RU2519219C1 - Biological chitosan coated pericardial valve prosthesis and method for making it - Google Patents
Biological chitosan coated pericardial valve prosthesis and method for making it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519219C1 RU2519219C1 RU2012156376/15A RU2012156376A RU2519219C1 RU 2519219 C1 RU2519219 C1 RU 2519219C1 RU 2012156376/15 A RU2012156376/15 A RU 2012156376/15A RU 2012156376 A RU2012156376 A RU 2012156376A RU 2519219 C1 RU2519219 C1 RU 2519219C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chitosan
- pericardium
- heart valve
- solution
- coating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к медицине, а именно к производству протезов клапанов сердца для сердечно-сосудистой хирургии.The invention relates to medicine, namely to the production of prosthetic heart valves for cardiovascular surgery.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Современные механические протезы клапанов сердца имеют значительный срок службы, но требуют пожизненного применения антикоагулянтов - препаратов, разжижающих кровь, например варфарина, а также ежемесячного контроля свертывающей системы крови. Антикоагулянты предназначены для профилактики образования тромбов в полостях сердца. Биологические протезы клапанов сердца, напротив, не требуют применения антикоагулянтов, поскольку их створки сформированы из перикарда животных, в основном свиньи или теленка, родственного по своему составу заменяемому клапану человека, включая родственность физико-химических свойств поверхности. Биологические протезы клапанов сердца имеют гемодинамические свойства, сходные с показателями нормальных клапанов человека, в результате чего отмечается гораздо меньшее повреждение эритроцитов и меньший риск тромбообразования. Перикард животных перед использованием в качестве материала для биопротеза клапана сердца обрабатывают раствором глутарового альдегида с целью его химической стабилизации и устранения видоспецифичности, способной приводить к иммунному ответу организма человека.Modern mechanical heart valve prostheses have a significant service life, but require lifelong use of anticoagulants - blood thinners, such as warfarin, as well as monthly monitoring of the blood coagulation system. Anticoagulants are designed to prevent the formation of blood clots in the cavities of the heart. Biological prostheses of heart valves, on the contrary, do not require the use of anticoagulants, because their valves are formed from the pericardium of animals, mainly a pig or calf, related in composition to the human valve being replaced, including the related physical and chemical properties of the surface. Biological prostheses of heart valves have hemodynamic properties similar to those of normal human valves, resulting in much less damage to red blood cells and a lower risk of thrombosis. The animal pericardium is treated with a solution of glutaraldehyde as a material for bioprosthesis of a heart valve in order to chemically stabilize it and eliminate species-specificity, which can lead to an immune response of the human body.
Известен способ получения перикарда для биологических протезов клапанов сердца (Патент РФ №2120212), включающий обработку в растворе 0,625% глутарового альдегида и поверхностно-активного вещества (ПАВ). В качестве ПАВ используют, например, 1% раствор додецилсульфата натрия. Недостатками данного способа являются невысокие характеристики получаемого в результате химической обработки перикарда биологического протеза клапана сердца в плане биосовместимости и достижимого срока службы, поскольку в перикарде остается заметное количество непрореагировавших альдегидных групп, что может провоцировать цитотоксичность биологического протеза клапана сердца, и вызывать его кальцификацию. Действительно, известно, что наличие свободных остаточных альдегидных групп, контактирующих с элементами крови, является основным фактором отложения фосфатов кальция на поверхности биологического протеза клапана сердца, что приводит к выходу клапана из строя.A known method of producing a pericardium for biological prostheses of heart valves (RF Patent No. 2120212), comprising processing in a solution of 0.625% glutaraldehyde and a surfactant. As a surfactant, for example, 1% sodium dodecyl sulfate solution is used. The disadvantages of this method are the low characteristics of the biological valve prosthesis obtained as a result of chemical processing of the pericardium in terms of biocompatibility and attainable service life, since a significant amount of unreacted aldehyde groups remains in the pericardium, which can provoke the cytotoxicity of the biological prosthesis of the heart valve and cause its calcification. Indeed, it is known that the presence of free residual aldehyde groups in contact with blood elements is the main factor in the deposition of calcium phosphates on the surface of the biological prosthesis of the heart valve, which leads to failure of the valve.
Известно изобретение, позволяющее снизить интенсивность развития кальцификации биологического протеза клапана сердца для повышения срока его функционирования в организме (Патент РФ №2372945). Это достигается путем его предварительной обработки гексаном для очистки поверхности, затем смесью реактивов на основе полиэтилгидридсилоксана (пленкообразующий компонент) и триацетоксисилана (добавляется в качестве отвердителя). Недостатками данного способа обработки перикарда являются: 1) потенциальная возможность недостаточной полноты конверсии реагентов, способных привести к цитотоксичности и иммунному ответу, 2) потенциальная возможность неравномерности сшивки перикарда, 3) проблема контроля толщины покрытия (излишне толстое и жесткое покрытие может ухудшить механико-эластичные свойства получаемого биологического протеза клапана сердца и его гемодинамические характеристики), 4) использование реактивов неприродного происхождения, что может провоцировать цитотоксичность.Known invention, which allows to reduce the intensity of the development of calcification of the biological prosthesis of the heart valve to increase the duration of its functioning in the body (RF Patent No. 2372945). This is achieved by pretreating it with hexane to clean the surface, then with a mixture of reagents based on polyethylsiloxane (film-forming component) and triacetoxysilane (added as a hardener). The disadvantages of this method of processing the pericardium are: 1) the potential for insufficient conversion of the reagents that can lead to cytotoxicity and an immune response, 2) the potential for uneven crosslinking of the pericardium, 3) the problem of controlling the thickness of the coating (an excessively thick and hard coating can worsen the mechanical-elastic properties obtained biological prosthesis of the heart valve and its hemodynamic characteristics), 4) the use of reagents of non-natural origin, which can provoke cytotoxicity.
Задача создания покрытия для обеспечения биосовместимости поверхности перикарда и предотвращения его кальцификации должна быть решена использованием соединений, по своей химической природе близких нативным, покрытие из которых не нарушало бы основных преимуществ биологических протезов клапанов сердца, а также обладало малой толщиной и оптимальными механическими характеристиками.The task of creating a coating to ensure biocompatibility of the surface of the pericardium and to prevent its calcification should be solved using compounds that are similar in nature to the native ones, the coating of which would not violate the main advantages of biological prostheses of heart valves, and also had a small thickness and optimal mechanical characteristics.
Известен патент, касающийся антикальцификационной обработки биологического протеза клапана сердца (Патент США №7422607), в котором предложена совокупность способов предобработки перикарда, включая предобработку диальдегидами с силоксановыми или перфторуглеродными группами, в том числе в сочетании с аминогруппами в составе молекул, в том числе нанесением из растворов, эмульсий или суспензий в сверхкритической двуокиси углерода. Утверждается, что данные способы позволяют уменьшить кальцификацию биологического протеза клапана сердца и устранить видоспецифичность биологического протеза клапана сердца. Однако поскольку данные способы основаны на использовании диальдегидов, подобных глутаровому, то проблема остаточных непрореагировавших альдегидных групп в перикарде остается нерешенной в рамках раскрытых в патенте способов, что может аналогичным образом провоцировать кальцификацию биологического протеза клапана сердца. Кроме того, использование материалов неприродного происхождения снижает биосовместимость и повышает цитотоксичность биологического протеза клапана сердца.A patent is known for the anti-calcification treatment of a biological prosthetic heart valve (US Patent No. 7,422,607), which proposes a set of methods for pretreatment of the pericardium, including pretreatment with dialdehydes with siloxane or perfluorocarbon groups, including in combination with amino groups in the composition of the molecules, including the application of solutions, emulsions or suspensions in supercritical carbon dioxide. It is argued that these methods can reduce the calcification of the biological prosthesis of the heart valve and eliminate the species-specificity of the biological prosthesis of the heart valve. However, since these methods are based on the use of dialdehydes similar to glutaral, the problem of residual unreacted aldehyde groups in the pericardium remains unsolved in the framework of the methods disclosed in the patent, which can likewise provoke calcification of the biological prosthesis of the heart valve. In addition, the use of materials of non-natural origin reduces biocompatibility and increases the cytotoxicity of the biological prosthesis of the heart valve.
