь доступной для перевязки гемостаза, чтобы остановить кровотечение в ограниченном пространстве, например, носовое кровотечение и пулевое ранение. Также, гемостатическая губка обладает характеристиками адгезии к тканям, так что ее можно использовать для тампонирования ран, таких как разрыв желудка, поджелудочной железы, мочевого пузыря, матки, печени, почек и тому подобное.
(7) Гемостатическая губка по изобретению может быть изготовлена однореакторным способом без процесса разделения и очистки, что экономит затраты, облегчает контроль качества и выгодно для массового производства.
Краткое описание фигур
На фигуре 1 показана структура суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки.
На фигуре 2 показана абсорбция воды суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки.
На фигуре 3 показан гемостатический эффект бедренной артерии у кроликов.
Подробное описание изобретения
Изобретение дополнительно проиллюстрировано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, представленные далее. Следует отметить, что варианты осуществления в данном документе используются только для иллюстрации изобретения, но не для ограничения объема изобретения.
Вариант осуществления 1. Изготовление Образца 1 суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки
Полиэтиленгликоль (PEG), модифицированный метакриловым ангидридом (МАА) в качестве сшивающего агента, и полиакрилат натрия в качестве абсорбирующего воду полимера вступали в реакцию с хитозаном с концевым МАА (MAACTS) с получением хитозана, модифицированного полиакрилатом натрия. Схема синтеза представляет собой следующую:
Стадия 1: К 100 мл раствора хитозана (CTS) с массовой/объемной долей (г/мл), равной 3%, добавляли 3 мл метакрилового ангидрида (МАА). Смесь механически перемешивали в течение 60 мин со скоростью 1200 об/мин с получением хитозана с концевым метакриловым ангидридом (MAACTS).
Стадия 2: К 50 мл хлороформа добавляли 1 г PEG-6000. Смесь перемешивали на магнитной мешалке в течение 3 ч, затем добавляли 1 мл метакрилового ангидрида и перемешивали на магнитной мешалке в течение 6 ч, и затем выпаривали для удаления хлороформа с получением PEG-6000 с концевой метакриловой кислотой в виде белого порошка.
Стадия 3: К 300 мл деионизированной воды в солевой ледяной бане добавляли 100 г NaOH, раствор механически перемешивали. Когда температура раствора NaOH упала до 0°С, добавляли 200 мл раствора акриловой кислоты (АА), при этом температуру раствора поддерживали в пределах 80°С. Затем температура раствора опускалась до комнатной температуры, добавляли раствор, полученный на Стадии 1, и белый порошок, полученный на Стадии 2, и смесь механически перемешивали в течение 4 ч.
Стадия 4: К смеси, полученной на Стадии 3, добавляли 6 г персульфата аммония, смесь механически перемешивали в течение 30 мин, затем добавляли 100 мл 10% NaHCO3 при механическом перемешивании с получением белой эмульсии. Эмульсию вносили в тефлоновое средство для растирания для реакции в течение 120 мин при 80°С с получением белой пористой губки.
Стадия 5: Губку, полученную на Стадии 4, последовательно промывали в 60%, 70% и 80% растворах этанола 4 раза и затем выпаривали для удаления этанола с получением белой эластичной губки. Губку упаковывали, разрезали и облучали кобальтом 60 для стерилизации.
Вариант осуществления 2. Получение Образца 2 суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки
Стадия 1: К 100 мл раствора хитозана с массовой/объемной долей (г/мл), равной 3%, добавляли 3 мл метакрилового ангидрида. Смесь механически перемешивали в течение 60 мин со скоростью 1200 об/мин с получением хитозана с концевым метакриловым ангидридом.
Стадия 2: К 50 мл хлороформа добавляли 1 г PEG-20000. Смесь перемешивали на магнитной мешалке в течение 3 ч, затем добавляли 1 г малеинового ангидрида и перемешивали на магнитной мешалке в течение 6 ч. Затем раствор по каплям добавляли в избыток эфира с получением белого порошка. Порошок сушили под вакуумом в течение 36 ч. Высушенный белый порошок очищали в системе совместного осаждения хлороформ/эфир 4 раза и затем сушили под вакуумом в течение 36 ч с получением PEG-20000 с концевым малеиновым ангидридом в виде белого порошка.
