RU2555502C2 - Suture material with antithrombotic coating - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medicine and represents a suture material with an antithrombotic coating consisting of a polypropylene carrier suture coated with 3-hydroxybutyrate/3-hydroxyvalerate (PHBV) copolymer in the concentration of 1-6%, and at least one antithrombotic substance; the suture material coating is fixed by a chemical reaction: at the first stage, the carrier suture is immersed into a biopolymer for 10 minutes and dried at room temperature for 3 hours in a dust-free chamber, and then for 1 hour in mixed air and ozone; the suture is kept for 5 hours in the methacryloyl chloride vapour at a temperature of 85-90°C; the second stage involves the suture modification with heparin (1,000 units/ml); the suture is immersed into heparin at a temperature of 2-5°C for 10 hours and for 14 hours into heparin at room temperature; the suture material is finally dried in the dust-free chamber at room temperature until completely dry.

EFFECT: invention provides higher hemo- and biocompatibility of the retention suture material, as well as higher antithrombotic characteristics by the multilayer modification of the retention suture by the biodegradable polymer and heparin.

3 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к хирургическому шовному материалу, и может быть использовано в сердечно-сосудистой хирургии для профилактики артериальных тромбозов в зоне анастомоза после реконструктивных операций на сосудах.The invention relates to medicine, in particular to surgical suture material, and can be used in cardiovascular surgery for the prevention of arterial thrombosis in the zone of anastomosis after reconstructive surgery on the vessels.

Несмотря на использование шовного материала в медицине уже на протяжении нескольких тысячелетий, до середины XX века проблема нитей не вызывала особого интереса хирургов. Однако с расширением возможностей хирургии проблеме шовного материала стало уделяться все больше внимания. Качество шовного материала, его структура, состав, физико-химические характеристики позволяют добиться быстрого заживления раны, обеспечить хороший косметический эффект, а также предотвратить развитие осложнений, таких как расхождение швов и их инфицирование.Despite the use of suture material in medicine for several millennia, until the middle of the 20th century, the problem of threads did not cause much interest to surgeons. However, with the expansion of the possibilities of surgery, more and more attention was paid to the problem of suture material. The quality of the suture material, its structure, composition, physico-chemical characteristics make it possible to achieve quick healing of the wound, to provide a good cosmetic effect, and also to prevent the development of complications, such as seam divergence and infection.

В ангиохирургии восстановление целостности участка эндотелия сосудов в области шва и наличие нити, выступающей в просвет сосуда, превращают зону анастомоза в очаг тромбообразования, что приводит к стенозированию и дисфункции сосуда, а также повышает риск тромбоэмболии.In angiosurgery, restoration of the integrity of the vascular endothelial region in the suture area and the presence of a thread protruding into the vessel lumen turn the anastomosis zone into a thrombus formation site, which leads to vascular stenosis and dysfunction, and also increases the risk of thromboembolism.

Одним из существующих способов придания необходимых свойств шовным хирургическим материалам является покрытие их оболочками, содержащими биологически активные вещества. При этом используемые компоненты должны достаточно хорошо фиксироваться на нити-основе, не слущиваться в процессе эксплуатации, не изменять своих свойств при стерилизации, а также не влиять на эластичность и манипуляционные характеристики шовного материала.One of the existing methods for imparting necessary properties to suture surgical materials is coating them with shells containing biologically active substances. At the same time, the components used should be fairly well fixed on the basis of the thread, not peeling off during operation, not change their properties during sterilization, and also not affect the elasticity and handling characteristics of the suture material.