Известен способ химической обработки перикарда биологического протеза клапана сердца (Патент РФ №2384348). Данный способ включает химическую стабилизацию перикарда раствором глутарового альдегида с последующей обработкой 1% раствором додецилсульфата натрия, при этом химически стабилизированный перикард дополнительно обрабатывают 0,05÷0,25% водным раствором хитозана или металлсодержащего хитозана при pH 3-5. Снижение интенсивности процессов кальцификации на перикарде биологического протеза клапана сердца при данном способе обработки обусловлено нанесением прямым методом хитозановых макромолекул на поверхность перикарда, в результате которого происходит маскирование свободных остаточных альдегидных групп ковалентным связыванием с аминогруппами хитозановых макромолекул. Исследования влияния покрытия хитозаном биологических протезов клапанов сердца на процессы кальцификации представлены в источниках [Gamzazade A, Electron microscopy of the coating morphology of pericardium tissue with chitosan ionogen derivatives / Gamzazade A, Bakuleva N, Belavtseva E, Gallyamov M. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. - 2009. - V.73. - P.468-470; Chanda J, Anticalcification treatment of pericardial prostheses / Chanda J. // Biomaterials - 1994. - V.15. - P.465-469; Nogueira G, Bovine pericardium coated with biopolymeric films as an alternative to prevent calcification: in vitro calcification and cytotoxicity results / Nogueira G, Rodas A, Weska R, Aimoli C, Higa O, Maizato M, Leiner A, Pitombo R, Polakiewicz B, Beppu M. // Mater. Sci. Eng. C. - 2010. - V.30. - P.575-582; Polak R, Inhibition of calcification of bovine pericardium after treatment with biopolymers, E-beam irradiation and in vitro endothelization / Polak R, Rodas A, Chicoma D, Reinaldo G, Beppu M, Higa O, Pitombo R. // Mater. Sci. Eng. C. - 2012. - V.30. - P.575-582]. Из анализа указанных источников следует, что данный способ нанесения хитозана на перикард, стабилизированный глутаровым альдегидом, позволяет увеличить долговечность и биосовместимость биологических протезов клапанов сердца, изготовленных из перикарда, за счет повышения их гидрофильности, понижения цитотоксичности и склонности к кальцификации.A known method of chemical processing of the pericardium of a biological prosthesis of a heart valve (RF Patent No. 2384348). This method involves the chemical stabilization of the pericardium with a solution of glutaraldehyde followed by treatment with a 1% sodium dodecyl sulfate solution, while the chemically stabilized pericardium is additionally treated with a 0.05 ÷ 0.25% aqueous solution of chitosan or metal-containing chitosan at pH 3-5. The decrease in the intensity of calcification processes on the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve in this treatment method is caused by the direct application of chitosan macromolecules onto the surface of the pericardium, which results in masking of the free residual aldehyde groups by covalent binding to the amino groups of chitosan macromolecules. Studies of the effect of chitosan coating of biological prosthetic heart valves on calcification are presented in [Gamzazade A, Electron microscopy of the coating morphology of pericardium tissue with chitosan ionogen derivatives / Gamzazade A, Bakuleva N, Belavtseva E, Gallyamov M. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. - 2009 .-- V.73. - P.468-470; Chanda J, Anticalcification treatment of pericardial prostheses / Chanda J. // Biomaterials - 1994. - V.15. - P.465-469; Nogueira G, Bovine pericardium coated with biopolymeric films as an alternative to prevent calcification: in vitro calcification and cytotoxicity results / Nogueira G, Rodas A, Weska R, Aimoli C, Higa O, Maizato M, Leiner A, Pitombo R, Polakiewicz B, Beppu M. // Mater. Sci. Eng. C. - 2010 .-- V.30. - P.575-582; Polak R, Inhibition of calcification of bovine pericardium after treatment with biopolymers, E-beam irradiation and in vitro endothelization / Polak R, Rodas A, Chicoma D, Reinaldo G, Beppu M, Higa O, Pitombo R. // Mater. Sci. Eng. C. - 2012 .-- V.30. - P.575-582]. From the analysis of these sources it follows that this method of applying chitosan to the pericardium stabilized with glutaraldehyde allows increasing the durability and biocompatibility of biological prosthetic heart valves made from pericardium by increasing their hydrophilicity, lowering cytotoxicity and calcification tendency.
Данный способ получения покрытия наиболее близок к заявляемому. Однако недостаток данного способа нанесения хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца связан с использованием раствора уксусной кислоты в качестве растворителя, что может приводить к аллергическим реакциям или иным негативным откликам организма на остаточный растворитель в модифицированном нанесении хитозанового покрытия биологического протеза клапана сердца в силу возможной гиперчувствительности или индивидуальной непереносимости [Wuethrich В, Allergic and intolerance reactions to wine / Wuethrich В // Allergology. - 2011. - V.34(8). - P.427-436; Przybilla B, Alchocol-induced anaphylaxis - allergy to the ethanol metabolite acetic acid / Przybilla B, Ring J, Galosi A // Allergology. - 1986. - V.9(4). - P.164-169]. Кроме того, остающиеся в получаемом покрытии по завершении процесса нанесения следы остаточного растворителя и связанные с хитозановыми цепями уксуснокислые анионы могут приводить к избыточному набуханию и деламинации покрытия в присутствии водной среды организма, что может ухудшить механические свойства покрытия биологического протеза клапана сердца.This method of obtaining the coating is closest to the claimed. However, the disadvantage of this method of applying chitosan to the pericardium of a biological prosthetic heart valve is associated with the use of acetic acid solution as a solvent, which can lead to allergic reactions or other negative responses of the body to the residual solvent in the modified chitosan coating of the biological prosthesis of the heart valve due to possible hypersensitivity or individual intolerance [Wuethrich B, Allergic and intolerance reactions to wine / Wuethrich B // Allergology. - 2011 .-- V.34 (8). - P. 427-436; Przybilla B, Alchocol-induced anaphylaxis - allergy to the ethanol metabolite acetic acid / Przybilla B, Ring J, Galosi A // Allergology. - 1986.- V.9 (4). - P.164-169]. In addition, traces of residual solvent remaining in the resulting coating at the end of the application process and acetic anions associated with chitosan chains can lead to excessive swelling and delamination of the coating in the presence of an aqueous medium of the body, which can impair the mechanical properties of the coating of the biological prosthesis of the heart valve.