Стадия 3: К 150 мл деионизированной воды в солевой ледяной бане добавляли 50 г NaOH, раствор механически перемешивали. Когда температура раствора NaOH опускалась до 0°С, добавляли 100 мл раствора акриловой кислоты, при этом температуру раствора поддерживали в пределах 80°С. Затем температура раствора опускалась до комнатной температуры, добавляли 50 г акриламида, раствор, полученный на Стадии 1, и белый порошок, полученный на Стадии 2, и смесь механически перемешивали в течение 4 ч.
Стадия 4: К смеси, полученной на Стадии 3, добавляли 6 г персульфата аммония, смесь механически перемешивали в течение 30 мин, затем добавляли 100 мл 10% NaHCO3 при механическом перемешивании с получением белой эмульсии. Эмульсию вносили в тефлоновое средство для растирания для реакции в течение 120 мин при 80°С. Продукт последовательно промывали в 60%, 70% и 80% растворах этанола 4 раза и затем выпаривали для удаления этанола с получением белой пористой губки. Губку упаковывали, разрезали и облучали кобальтом 60 для стерилизации.
Вариант осуществления 3. Получение Образца 3 суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки
Стадия 1: К 100 мл раствора хитозана с массовой/объемной долей (г/мл), равной 3%, добавляли 3 мл метакрилового ангидрида. Смесь механически перемешивали в течение 60 мин со скоростью 1200 об/мин с получением хитозана с концевым метакриловым ангидридом.
Стадия 2: К 50 мл хлороформа добавляли 1 г PEG-20000. Смесь перемешивали на магнитной мешалке в течение 3 ч, затем добавляли 1 г итаконового ангидрида и перемешивали на магнитной мешалке в течение 6 ч. Раствор по каплям добавляли в избыток эфира с получением белого порошка. Порошок сушили под вакуумом в течение 36 ч. Высушенный белый порошок очищали в системе совместного осаждения хлороформ/эфир 4 раза и затем сушили под вакуумом в течение 36 ч с получением PEG-20000 с концевым итаконовым ангидридом в виде белого порошка.
Стадия 3: К 150 мл деионизированной воды в солевой ледяной бане добавляли 50 г NaOH, раствор механически перемешивали. Когда температура раствора NaOH опускалась до 0°С, добавляли 100 мл раствора акриловой кислоты, при этом температуру раствора поддерживали в пределах 80°С. После того, как температура раствора опускалась до комнатной температуры, добавляли 50 г акриламида, 50 мл раствора метилметакрилата, раствор, полученный на Стадии 1, и белый порошок, полученный на Стадии 2, и смесь механически перемешивали в течение 4 ч.
Стадия 4: К смеси, полученной на Стадии 3, добавляли 6 г персульфата аммония, смесь механически перемешивали в течение 30 мин, затем добавляли 100 мл 10% NaHCO3 при механическом перемешивании с получением белой эмульсии. Эмульсию вносили в тефлоновое средство для растирания для реакции в течение 120 мин при 80°С с получением пористой губки.
Стадия 5: Губку, полученную на Стадии 4, последовательно промывали в 60%, 70% и 80% растворах этанола 4 раза и затем выпаривали для удаления этанола с получением белой пористой губки. Губку упаковывали, разрезали и облучали кобальтом 60 для стерилизации.
Вариант осуществления 4. Получение Образца 4 суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки
Стадия 1: К 100 мл раствора хитозана с массовой/объемной долей (г/мл), равной 3%, добавляли 3 мл метакрилового ангидрида. Смесь механически перемешивали в течение 60 мин со скоростью 1200 об/мин с получением хитозана с концевым метакриловым ангидридом.
Стадия 2: К 50 мл хлороформа добавляли 1 г PEG-6000. Смесь перемешивали на магнитной мешалке в течение 3 ч, затем добавляли 1 г итаконового ангидрида и перемешивали на магнитной мешалке в течение 6 ч и затем выпаривали для удаления хлороформа с получением PEG-6000 с концевой метакриловой кислотой в виде белого порошка.
Стадия 3: К 150 мл деионизированной воды в солевой ледяной бане добавляли 50 г NaOH, раствор механически перемешивали. Когда температура раствора NaOH опускалась до 0°С, добавляли 100 мл раствора акриловой кислоты, при этом температуру раствора поддерживали в пределах 80°С. После того, как температура раствора опускалась до комнатной температуры, добавляли 50 г акриламида, 50 мл раствора поливинилового спирта, 50 мл раствора метилметакрилата, раствор, полученный на Стадии 1, и белый порошок, полученный на Стадии 2, и смесь механически перемешивали в течение 4 ч.