На сегодняшний день биологически активные шовные материалы представлены в основном антимикробными нитями. В качестве антимикробных компонентов используют антибиотики - гентамицин, клиндамицин, доксициклин и метронидазол, антисептики - диоксидин, мирамистин, а также некоторые соединения серебра и т.п. (Tiwari A., Cheng K.S., Salacinskiet Н. et al. // Eur. J. Vase. Endovasc. Surg. - 2003. Vol.25. - №4. - P.287-295). При этом объектами модификации могут выступать полипропиленовые нити, поливинилиденфторидные мононити, лавсановые плетеные нити с фторполимерным покрытием и рассасывающиеся плетеные нити на основе полигликолевой кислоты (В.А. Жуковский. «Проблемы и перспективы разработки производства хирургических шовных материалов». Химические волокна. - 2008. - №3. - С.31-38; Wagner Е., Guidoin R., Marois М. et al. // ASAIO J. - 1994. - Vol.40. - №3. - P.279-283).To date, biologically active suture materials are mainly represented by antimicrobial threads. Antimicrobial components are antibiotics - gentamicin, clindamycin, doxycycline and metronidazole, antiseptics - dioxidine, miramistin, as well as some silver compounds, etc. (Tiwari A., Cheng K.S., Salacinskiet, H. et al. // Eur. J. Vase. Endovasc. Surg. - 2003. Vol.25. - No. 4. - P.287-295). At the same time, polypropylene yarns, polyvinylidene fluoride monofilaments, lavsan woven yarns with a fluoropolymer coating and absorbable woven yarns based on polyglycolic acid (V.A. Zhukovsky. "Problems and prospects for the development of the production of surgical suture materials" can be objects of modification). Chemical fibers. - 2008. - No. 3. - P.31-38; Wagner E., Guidoin R., Marois M. et al. // ASAIO J. - 1994. - Vol.40. - No. 3. - P.279-283).

Известен биосовместимый шовный материал, состоящий из полиамидной нити ПА-6, которую покрывают оболочкой из хитозана толщиной 5-30 мкм, а в качестве промежуточного сшивающего материала используют поливиниловый спирт, который наносят толщиной 5-50 мкм (Патент РФ 2073528, заявл. 08.12.1993, опубл. 20.02.1997, МПК A61L 17/00). Недостатком шовного материала является то, что хитозан проявляет цитотоксические свойства, что приводит к асептическому воспалению, усиленной пролифирации фибробластов и разрастанию соединительной ткани в зоне анастомоза, и как следствие к стенозу и окклюзии сосуда.Known biocompatible suture material consisting of polyamide yarn PA-6, which is coated with a shell of chitosan with a thickness of 5-30 microns, and polyvinyl alcohol is used as an intermediate crosslinking material, which is applied with a thickness of 5-50 microns (RF Patent 2073528, application 08.12. 1993, published on 02.20.1997, IPC A61L 17/00). The disadvantage of suture material is that chitosan exhibits cytotoxic properties, which leads to aseptic inflammation, enhanced proliferation of fibroblasts and proliferation of connective tissue in the anastomotic zone, and as a result to stenosis and vessel occlusion.

Известен биоразлагаемый шовный хирургический материал с покрытием, где ядро нити представлено полиамидной крученой или плетеной нитью, а пленочное покрытие является оболочкой из биоразлагаемого полимера, представляющей собой полимолочную кислоту, содержащую препарат - фурагин при соотношениях, мас.%: полиамидная нить 62,23-99,7; полимолочная кислота 0,20-30,52; фурагин 0,20-7,25 (патент РФ 115663, заявл. 01.11.11, опубл. 10.05.12, МПК A61L 17/12).Known biodegradable suture surgical material with a coating, where the core of the thread is a polyamide twisted or braided thread, and the film coating is a shell of a biodegradable polymer, which is polylactic acid containing the drug - furagin in ratios, wt.%: Polyamide thread 62,23-99 , 7; polylactic acid 0.20-30.52; furagin 0.20-7.25 (RF patent 115663, declared 01.11.11, publ. 10.05.12, IPC A61L 17/12).

Недостатком данного шовного материала является то, что в качестве основы используются полифиламентные нити, а полимолочная кислота биоразлагаемой оболочки при деградации закисляет окружающие ткани и приводит к развитию воспалительной реакции в зоне анастомоза. Кроме того, использование биоразлагаемых нитей не приемлемо для сосудистой хирургии, так как сроки деградации нити не позволяют сформироваться состоятельному рубцу.The disadvantage of this suture material is that multifilament filaments are used as the basis, and the polylactic acid of the biodegradable membrane acidifies surrounding tissues during degradation and leads to the development of an inflammatory reaction in the anastomosis zone. In addition, the use of biodegradable filaments is not acceptable for vascular surgery, since the timing of the degradation of the filament does not allow the formation of a wealthy scar.