В заявляемом изобретении предлагается использовать способ нанесения хитозанового покрытия на перикард биологического протеза клапана сердца из растворов в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении. Сведения о подобном способе нанесения хитозановых покрытий отсутствуют в научно-технической литературе. Нами установлено, что хитозан, нерастворимый в обычной воде при нейтральном значении pH, может быть растворен в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, в силу частичной конверсии воды в угольную кислоту и, как следствие, достижения кислотности среды значений pH ~3. В этих условиях хитозановые цепи протонируются, приобретают положительный заряд и растворяются. Таким образом, заявляемый способ нанесения хитозана на биологический протез клапана сердца прямым методом из раствора в сравнении со своим наиболее близким аналогом отличается тем, что в качестве растворителя хитозана используется вода, насыщенная углекислым газом при высоком давлении. Как оказалось, данный способ обработки биологического протеза клапана сердца обеспечивает абсолютно биосовместимое нанесение хитозана на перикард, причем покрытие отличается повышенной механической стабильностью. Действительно, связанные с хитозаном карбонатные НСО3 --анионы нестабильны и в процессе высушивания покрытия после нанесения отделяются от аминогрупп хитозановой цепи вместе с протонами. В результате, с одной стороны, образуются абсолютно безвредные для организма человека компоненты: вода и углекислый газ, а с другой стороны, хитозановые цепи остаются незаряженными и, как следствие, неспособными к последующему избыточному набуханию в присутствии нейтральной водной среды крови (значение pH около 7,4). Кроме того, оказалось, что данный способ обработки биологического протеза клапана сердца не требует его последующей стерилизации после нанесения покрытия.The claimed invention proposes to use a method of applying a chitosan coating to the pericardium of a biological prosthesis of a heart valve from solutions in water saturated with carbon dioxide at high pressure. Information about such a method of applying chitosan coatings is missing in the scientific and technical literature. We found that chitosan, insoluble in ordinary water at a neutral pH, can be dissolved in water saturated with carbon dioxide at high pressure, due to the partial conversion of water to carbonic acid and, as a result, the pH reaches ~ 3. Under these conditions, chitosan chains are protonated, acquire a positive charge and dissolve. Thus, the claimed method of applying chitosan to a biological prosthesis of a heart valve from a solution in comparison with its closest analogue differs in that water saturated with carbon dioxide at high pressure is used as a solvent for chitosan. As it turned out, this method of processing a biological prosthesis of the heart valve provides absolutely biocompatible deposition of chitosan on the pericardium, and the coating is characterized by increased mechanical stability. Indeed, carbonate HCO 3 - anions associated with chitosan are unstable and, during the coating drying process, are separated from the amino groups of the chitosan chain together with protons after deposition. As a result, on the one hand, components that are completely harmless to the human body are formed: water and carbon dioxide, and on the other hand, chitosan chains remain uncharged and, as a result, are incapable of subsequent excessive swelling in the presence of a neutral aqueous medium of blood (pH value about 7 ,four). In addition, it turned out that this method of processing a biological prosthesis of a heart valve does not require subsequent sterilization after coating.
Таким образом, техническим результатом настоящего изобретения является получение хитозанового покрытия, благодаря которому биологический протез клапана сердца имеет рекордные характеристики в плане подавления кальцификации в сочетании с отсутствием каких-либо следов растворителя, обладает повышенными антимикробными и биосовместимыми характеристиками, а также высокой и долговременной механической стабильностью.Thus, the technical result of the present invention is to obtain a chitosan coating, due to which the biological prosthesis of the heart valve has record characteristics in terms of suppressing calcification in combination with the absence of any traces of solvent, has increased antimicrobial and biocompatible characteristics, as well as high and long-term mechanical stability.
При этом технический результат является комплексным:Moreover, the technical result is complex:
Во-первых, хитозановое покрытие, наносимое из водной среды, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, обеспечивает эффективное маскирование свободных альдегидных групп глутарового альдегида. Такое маскирование, как известно, способствует существенному снижению интенсивности процессов кальцификации на поверхности биологического протеза клапана сердца [Kuribayashi R, Efficacy of the chitosan posttreatment in calcification prevention of theglutaraldehyde-treated porcine aortic noncoronary cusp implanted in the right ventricular outflow tract in dogs / Kuribayashi R, Chanda J, Abe Т. // Artificial organs. - 1996. - V.20(7). - P.761-766; Shanthi C, Chitosan modified poly(glycidyl methacrylate-butyl acrylate) copolymer grafted bovine pericardial tissue - anticalcification properties / Shanthi C, Rao К. // Carbohydr. polymer. - 2001. - V.40(2). - P.123-131; Rodas A, Cytotoxicity and endothelial cell adhesion of lyophilized and irradiated bovine pericardium modified with silk fibroin and chitosan. / Rodas A, Polak R, Hara P, Lee E, Pitombo R, Higa O. // Artificial Organs. - 2011. - V.35(5). - P.502-507]. Более того, при нанесении хитозана заявляемым способом на перикард обнаружилась неожиданно высокая степень подавления кальцификации биологического протеза клапана сердца по сравнению с наиболее близким аналогом, по-видимому, вследствие повышенной однородности нанесения и повышенной механической стабильности покрытия.Firstly, a chitosan coating applied from an aqueous medium saturated with carbon dioxide at high pressure provides effective masking of the free aldehyde groups of glutaraldehyde. Such masking is known to contribute to a significant decrease in the intensity of calcification processes on the surface of a biological valve prosthesis [Kuribayashi R, Efficacy of the chitosan posttreatment in calcification prevention of theglutaraldehyde-treated porcine aortic noncoronary cusp implanted in the right ventricular outflow tract in dogs / Kuribayashi R , Chanda J, Abe T. // Artificial organs. - 1996 .-- V.20 (7). - P.761-766; Shanthi C, Chitosan modified poly (glycidyl methacrylate-butyl acrylate) copolymer grafted bovine pericardial tissue - anticalcification properties / Shanthi C, Rao K. // Carbohydr. polymer. - 2001 .-- V.40 (2). - P.123-131; Rodas A, Cytotoxicity and endothelial cell adhesion of lyophilized and irradiated bovine pericardium modified with silk fibroin and chitosan. / Rodas A, Polak R, Hara P, Lee E, Pitombo R, Higa O. // Artificial Organs. - 2011 .-- V.35 (5). - P.502-507]. Moreover, when applying chitosan by the claimed method to the pericardium, an unexpectedly high degree of suppression of calcification of the biological prosthesis of the heart valve was found in comparison with the closest analogue, apparently due to the increased uniformity of application and increased mechanical stability of the coating.
Во-вторых, нанесение хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца методом прямого осаждения из таких растворов способствует понижению цитотоксичности и иммуногенности биологического протеза клапана сердца в связи с использованием абсолютно биосовместимого растворителя: воды, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, которая после декомпрессии спонтанно и полностью переходит в абсолютно безопасные для организма человека гипоаллергенные компоненты: воду и углекислый газ. Действительно, изменением внешнего давления можно изменять степень насыщения углекислым газом, и, соответственно, pH водной среды, меняя ее способность растворять хитозан [Sakai Y, A novel method of dissolving chitosan in water for industrial applications / Sakai Y, Hayano K, Yoshioka H, Yoshioka H. // Polym. J. - 2001. - V.33. - P.640-642].Secondly, the application of chitosan to the pericardium of a biological heart valve prosthesis by direct deposition from such solutions reduces the cytotoxicity and immunogenicity of the biological heart valve prosthesis due to the use of an absolutely biocompatible solvent: water saturated with carbon dioxide at high pressure, which after decompression spontaneously and completely becomes hypoallergenic components that are absolutely safe for the human body: water and carbon dioxide. Indeed, by varying the external pressure, one can change the degree of carbon dioxide saturation and, accordingly, the pH of the aqueous medium, changing its ability to dissolve chitosan [Sakai Y, A novel method of dissolving chitosan in water for industrial applications / Sakai Y, Hayano K, Yoshioka H, Yoshioka H. // Polym. J. - 2001. - V.33. - P.640-642].
В-третьих, среда, в которой проводится нанесение хитозана на перикард, имеет стерилизующие свойства. Действительно, при высоком давлении, молекулы углекислого газа, растворенные в воде, диффундируют в бактерии, споры бактерий, вирусы и биологически инактивируют их [Ellis J, (2010) Supercritical CO2 sterilization of ultra-highmolecular weight polyethylene / Ellis J. // J. Supercrit. Fluids. - 2010. - V.52. - P.235-240]. Благодаря этому свойству среды можно исключить дополнительную стерилизацию клапана сердца после нанесения хитозанового покрытия, и тем самым упростить технологический процесс подготовки биологического протеза клапана сердца для последующей хирургической операции.Thirdly, the environment in which chitosan is applied to the pericardium has sterilizing properties. Indeed, at high pressure, carbon dioxide molecules dissolved in water diffuse into bacteria, bacterial spores, viruses and biologically inactivate them [Ellis J, (2010) Supercritical CO 2 sterilization of ultra-highmolecular weight polyethylene / Ellis J. // J Supercrit. Fluids - 2010 .-- V.52. - P.235-240]. Due to this property of the medium, it is possible to exclude additional sterilization of the heart valve after applying a chitosan coating, and thereby simplify the process of preparing a biological prosthesis of the heart valve for subsequent surgery.