Стадия 4: К смеси, полученной на Стадии 3, добавляли 6 г персульфата аммония, смесь механически перемешивали в течение 30 мин, затем добавляли 100 мл 10% NaHCO3 при механическом перемешивании с получением белой эмульсии. Эмульсию вносили в тефлоновое средство для растирания для реакции в течение 120 мин при 80°С с получением пористой губки.
Стадия 5: Губку, полученную на Стадии 4, последовательно промывали в 60%, 70% и 80% растворах этанола 4 раза и затем выпаривали для удаления этанола с получением белой пористой губки. Губку упаковывали, разрезали и облучали кобальтом 60 для стерилизации.
Вариант осуществления 5. Физические и структурные характеристики
Материал экстренной гемостатической губки, полученной в вариантах осуществления 1-4, имеет пористую губчатую структуру (фигура 2А) с пористостью 40-80%, размером пор 100 мкм-2 мм и обширным сообщением между порами. Кровь быстро всасывается в пористую структуру и концентрируется сразу же после контакта губки с кровью. После абсорбции воды стенки пор утолщаются и становятся гелеобразными, просвет сужается и вязкоупругость стенки увеличивается, тем самым буферизуя поток крови. Кроме того, кровь становится высоко концентрированной, быстро образующей сгустки и начинающей свертывание, при этом сформировавшиеся сгустки крови становятся более плотными во время непрерывной абсорбции воды, таким образом, достигается быстрый и эффективный эффект гемостаза.
Образцы суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки, полученные в соответствии с вариантами осуществления 1-4, оценивали с точки зрения их общих структур до и после контакта с кровью, и микроструктуры изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа. Как показано на фигуре 1, образцы, представленные Образцом 1, представляют собой мягкие пористые губки с упругими, гибкими и не имеющими запаха свойствами (фигура 1A). Сообщающаяся пористая структура отображается под электронным микроскопом (фигура 1B). При контакте с кровью (фигура 1C) стенка пор быстро абсорбируют воду и расширяются, сужая каналы вплоть до их закрытия (фигура 1D), и кровь коагулируется в результате быстрого концентрирования (фигура 1E).
Вариант осуществления 6. Характеристика абсорбции воды
Абсорбция воды является важной характеристикой в изобретении. 0,100 г образца точно отмеривали и помещали в мешок из нейлоновой ткани, который затем погружали в дистиллированную воду (pH = 7,0 и температура 25°С) для естественного поглощения воды и набухания при комнатной температуре. Набухающий образец взвешивали после абсорбции воды на поверхности тканевого мешка через 10 секунд, 20 секунд, 30 секунд, 45 секунд, 1 минуты, 2 минут, 4 минут и 8 минут, 16 минут и 32 минут, соответственно. Скорость абсорбции воды в каждый момент времени рассчитывали для построения кривой зависимости абсорбции воды от времени.
Формула для расчета скорости абсорбции воды Q является следующей: Q= (m2-m1)/m1, где Q обозначает скорость абсорбции воды (солевого раствора), г/г; m1 обозначает массу образца до впитывания, г; m2 обозначает массу образца после впитывания, г.ско
Результаты, показанные на фигуре 2, показывают, что образцы 1-4 проявляют сходную абсорбцию воды, достигают максимальной скорости абсорбции воды, которая примерно в 165 раз превышает собственную массу и максимальную скорость абсорбции солевого раствора, которая примерно в 72 раза превышает собственную массу, в пределах 3 минут.
Вариант осуществления 7. Способность к свертыванию in vitro
Экстренную гемостатическую губку, изготовленную в Варианте осуществления 1, использовали для теста на коагуляцию in vitro. В качестве контрольной группы использовали коллагеновое гемостатическое волокно (Avitene) для сравнения с материалом, предусмотренным изобретением. Образцы крови собирали от здоровых доноров (n = 3). Экспериментальный процесс и результаты представлены далее:
Результаты in-vitro теста на коагуляцию представляют собой следующие:
Свертывающую способность in-vitro экстренной гемостатической губки определяли с помощью эластомера (hemate elastometer, TEG) (как показано в Таблице 1). Результаты эксперимента показывают, что по сравнению с группой отрицательного контроля, R-время и K-время образцов в каждой группе значительно снизилось (р<0,05), в то время как значения угла deg и MA значительно увеличились; по сравнению с группой положительного контроля не было выявлено существенных различий в R-времени, K-времени, угле deg и MA (p> 0,05). Это указывает на то, что экспериментальные материалы в каждой группе обладают такой же активностью, что и коллагеновые волокна (Avitene) в качестве контрольной группы, чтобы инициировать эндогенный механизм коагуляции крови.