В-четвертых, нанесение хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца методом прямого осаждения из растворов хитозана в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, способствует образованию более прочной связи хитозана с белковыми компонентами перикарда по сравнению с хитозаном, связанным с ацетат-анионами уксусной кислоты, которые образуются при нанесении хитозана на перикард из уксусной кислоты. Действительно, вследствие слабого связывания карбонат-анионов с поликатионными цепями молекул хитозана, изначально протонированные в угольной кислоте (воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении) цепи хитозана теряют заряд при понижении давления до атмосферного и высушивании нанесенного хитозанового покрытия. Таким образом, в условиях внутренней среды организма потерявшие заряд цепи хитозана не имеют сродства к воде, что приводит к лучшей механической стабильности нанесенного хитозанового покрытия. Напротив, при нанесении хитозана из растворов уксусной кислоты, соединения хитозановых цепей с ацетат-анионами будут более устойчивыми по сравнению с соединениями хитозановых цепей с карбонат-ионами. Хитозановые цепи в покрытии, нанесенном из растворов уксусной кислоты, будут удерживать некоторый остаточный положительный заряд и будут окружены ацетат-анионами, сохраняя определенное сродство к воде, в результате, такое покрытие будет механически менее стабильным в среде крови и может деламинироваться. Поэтому, в процессе эксплуатации биологического протеза клапана сердца, покрытие, нанесенное из растворов хитозана в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, покажет лучшие механические характеристики, большую долговременную стабильность, меньшую способность к набуханию и деламинации в среде крови в сравнении с покрытием, нанесенным из растворов уксусной кислоты. Таким образом, в сравнении с аналогом, достигается увеличение срока службы биологического протеза клапана сердца.Fourth, the application of chitosan to the pericardium of a biological prosthesis of the heart valve by direct deposition from solutions of chitosan in water saturated with carbon dioxide at high pressure promotes the formation of a stronger bond of chitosan with protein components of the pericardium compared to chitosan associated with acetate anions of acetic acid that are formed when chitosan is applied to the pericardium from acetic acid. Indeed, due to the weak binding of carbonate anions to the polycationic chains of chitosan molecules, the chains of chitosan initially protonated in carbonic acid (water saturated with carbon dioxide at high pressure) lose their charge when the pressure is reduced to atmospheric pressure and the applied chitosan coating is dried. Thus, in the internal environment of the body, chitosan chains that have lost charge do not have an affinity for water, which leads to better mechanical stability of the applied chitosan coating. In contrast, when applying chitosan from acetic acid solutions, compounds of chitosan chains with acetate anions will be more stable than compounds of chitosan chains with carbonate ions. Chitosan chains in the coating deposited from acetic acid solutions will retain some residual positive charge and will be surrounded by acetate anions, retaining a certain affinity for water, as a result, such a coating will be mechanically less stable in the blood environment and may delaminate. Therefore, during the operation of the biological prosthesis of the heart valve, the coating applied from solutions of chitosan in water saturated with carbon dioxide at high pressure will show better mechanical characteristics, greater long-term stability, less ability to swell and delaminate in the blood compared to the coating applied from acetic acid solutions. Thus, in comparison with the analogue, an increase in the service life of the biological prosthesis of the heart valve is achieved.
Указанный комплексный технический результат достигается тем, что в качестве полимера для покрытия поверхности биологического протеза клапана сердца используется хитозан, а в качестве растворителя хитозана при его нанесении на перикард используется вода, насыщенная углекислым газом при высоком давлении.The specified complex technical result is achieved in that chitosan is used as a polymer for coating the surface of the biological prosthesis of the heart valve, and water saturated with carbon dioxide at high pressure is used as a solvent for chitosan when applied to the pericardium.
В качестве метода нанесения целесообразно использовать прямой метод нанесения хитозана на перикард непосредственно из раствора.As a method of application, it is advisable to use the direct method of applying chitosan to the pericardium directly from the solution.
Нанесение хитозана на перикард целесообразно проводить из заранее приготовленного раствора хитозана в воде, насыщенной углекислым газом под давлением.It is advisable to apply chitosan to the pericardium from a pre-prepared solution of chitosan in water saturated with carbon dioxide under pressure.
Нанесение хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца из растворов воды, насыщенной углекислым газом, и хитозана целесообразно проводить при давлении 100-300 атм, поскольку при данном давлении обеспечивается достаточная кислотность среды для растворения хитозана и повышаются ее стерилизующие свойства.The application of chitosan to the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve from solutions of water saturated with carbon dioxide and chitosan is advisable to carry out at a pressure of 100-300 atm, since at this pressure sufficient acidity of the medium is provided for dissolution of chitosan and its sterilizing properties are increased.
Нанесение хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца из растворов в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, целесообразно проводить при температуре 15-35°C.The application of chitosan to the pericardium of a biological prosthetic heart valve from solutions in water saturated with carbon dioxide at high pressure, it is advisable to carry out at a temperature of 15-35 ° C.
Нанесение хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца из растворов воды, насыщенной углекислым газом при высоком давлении, и хитозана целесообразно проводить в течение 2-4 часов.The application of chitosan to the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve from solutions of water saturated with carbon dioxide at high pressure and it is advisable to carry out chitosan for 2-4 hours.
В качестве хитозана для покрытия биологического протеза клапана сердца целесообразно использовать хитозан с низкой молекулярной массой для лучшей растворимости.As chitosan to cover the biological prosthesis of the heart valve, it is advisable to use chitosan with a low molecular weight for better solubility.
В дальнейшем изобретение поясняется графиками, описанием конкретных примеров его выполнения со ссылками на сопутствующие графики.The invention is further illustrated by graphs, a description of specific examples of its implementation with reference to the accompanying graphs.
На чертеже изображена схема нанесения хитозанового покрытия на перикард биологического протеза клапана сердца. Нанесение производят с помощью установки, состоящей из баллона с CO2 (1), системы соединяющих кранов и капилляров (2), регулятора давления (3), автоклава (4). Перед созданием высокого давления CO2 перикард биологического протеза клапана сердца (5) помещают в автоклав, содержащий воду и навеску хитозана (6). Затем в автоклаве создают высокое давление CO2 и тем самым осуществляют нанесение.The drawing shows a diagram of the application of chitosan coating on the pericardium of a biological prosthesis of a heart valve. The application is carried out using an installation consisting of a cylinder with CO 2 (1), a system of connecting taps and capillaries (2), a pressure regulator (3), an autoclave (4). Before creating high pressure CO 2, the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve (5) is placed in an autoclave containing water and a sample of chitosan (6). Then, a high pressure of CO 2 is created in the autoclave and thereby application is carried out.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Способ нанесения хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца осуществляется непосредственно из раствора хитозана в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении.The method of applying chitosan to the pericardium of a biological prosthetic heart valve is carried out directly from a solution of chitosan in water saturated with carbon dioxide at high pressure.
В качестве хитозана предпочтительно использовать низкомолекулярный хитозан с молекулярной массой 15000-50000 г/моль, поскольку использование полимера с меньшей, чем в указанном интервале, молекулярной массой не обеспечит достаточной механической стабильности хитозанового покрытия, а полимер с большей, чем в указанном интервале, молекулярной массой будет обладать недостаточной растворимостью в воде, насыщенной углекислым газом для нанесения на перикард.As chitosan, it is preferable to use low molecular weight chitosan with a molecular weight of 15,000-50000 g / mol, since the use of a polymer with a molecular weight less than that in the indicated range will not provide sufficient mechanical stability for the chitosan coating, and a polymer with a molecular weight greater than that in the indicated range will have insufficient solubility in water saturated with carbon dioxide for application to the pericardium.
Предпочтительно, чтобы нанесение хитозана происходило из заранее приготовленного 0,1-2% раствора хитозана в воде, насыщенной углекислым газом, поскольку меньшая, чем в указанном интервале, концентрация полимера не приведет к достаточной для маскирования альдегидных групп и механической стабильности толщине хитозанового покрытия, а большая, чем в указанном интервале, концентрация нецелесообразна с экономической точки зрения.Preferably, the deposition of chitosan comes from a pre-prepared 0.1-2% solution of chitosan in water saturated with carbon dioxide, since a lower polymer concentration than in the indicated range will not lead to a sufficient thickness of the chitosan coating to mask the aldehyde groups and mechanical stability, and greater than in the specified interval, the concentration is impractical from an economic point of view.
Для того чтобы хитозан полностью растворился в воде, насыщенной углекислым газом, предпочтительно проводить первичное растворение хитозана в автоклаве при давлении P=100-300 атм и температуре 15-35°C в течение 5-7 суток с периодическим помешиванием раствора.In order for chitosan to completely dissolve in water saturated with carbon dioxide, it is preferable to carry out the initial dissolution of chitosan in an autoclave at a pressure of P = 100-300 atm and a temperature of 15-35 ° C for 5-7 days with periodic stirring of the solution.
Нанесение хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца, стабилизированный глутаровым альдегидом, производится прямым методом из раствора хитозана в воде, насыщенной углекислым газом в автоклаве.Chitosan is applied to the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve, stabilized with glutaraldehyde, by a direct method from a solution of chitosan in water saturated with carbon dioxide in an autoclave.
В частности, в качестве автоклава, в котором происходит нанесение хитозана и приготовление его раствора, можно использовать автоклавы, предназначенные для работы со сверхкритическими флюидами, рассчитанные на давления более 100 атм.In particular, autoclaves designed to work with supercritical fluids, designed for pressures of more than 100 atm, can be used as an autoclave in which chitosan is applied and its solution is prepared.
В частности, время экспозиции полимера может быть 1-6 часов, поскольку более длительное воздействие условий осаждения может приводить к ухудшению механических характеристик перикарда биологического протеза клапана сердца (возможно, за счет экстракции эластина), а меньшие времена экспозиции недостаточны для формирования однородного и механически стабильного хитозанового покрытия на перикарде.In particular, the exposure time of the polymer can be 1-6 hours, since longer exposure to deposition conditions can lead to a deterioration in the mechanical characteristics of the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve (possibly due to elastin extraction), and shorter exposure times are insufficient for the formation of a uniform and mechanically stable chitosan coating on the pericardium.
В частности время декомпрессии автоклава должно быть не менее 2-15 мин. При меньших временах декомпрессии возможен срыв хитозанового покрытия с поверхности биологического протеза клапана сердца вместе с потоком углекислого газа и воды.In particular, the autoclave decompression time should be at least 2-15 minutes. At shorter decompression times, the chitosan coating can be disrupted from the surface of the biological prosthesis of the heart valve along with the flow of carbon dioxide and water.
Заявляемое изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.The invention can be illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
Перикард биологического протеза клапана сердца в виде пластин площадью 30 см2 и толщиной 0,4-0,5 мм, предварительно обработанный 0,625% раствором глутарового альдегида, несколько раз тщательно промывают стерильным физиологическим раствором с 6-кратной сменой раствора из расчета 500-550 мл на 100 г перикарда, отмытый перикард погружают в автоклав с раствором хитозана фирмы Aldrich (сорт «low molecular weight», каталожный номер 448877) в дистиллированной воде, насыщенной углекислым газом при давлении 300 атм. На чертеже показана схема установки для нанесения хитозана на перикард биологического протеза клапана сердца. Раствор предварительно приготавливают по следующей методике: в автоклав помещают навеску хитозана в количестве 0,1% по весу раствора, затем наливают дистиллированную воду до половины объема автоклава, затем нагнетают углекислый газ до давления в автоклаве 100 атм, после этого оставляют растворяться хитозан в течение 5 суток при температуре 20°C с периодическим помешиванием раствора, путем установки автоклава на магнитную мешалку в процессе приготовления раствора. Давление в установке сбрасывают, и перикард биологического протеза клапана сердца погружают в раствор хитозана. Затем в автоклав нагнетают углекислый газ до давления 100 атм. В этих условиях происходит нанесение хитозана на перикард в автоклаве при температуре 20°C в течение 2 часов.The pericardium of a biological valve prosthesis in the form of plates with an area of 30 cm 2 and a thickness of 0.4-0.5 mm, pre-treated with a 0.625% solution of glutaraldehyde, is thoroughly washed several times with sterile saline with a 6-fold change of solution at a rate of 500-550 ml per 100 g of pericardium, the washed pericardium is immersed in an autoclave with a solution of Aldrich chitosan (low molecular weight grade, catalog number 448877) in distilled water saturated with carbon dioxide at a pressure of 300 atm. The drawing shows a diagram of an installation for applying chitosan to the pericardium of a biological prosthesis of a heart valve. The solution is preliminarily prepared according to the following procedure: a weighed portion of chitosan in an amount of 0.1% by weight of the solution is placed in the autoclave, then distilled water is poured to half the volume of the autoclave, then carbon dioxide is pumped to a pressure of 100 atm in the autoclave, then chitosan is allowed to dissolve for 5 days at a temperature of 20 ° C with periodic stirring of the solution, by installing an autoclave on a magnetic stirrer during the preparation of the solution. The pressure in the installation is released, and the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve is immersed in a chitosan solution. Then carbon dioxide is pumped into the autoclave to a pressure of 100 atm. Under these conditions, chitosan is applied to the pericardium in an autoclave at a temperature of 20 ° C for 2 hours.
Пример 2Example 2
Перикард отмывают согласно условиям примера 1, отмытый перикард погружают в автоклав с раствором хитозана фирмы Aldrich (сорт «low molecular weight», каталожный номер 448877) в дистиллированной воде, насыщенной углекислым газом под давлением 300 атм. Раствор предварительно приготавливают по следующей методике: в автоклав погружают навеску хитозана в количестве 1% по весу, затем наливают дистиллированную воду до половины объема автоклава, затем нагнетают углекислый газ до давления в автоклаве 200 атм, после этого оставляют растворяться хитозан в течение 5 суток при температуре 25°C с периодическим помешиванием раствора, путем установки автоклава на магнитную мешалку. Давление в установке сбрасывают, и перикард биологического протеза клапана сердца погружают в раствор хитозана. Затем в автоклав нагнетают углекислый газ до давления 200 атм. В этих условиях происходит нанесение хитозана в автоклаве при температуре 25°C в течение 4 часов.The pericardium is washed according to the conditions of Example 1, the washed pericardium is immersed in an autoclave with a solution of Aldrich chitosan (low molecular weight grade, catalog number 448877) in distilled water saturated with carbon dioxide at a pressure of 300 atm. The solution is preliminarily prepared according to the following procedure: a weighed portion of chitosan is immersed in an amount of 1% by weight, then distilled water is poured to half the volume of the autoclave, then carbon dioxide is pumped to a pressure in the autoclave of 200 atm, then chitosan is allowed to dissolve for 5 days at a temperature 25 ° C with occasional stirring of the solution by placing the autoclave on a magnetic stirrer. The pressure in the installation is released, and the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve is immersed in a solution of chitosan. Then carbon dioxide is pumped into the autoclave to a pressure of 200 atm. Under these conditions, chitosan is applied in an autoclave at a temperature of 25 ° C for 4 hours.
Пример 3Example 3
Раствор хитозана готовится аналогично методике, указанной в примерах 1 и 2, за исключением того, что в автоклав погружают навеску хитозана в количестве 0,5% по весу и растворение хитозана происходит при температуре 15°C. Нанесение проводится по методике, указанной в примере 1, за исключением того, что осуществляется при температуре 15°C.A chitosan solution is prepared similarly to the procedure described in examples 1 and 2, except that a 0.5% by weight sample of chitosan is immersed in the autoclave and chitosan is dissolved at a temperature of 15 ° C. Application is carried out according to the method described in example 1, except that it is carried out at a temperature of 15 ° C.