Таблица 1 Анализ TEG
| Материалы | R c (мин) | К d (мин) | Угол deg е | МА (мм) f |
| Группа отрицательного контроля а | 7,63 ± 0,45 | 3,80 ± 0,22 | 51,47 ± 1,52 | 52,20 ± 2,41 |
| Группа положительного контроля b | 3,41 ± 0,24 | 2,63 ± 0,33 | 57,33 ± 0,71 | 54,51 ± 2,41 |
| Образец 1 | 3,56 ± 0,25 | 2,23 ± 0,28 | 60,50 ± 0,65 | 59,70 ± 1,45 |
| Образец 2 | 3,35 ± 0,32 | 2,22 ± 0,19 | 59,46 ± 0,48 | 58,37 ± 2,26 |
| Образец 3 | 3,64 ± 0,54 | 2,43 ± 0,22 | 58,47 ± 0,57 | 57,64 ± 2,19 |
| Образец 4 | 3,55 ± 0,19 | 2,59 ± 0,31 | 56,78 ± 0,39 | 59,34 ± 1,98 |
a В группу отрицательного контроля не добавляли гемостатический материал, и кровь естественным образом коагулировалась.
b Группой положительного контроля является коллагеновая губка (Avitene), сильный триггер для эндогенной коагуляции.
c R: время, которое может потребоваться для активации тромбина, а именно, время, через которое сгустки крови появляются в крови.
d K: время, необходимое для образования стабильного сгустка.
e Угол deg: измерение скорости создания фибриновой сети, тем самым оценивали скорость образования сгустка.
f МА: прочность фибринового сгустка крови.
Вариант осуществления 8. Тест гемостаза бедренной артерии кроликов
Здоровых самцов кроликов весом 2,5-3,1 кг анестезировали 1% пентобарбитала натрия в маргинальную вену уха. Кожу паховой области правой задней ноги брили, кожу и подкожную ткань разрезали, отделяли бедренную артерию в 2 см из паха, и затем прокалывали через стенку контрлатерального кровеносного сосуда иглой 16G. Затем артериальный зажим снимали для естественного кровотечения в течение 5 секунд. С помощью марли стирали кровь и затем немедленно останавливали кровотечение. Обычную марлю в 32 слоя использовали в качестве отрицательного контроля, и QuikClot Combat Gauze (Z-Medica, U.S., Army Equipment Force) использовали в качестве положительного контроля. Каждая группа состояла из 10 животных. Локальное давление прилагали в течение 1 минуты для наблюдения за тем, остановилось ли кровотечение. Если не было кровотечения через пять минут, материал аккуратно удаляли, после чего наблюдали, имеется ли кровотечение. Результаты показаны в Таблице 2.
В ходе гемостаза группа отрицательного контроля не показала эффективного гемостаза и все животные погибли. В группе QuikClot Combat Gauze 7 животных по-прежнему имели кровотечение в разной степени после снятия давления, только у 3 животных кровотечение отсутствовало, хотя у всех оно возобновилось через 5 минут после удаления материала. Абсорбирующая воду полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка по четырем формулам, обеспеченная изобретением, достигла гемостатического эффекта в гемостазе бедренной артерии кролика во всех случаях (фигура 3). Все животные в экспериментальных группах не имели кровотечения в течение 5 минут после снятия давления. Гемостатическая губка плотно прилегала к раневой ткани после удаления с поверхности раны, демонстрируя превосходное закрытие раны. После удаления раневая поверхность была чистой, без вторичного кровотечения и остатков кровяного сгустка. Кровопотеря у животных была намного меньше, чем у контрольной группы (р<0,01).
| Таблица 2 Гемостаз бедренной артерии у кроликов | |||||
| Выполнение | |||||
| Материалы | Количество животных | Время давл. |
Успешный гемостаз d | Вторичное кровотечениее | Кровопотеря (г) |
| Контроль1 а | 10 | 1 | 0/10 | Нет данных | Нет данных |
| Контроль 2 b | 10 | 1 | 5/10 | 3/10 | 4,67 ± 0,31 |
| Контроль2 с | 10 | 1 | 7/10 | 2/10 | 0,39 ± 0,57 |
| Образец 1 | 10 | 1 | 10/10 | 0/10 | 2,35 ± 0,21 |
| Образец 2 | 10 | 1 | 10/10 | 0/10 | 3,24 ± 0,35 |
| Образец 3 | 10 | 1 | 10/10 | 0/10 | 2,69 ± 0,19 |
| Образец 4 | 10 | 1 | 10/10 | 0/10 | 2,89 ± 0,36 |
а Контроль 1 представляет собой простую марлю в 32 слоя
b Контроль 2 - QuikClot Combat Gauze
с Контроль 3 - Celox
d Отсутствие кровотечения после снятия давления считается успешным гемостазом
e Отсутствие кровотечения после снятия давления, но наличие кровотечения в следующие 5 минут считается вторичным кровотечением.
1. Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, которая представляет собой пористую губку с трехмерной сетью с хитозаном в качестве ее скелета, суперабсорбирующим полимером в качестве ее разветвленной цепи и макромолекулой или полимером с гибкой структурой в качестве сшивающего агента; при этом суперабсорбирующий полимер представляет собой полиакрилат натрия, полиакриламид, полиметилметакрилат и/или поливиниловый спирт, и сшивающий агент представляет собой один или несколько из полиэтиленгликоля с концевым метакриловым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым акриловым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым малеиновым ангидридом, полиэтиленгликоля с концевым итаконовым ангидридом, при этом хитозан представляет собой один или несколько из хитозана с концевым метакриловым ангидридом, который модифицирован метакриловым ангидридом, хитозана с концевым акриловым ангидридом, который модифицирован акриловым ангидридом, хитозана с концевым малеиновым ангидридом, который модифицирован малеиновым ангидридом, и хитозана с концевым итаконовым ангидридом, который модифицирован итаконовым ангидридом.
2. Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка по п. 1, отличающаяся тем, что хитозан составляет 1-10% от общей массы губки; суперабсорбирующий полимер составляет 85-98% от общей массы губки; сшивающий агент составляет 0,5-5% от общей массы губки.
3. Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка по п. 1, отличающаяся тем, что губка, кроме того, включает пластификатор, эмульгатор и/или антиоксидант.
4. Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка по п. 3, отличающаяся тем, что пластификатор выбран из пропиленгликоля, глицерина, сорбита, span, tween, полиэтиленгликоля и/или натриевой соли жирной кислоты.
5. Способ получения суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки, при этом способ включает: смешивание хитозана, суперабсорбирующего полимерного мономера, сшивающего агента, персульфата аммония и порообразующего агента и затем получение пористой губки посредством реакции свободнорадикальной полимеризации; при этом
мономер суперабсорбирующего полимера представляет собой акрилат натрия, акриламид, метилметакрилат и/или виниловый спирт;
сшивающий агент представляет собой один или несколько из полиэтиленгликоля с концевым метакриловым ангидридом, полиэтиленгликоль с концевым акриловым ангидридом, полиэтиленгликоль с концевым малеиновым ангидридом, полиэтиленгликоль с концевым итаконовым ангидридом;
порообразующий агент представляет собой Na2CO3 или NaHCO3;
массовое соотношение хитозана, суперабсорбирующего полимера, сшивающего агента, персульфата аммония и порообразующего агента составляет 1:(100-300):(0,5-5):(0,5-5): (10-20),
хитозан представляет собой один или несколько из хитозана с концевым метакриловым ангидридом, который модифицирован метакриловым ангидридом, хитозана с концевым акриловым ангидридом, который модифицирован акриловым ангидридом, хитозана с концевым малеиновым ангидридом, который модифицирован малеиновым ангидридом, и хитозана с концевым итаконовым ангидридом, который модифицирован итаконовым ангидридом.
6. Способ получения по п. 5, отличающийся тем, что указанный способ содержит следующие стадии: добавление сшивающего агента и раствора хитозана с концентрацией 1-30% (г/мл) в водный раствор суперабсорбирующего полимерного мономера с концентрацией (70-99) об.% при комнатной температуре, перемешивание, а затем добавление персульфата аммония, после перемешивания добавление порообразующего агента с концентрацией 1-20% (г/мл), перемешивание и реагирование при 50~100°С в течение 30-60 минут с получением пористой губки.
7. Суперабсорбирующая полимерная гидрогелевая ксерогелевая губка, отличающаяся тем, что губка получена с помощью любого из способов по п. 5 или 6.
8. Применение суперабсорбирующей полимерной гидрогелевой ксерогелевой губки по любому из пп. 1-4 или 7 в качестве гемостатической губки при экстренном гемостазе, перевязке для гемостаза и тампонировании гемостаза.