Пример 4Example 4
Раствор хитозана готовится аналогично методике, указанной в примере 2, за исключением того, что растворение хитозана происходит при температуре 30°C. Нанесение хитозана проводится по методике, указанной в примере 2, за исключением того, что осуществляется при температуре 30°C.A chitosan solution is prepared similarly to the procedure described in example 2, except that the dissolution of chitosan occurs at a temperature of 30 ° C. The application of chitosan is carried out according to the method specified in example 2, except that it is carried out at a temperature of 30 ° C.
Пример 5Example 5
Раствор хитозана готовится аналогично методике, указанной в примере 2. Нанесение хитозана проводится по методике, указанной в примере 2, за исключением того, что осуществляется при давлении 300 атм.A solution of chitosan is prepared similarly to the method specified in example 2. Application of chitosan is carried out according to the method specified in example 2, except that it is carried out at a pressure of 300 atm.
Пример 6Example 6
Перикард отмывают согласно условиям примера 1, отмытый перикард помещают в автоклав с навеской низкомолекулярного гидролизованного хитозана ГХ-4 (ММ 19000 г/моль, СА 15%, исходно: поставки ЗАО Сонат или Aldrich (сорт «low molecular weight», каталожный номер 448877)) в количестве 1% и дистиллированной водой до половины объема автоклава, затем нагнетают углекислый газ до давления в автоклаве 300 атм, после этого оставляют систему в течение 7 суток при температуре 20 C° с периодическим помешиванием раствора. В этом случае процессы растворения хитозана и формирования хитозанового покрытия на поверхности биологического протеза клапана сердца проходят параллельно.The pericardium is washed according to the conditions of Example 1, the washed pericardium is placed in an autoclave with a sample of low molecular weight hydrolyzed chitosan GH-4 (MM 19000 g / mol, CA 15%, initially: supplies of ZAO Sonat or Aldrich (grade "low molecular weight", catalog number 448877) ) in an amount of 1% and distilled water to half the volume of the autoclave, then carbon dioxide is pumped to a pressure in the autoclave of 300 atm, after which the system is left for 7 days at a temperature of 20 C ° with periodic stirring of the solution. In this case, the processes of dissolution of chitosan and the formation of a chitosan coating on the surface of the biological prosthesis of the heart valve are parallel.
Пример 7Example 7
Перикард отмывают согласно условиям примера 1, отмытый перикард помещают в автоклав с растворенным низкомолекулярным гидролизованным хитозаном ГХ-4 (ММ 19000 г/моль, СА 15%, исходно: поставки ЗАО Сонат) в растворе дистиллированной воды. Раствор предварительно приготавливают по следующей методике: в автоклав помещают навеску хитозана ГХ-4 в количестве 1% по весу, затем наливают дистиллированную воду до половины объема автоклава, затем нагнетают углекислый газ до давления в автоклаве 300 атм, после этого оставляют растворяться хитозан в течение 7 суток при температуре 20°C с периодическим помешиванием раствора.The pericardium is washed according to the conditions of Example 1, the washed pericardium is placed in an autoclave with dissolved low molecular weight hydrolyzed chitosan GC-4 (MM 19000 g / mol, CA 15%, initially: supply of ZAO Sonat) in a solution of distilled water. The solution is preliminarily prepared according to the following procedure: a weighed portion of GC-4 chitosan is placed in an autoclave in an amount of 1% by weight, then distilled water is poured to half the volume of the autoclave, then carbon dioxide is pumped to a pressure in the autoclave of 300 atm, then chitosan is allowed to dissolve for 7 days at a temperature of 20 ° C with periodic stirring of the solution.
После того как перикард биологического протеза клапана сердца погружают в раствор хитозана, в автоклав нагнетают углекислый газ до давления 300 атм. После проводят нанесение хитозана в автоклаве при температуре 20°C в течение 4 часов.After the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve is immersed in a solution of chitosan, carbon dioxide is pumped into the autoclave to a pressure of 300 atm. After that, chitosan is applied in an autoclave at a temperature of 20 ° C for 4 hours.
Сравнительный пример 1Comparative Example 1
Перикард биологического протеза клапана сердца в виде пластин площадью 30 см2 и толщиной 0,4-0,5 мм, предварительно обработанный 0,625% раствором глутарового альдегида, несколько раз тщательно промывают стерильным физиологическим раствором с 6-кратной сменой раствора из расчета 500-550 мл на 100 г перикарда, таким образом получают исходный нативный перикард, предварительно обработанный глутаровым альдегидом без хитозанового покрытия.The pericardium of a biological valve prosthesis in the form of plates with an area of 30 cm 2 and a thickness of 0.4-0.5 mm, pre-treated with a 0.625% solution of glutaraldehyde, is thoroughly washed several times with sterile saline with a 6-fold change of solution at a rate of 500-550 ml per 100 g of the pericardium, in this way the original native pericardium is obtained, previously treated with glutaraldehyde without chitosan coating.
Сравнительный пример 2Reference Example 2
Согласно наиболее близкому аналогу (Патент РФ №2384348) перикард отмывают, как и в примере 1, отмытый перикард помещают в 50 мл (10 г/50 мл) 0,25% водного раствора хитозана с молекулярной массой 4-103 г/моль и pH 5 и обрабатывают в течение 20 мин при 25°C. По окончании обработки перикард фиксируют в 70% водном растворе этанола и затем перикард с фиксированным первичным хитозановым покрытием выдерживают в 0,50% водном растворе N-сульфосукцината хитозана с молекулярной массой 104 при pH 5 в течение 20 мин при 20°C с последующей фиксацией полученного покрытия в абсолютном этаноле.According to the closest analogue (RF Patent No. 2384348), the pericardium is washed, as in example 1, the washed pericardium is placed in 50 ml (10 g / 50 ml) of a 0.25% aqueous solution of chitosan with a molecular weight of 4-10 3 g / mol and
Сравнительный пример 3Reference Example 3
Перикард отмывают согласно условиям примера 1, отмытый перикард погружают в 1% весовой раствор хитозана фирмы Aldrich (сорт «low molecular weight», каталожный номер 448877) в 2%-ной уксусной кислоте. Раствор предварительно приготавливают по следующей методике: хитозан Aldrich в количестве 1% от веса раствора погружают в 2% раствор аскорбиновой кислоты. Раствор перемешивают на магнитной мешалке в течение 2 часов. Нанесение хитозана на перикард проводится согласно условиям примера 1.The pericardium is washed according to the conditions of Example 1, the washed pericardium is immersed in a 1% weight solution of Aldrich chitosan (grade "low molecular weight", catalog number 448877) in 2% acetic acid. The solution is preliminarily prepared according to the following procedure: Aldrich chitosan in an amount of 1% by weight of the solution is immersed in a 2% ascorbic acid solution. The solution was stirred on a magnetic stirrer for 2 hours. The application of chitosan on the pericardium is carried out according to the conditions of example 1.
Пример 8Example 8
Перикард, полученный согласно примерам 1-7, и перикард, полученный по сравнительным примерам 1-3, тестируют на механическую стабильность хитозанового покрытия, для этого их помещают в ультразвуковую диспергирующую ванну на 15 мин. После этого поверхность перикарда, полученного по примерам 1-7 и сравнительным примерам 1-3, исследуют с помощью сканирующего электронного микроскопа (например, Hitachi SU 8000). Перикард, полученный согласно сравнительным примерам 1-3, имеет поверхность с шероховатой морфологией, характерной для нативного перикарда, в отличие от поверхности перикарда, полученного согласно примерам 1-7, где поверхность образца имеет более гладкую однородную морфологию, типичную для хитозановых покрытий. Таким образом, можно сделать вывод о механической стабильности хитозанового покрытия на перикарде, полученного согласно примерам 1-7, в отличие от хитозанового покрытия на перикарде, полученного согласно сравнительным примерам 2-3.The pericardium obtained according to examples 1-7 and the pericardium obtained according to comparative examples 1-3 are tested for the mechanical stability of the chitosan coating, for which they are placed in an ultrasonic dispersing bath for 15 minutes. After that, the surface of the pericardium obtained in examples 1-7 and comparative examples 1-3, is examined using a scanning electron microscope (for example, Hitachi SU 8000). The pericardium obtained according to comparative examples 1-3 has a surface with a rough morphology characteristic of the native pericardium, in contrast to the surface of the pericardium obtained according to examples 1-7, where the surface of the sample has a smoother uniform morphology typical of chitosan coatings. Thus, we can conclude that the mechanical stability of the chitosan coating on the pericardium obtained according to examples 1-7, in contrast to the chitosan coating on the pericardium, obtained according to comparative examples 2-3.
Пример 9Example 9
Перикард, полученный согласно примерам 1-7, и перикард, полученный по сравнительному примеру 1, тестируют на биосовместимость. Для этого в культуру клеток фибробластов мыши линии NIH/3T3 вносят экстракты, приготовленные согласно ГОСТ Р ИСО 10993-12-2009 в физиологическом растворе при условиях, близких к условиям эксплуатации перикарда биологического протеза клапана сердца (температура 37°C, время экстракции 72 ч) из образцов перикарда, полученного согласно примерам 1-7 и сравнительному примеру 1. Через 24 ч инкубации оценивают морфологию и лизис клеток.The pericardium obtained according to examples 1-7, and the pericardium obtained according to comparative example 1, are tested for biocompatibility. For this purpose, extracts prepared according to GOST R ISO 10993-12-2009 in physiological saline under conditions close to the operating conditions of the pericardium of a biological prosthesis of the heart valve (temperature 37 ° C, extraction time 72 h) are introduced into the culture of mouse fibroblast cells of the NIH / 3T3 line. from pericardial samples obtained according to examples 1-7 and comparative example 1. After 24 hours of incubation, the morphology and cell lysis are assessed.
В таблице 1 приведены данные исследований образцов перикарда, полученных согласно примерам 1-7, и образцов перикарда, полученных согласно сравнительному примеру 1. Проведенные испытания показали, что экстракты из образцов полученного согласно сравнительному примеру 1 перикарда оказывают незначительное цитотоксическое действие на культуру фибробластов мыши линии NIH/3T3, экстракты из образцов перикарда, полученных согласно примерам 1-7, не оказывают цитотоксического действия на культуру фибробластов мыши линии NIH/3T3Table 1 shows the research data of pericardial samples obtained according to examples 1-7, and pericardial samples obtained according to comparative example 1. The tests performed showed that extracts from samples obtained according to comparative example 1 of the pericardium have a slight cytotoxic effect on the NIH mouse fibroblast culture / 3T3, extracts from pericardial samples obtained according to examples 1-7 do not exert a cytotoxic effect on the mouse fibroblast culture of the NIH / 3T3 line
Представленные результаты показывают снижение цитотоксичности модифицированного покрытием хитозана из воды, насыщенной углекислым газом, биологического протеза клапана сердца по сравнению с биологическим протезом клапана сердца, только предобработанным глутаровым альдегидом.The presented results show a decrease in the cytotoxicity of the modified chitosan coating from carbonated water of a biological prosthetic heart valve compared with a biological prosthetic heart valve only with pretreated glutaraldehyde.
Пример 10Example 10
Перикард, полученный согласно примерам 1-7, и перикард, полученный по сравнительному примеру 1, тестируют на антимикробность.The pericardium obtained according to examples 1-7, and the pericardium obtained according to comparative example 1, are tested for antimicrobiality.
На образцы перикарда, полученного согласно примерам 1-7, и перикарда, полученного по сравнительному примеру 1, наносят тест-культуры, затем определяют количество жизнеспособных клеток тест-культур на поверхностях образцов. Для интерпретации полученных данных используют понятия индекс адгезии и степень адгезии.On the samples of the pericardium obtained according to examples 1-7, and the pericardium obtained in comparative example 1, apply test culture, then determine the number of viable cells of the test culture on the surfaces of the samples. To interpret the obtained data, the concepts of adhesion index and degree of adhesion are used.
В качестве тест-культур выбирают клинические штаммы: грамположительные - Staphylococcus aureus MR (MRSA - метицилинрезистентный золотистый стафилококк) и Staphylococcus haemolyticus, грамотрицательные - Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli в концентрации 106 Кл/мл.Clinical strains are chosen as test cultures: gram-positive - Staphylococcus aureus MR (MRSA - methicylin-resistant Staphylococcus aureus) and Staphylococcus haemolyticus, gram-negative - Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli at a concentration of 10 6 C / ml.
В Таблице 2 показаны результаты исследования антимикробных свойств образцов перикарда, полученного согласно примерам 1-7, и перикарда, полученного согласно сравнительному примеру 1.Table 2 shows the results of the study of the antimicrobial properties of pericardial samples obtained according to examples 1-7, and pericardium obtained according to comparative example 1.
Представленные данные свидетельствуют о том, что образцы перикарда с нанесенным заявляемым способом хитозановым покрытием имеют более выраженные антимикробные свойства.The data presented indicate that pericardial samples coated with the chitosan coating applied by the claimed method have more pronounced antimicrobial properties.
Пример 11Example 11
Тестируют механико-прочностные характеристики перикарда, полученного согласно примерам 1-7 и сравнительным примерам 1-3, с помощью разрывной машины (например, Zwick/Roell BZ 2.5 / TN1S).Test the mechanical strength characteristics of the pericardium obtained according to examples 1-7 and comparative examples 1-3, using a tensile testing machine (for example, Zwick / Roell BZ 2.5 / TN1S).
В Таблице 3 показаны средние значения механико-прочностных характеристик исходного перикарда, перикард с хитозановым покрытием, нанесенным согласно сравнительным примерам 1-2, перикард с хитозановым покрытием, нанесенным согласно примерам 1-7Table 3 shows the average values of the mechanical strength characteristics of the original pericardium, pericardium with a chitosan coating applied according to comparative examples 1-2, pericardium with a chitosan coating applied according to examples 1-7
Предел прочности (по двум направлениям)ω IF, MPa
Tensile strength (in two directions)
Модуль упругости (по двум направлениям)E, MPa
Modulus of elasticity (in two directions)
Максимальная деформация до нарушения сплошности (по двум направлениям)ε max ,%
Maximum deformation before discontinuity (in two directions)
примерам 1-7Pericardium coated according to chitosan
examples 1-7
Представленные данные свидетельствуют о том, что модификация перикарда биологического протеза клапана сердца предлагаемым методом согласно примерам 1-7 улучшает механическую прочность перикарда.The data presented indicate that the modification of the pericardium of the biological prosthesis of the heart valve of the proposed method according to examples 1-7 improves the mechanical strength of the pericardium.
Однако для перикарда, полученного согласно примеру 6, наблюдается некоторое снижение механических характеристик при таком способе нанесения по сравнению с перикардом, приготовленным согласно сравнительным примерам 1-2, и перикардом с нанесенным хитозановым покрытием согласно примерам 1-5, и 7, по-видимому, в результате экстракции эластина из перикарда под действием растворенной в воде углекислоты, вследствие длительного нахождения перикарда в воде, насыщенной углекислым газом при высоком давлении (300 атм).However, for the pericardium obtained according to example 6, there is a slight decrease in mechanical characteristics with this method of application compared to the pericardium prepared according to comparative examples 1-2 and the pericardium coated with chitosan coating according to examples 1-5, and 7, apparently as a result of elastin extraction from the pericardium under the action of carbon dioxide dissolved in water, due to the prolonged presence of the pericardium in water saturated with carbon dioxide at high pressure (300 atm).
Пример 12Example 12
Перикард, полученный согласно примерам 1-7, и перикард, полученный по сравнительным примерам 1-3, тестируют на способность подавления кальцификации.The pericardium obtained according to examples 1-7, and the pericardium obtained according to comparative examples 1-3, are tested for the ability to suppress calcification.
Подавление кальцификации исследуют методом подкожной имплантации крысам, для чего образцы перикарда биологического протеза клапана сердца размером 10*10 мм имплантируют подкожно крысам линии Wistar под тиопенталовым наркозом на спине по 4 штуки на животное, причем контрольные и опытные образцы помещают каждому животному попарно. После имплантации животных содержат в нормальных условиях вивария, питание ad libitum. В рацион питания включают эргокальциферол (витамин ДЗ). Через 4 месяца после имплантации образцы перикарда под наркозом извлекают из животных, промывают физиологическим раствором для удаления формульных элементов крови животных, высушивают в течение 1 недели в суховоздушном термостате при 25°C. Пробы помещают в кварцевые стаканчики, смачивают дистиллированной водой, добавляют 2 мл концентрированной азотной кислоты, оставляют на ночь при комнатной температуре, затем нагревают до 150-200°C на электроплитке до полного высушивания, потом помещают в муфель и нагревают 30 минут при 300°C, и затем 30 минут при 550°C. Если осадки были темного цвета, то обработку кислотой повторяют до полного отсутствия в них золы. После чего к ним добавляют 2 мл 2% азотной кислоты, перемешивают стеклянной палочкой, и оставляют на 30 минут для полного растворения, затем измеряют в них содержание минерализованного кальция методом атомной абсорбционной спектроскопии.Calcification suppression was studied by the method of subcutaneous implantation in rats, for which samples of the pericardium of a biological valve prosthesis 10 * 10 mm in size were implanted subcutaneously in Wistar rats under thiopental anesthesia on the back, 4 pieces per animal, and control and experimental samples were placed in pairs for each animal. After implantation, animals are kept under normal conditions vivarium, ad libitum nutrition. Ergocalciferol (vitamin DZ) is included in the diet. 4 months after implantation, pericardial samples under anesthesia are removed from animals, washed with saline to remove the formulaic elements of animal blood, dried for 1 week in a dry-air thermostat at 25 ° C. Samples are placed in quartz glasses, moistened with distilled water, 2 ml of concentrated nitric acid are added, left overnight at room temperature, then heated to 150-200 ° C on a hot plate until completely dried, then placed in a muffle and heated for 30 minutes at 300 ° C , and then 30 minutes at 550 ° C. If the precipitation was dark, then the acid treatment was repeated until ash was completely absent. Then 2 ml of 2% nitric acid is added to them, stirred with a glass rod, and left for 30 minutes to completely dissolve, then the content of mineralized calcium is measured in them by atomic absorption spectroscopy.
В Таблице 4 показаны результаты исследования интенсивности процесса кальцификации in vivo на крысах 1) на образцах перикарда, полученного согласно сравнительному примеру 1, 2) образцах перикарда, полученного согласно сравнительным примерам 2-3, 3) образцах перикарда, полученного согласно примерам 1-7.Table 4 shows the results of a study of the intensity of the in vivo calcification process in rats 1) on pericardial samples obtained according to comparative example 1, 2) pericardial samples obtained according to comparative examples 2-3, 3) pericardial samples obtained according to examples 1-7.
согласно сравнительному примеру 2Pericardium obtained
according to comparative example 2
Представленные данные свидетельствуют о том, что модификация перикарда биологического протеза клапана сердца предлагаемым методом согласно примерам 1-7 позволяет существенно уменьшить их кальцификацию по сравнению с исходным перикардом и перикардом, модифицированным по способу-прототипу, согласно сравнительному примеру 2.The data presented indicate that the modification of the pericardium of a biological prosthesis of the heart valve by the proposed method according to examples 1-7 allows to significantly reduce their calcification compared with the original pericardium and pericardium modified by the prototype method, according to comparative example 2.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156376/15A RU2519219C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Biological chitosan coated pericardial valve prosthesis and method for making it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156376/15A RU2519219C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Biological chitosan coated pericardial valve prosthesis and method for making it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2519219C1 true RU2519219C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012156376/15A RU2519219C1 (en) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Biological chitosan coated pericardial valve prosthesis and method for making it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2519219C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711544C1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Biomaterial for making prostheses of heart valves and method of producing biomaterial |
| EP3854425A4 (en) * | 2018-09-19 | 2022-08-31 | Venus MedTech (HangZhou), Inc. | Pre-loadable dried biological heart valve and preparation method thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA009598B1 (en) * | 2003-05-16 | 2008-02-28 | Синвеншн Аг | Medical implants comprising biocompatible coatings |
| EA009809B1 (en) * | 2003-11-03 | 2008-04-28 | Синвеншн Аг | Method and device for applying a coating material to implants |
| RU2384348C2 (en) * | 2008-04-07 | 2010-03-20 | Государственное учреждение Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева Российской академии медицинских наук | Method for chemical treatment of xenopericardium |
-
2012
- 2012-12-25 RU RU2012156376/15A patent/RU2519219C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA009598B1 (en) * | 2003-05-16 | 2008-02-28 | Синвеншн Аг | Medical implants comprising biocompatible coatings |
| EA009809B1 (en) * | 2003-11-03 | 2008-04-28 | Синвеншн Аг | Method and device for applying a coating material to implants |
| RU2384348C2 (en) * | 2008-04-07 | 2010-03-20 | Государственное учреждение Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева Российской академии медицинских наук | Method for chemical treatment of xenopericardium |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3854425A4 (en) * | 2018-09-19 | 2022-08-31 | Venus MedTech (HangZhou), Inc. | Pre-loadable dried biological heart valve and preparation method thereof |
| RU2711544C1 (en) * | 2018-12-29 | 2020-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Biomaterial for making prostheses of heart valves and method of producing biomaterial |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gallyamov et al. | Collagen tissue treated with chitosan solutions in carbonic acid for improved biological prosthetic heart valves | |
| EP1835948B1 (en) | An implantable biomaterial and a method of producing same | |
| CN108473632B (en) | Polymeric compositions | |
| US8137411B2 (en) | Thin collagen tissue for medical device applications | |
| WO2018167536A1 (en) | Implantable material and method for preserving | |
| EP3854424A1 (en) | Preload biological heart valve capable of rapid rehydration and preparation method therefor | |
| Liu et al. | Curcumin-crosslinked acellular bovine pericardium for the application of calcification inhibition heart valves | |
| CN113181431A (en) | Antibacterial and osteointegrative coating formed on surface of substrate and method for preparing antibacterial and osteointegrative coating on surface of substrate | |
| WO2022143700A1 (en) | Fold resistant dehydrated cross-linked biological material, preparation method therefor, and application thereof | |
| RU2519219C1 (en) | Biological chitosan coated pericardial valve prosthesis and method for making it | |
| US20160143726A1 (en) | Process for Preparing Tissue Regeneration Matrix | |
| Guo et al. | Artificial heart valves with balanced charged networks exhibiting anti-calcification properties | |
| CN109833518B (en) | Method for promoting endothelialization of biological heart valve | |
| Gujjar et al. | Stabilized human amniotic membrane for enhanced sustainability and biocompatibility | |
| CN114874479B (en) | Preparation method of spongy macroporous hydrogel and application of spongy macroporous hydrogel in antibiosis | |
| Chanda et al. | Use of the glutaraldehyde-chitosantreated porcine pericardium as a pericardial substitute | |
| Lan et al. | A combination of hydrogen bonding and chemical covalent crosslinking to fabricate a novel swim-bladder-derived dry heart valve material yields advantageous mechanical and biological properties | |
| RU2384348C2 (en) | Method for chemical treatment of xenopericardium | |
| Zheng et al. | In Situ Cross-Linked Collagen-Based Biological Patch Integrating Anti-Infection and Anti-Calcification Properties | |
| JPH0382472A (en) | Long term implantable material in living body and manufacture thereof | |
| RU2796364C1 (en) | Method of processing grafts for cardiovascular surgery using sub- and supercritical carbon dioxide | |
| US20120029655A1 (en) | Implantable xenograft prepared from a non-human tissue portion | |
| Nemets et al. | Comparative analysis of methods for increasing the biostability of collagen films | |
| CN110772664A (en) | Preparation method of surface intelligent coating of orthopedic temporary implant based on natural polysaccharide and product thereof | |
| EP2550029A1 (en) | Thin collagen tissue for medical device applications |