Известна биологически активная полимерная композиция, предназначенная для покрытия медицинских устройств, состоящая из сополимера 3-гидроксибутирата и 3-гидроксивалерата и, по меньшей мере, одного биологически активного вещества из группы антибиотиков или нестероидных противовоспалительных препаратов (Патент РФ №2447902, МПК A61L 31/08, A61L 31/10, A61L 31/16, заявл. 21.07.10 г., опубл. 20.04.2012 г.). Дополнительно в состав полимерной композиции могут быть включены поверхностно активные вещества, полиэтиленгликоль или желатин. Недостатком данного решения является то, что используемый сополимер и биологически активное вещество имеют разную природу происхождения и не могут соединиться в единую композицию с одним растворителем, в результате чего биологически активное вещество может инактивироваться или вымываться естественной средой организма, не оказывая необходимого терапевтического эффекта.Known biologically active polymer composition intended for coating medical devices, consisting of a copolymer of 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxyvalerate and at least one biologically active substance from the group of antibiotics or non-steroidal anti-inflammatory drugs (RF Patent No. 2447902, IPC A61L 31/08 , A61L 31/10, A61L 31/16, claimed 21.07.10, published on 04.20.2012). Additionally, surfactants, polyethylene glycol or gelatin may be included in the polymer composition. The disadvantage of this solution is that the copolymer used and the biologically active substance have a different nature of origin and cannot be combined into a single composition with one solvent, as a result of which the biologically active substance can be inactivated or washed out by the natural environment of the body without providing the necessary therapeutic effect.

Наиболее близкой к заявляемому шовному материалу является нить, покрытая оболочкой, в состав которой входит сложный сополиэфир поли(β-гидроксибутират-со-β-гидроксивалерат) (ПГБВ) и биологически активное вещество из группы нафтазарина и/или производных нафтазарина, растворенных в одном растворителе (Патент РФ №2308295, МКП A61L 33/04, A61L 33/06, A61F 2/06, заявл. 19.07.2003, опубл. 20.10.2007 г.). Антитромботическое действие известной композиции основано на подавлении агрегации тромбоцитов и фибробластов производным нафтазарина, входящим в состав композиции. Недостатком данного изобретения является то, что нафтазарин и его производные являются субстанцией для лекарственных средств в основном противовоспалительного, антимикробного, противоожогового (ранозаживляющего) действия, помимо этого данные препараты обладают выраженным эффектом усиления пролиферации грануляционной ткани. Таким образом, наряду с антитромботическим эффектом нафтазарин может провоцировать рост неоинтимы в зоне сосудистого анастомоза, приводя к стенозам и последующим тромбозам.Closest to the claimed suture material is a filament coated with a poly (β-hydroxybutyrate-co-β-hydroxyvalerate) copolyester (PHBV) and a biologically active substance from the group of naphthazarin and / or naphthazarin derivatives dissolved in one solvent (RF patent No. 2308295, MKP A61L 33/04, A61L 33/06, A61F 2/06, filed July 19, 2003, published on October 20, 2007). The antithrombotic effect of the known composition is based on the suppression of platelet and fibroblast aggregation by the naphthazarin derivative included in the composition. The disadvantage of this invention is that naphthazarin and its derivatives are a substance for drugs mainly anti-inflammatory, antimicrobial, anti-burn (wound healing) effects, in addition to these drugs have a pronounced effect of enhancing the proliferation of granulation tissue. Thus, along with the antithrombotic effect, naphthazarin can provoke the growth of neointima in the zone of vascular anastomosis, leading to stenosis and subsequent thrombosis.

Техническим результатом изобретения является повышение гемо- и биосовместимости хирургического шовного материала, а также повышение его антитромботических характеристик за счет многослойной модификации шовного материала биоразлагаемым полимером и гепарином.The technical result of the invention is to increase the hemo- and biocompatibility of surgical suture material, as well as to increase its antithrombotic characteristics due to the multilayer modification of suture material with a biodegradable polymer and heparin.

В качестве основы для модификации используют нерассасывающиеся нити на основе полипропилена (полиолефина), который является наиболее инертным к тканям человека и является монофиламентной атравматичной нитью. Данный шовный материал послойно модифицируют раствором сополимера 3-гидроксибутирата/3-гидроксивалера и гепарина, нанесенного с помощью химической реакции.Non-absorbable sutures based on polypropylene (polyolefin), which is the most inert to human tissues and is a monofilament atraumatic suture, are used as the basis for modification. This suture material is modified layer by layer with a solution of a copolymer of 3-hydroxybutyrate / 3-hydroxyvalera and heparin deposited by a chemical reaction.

Наличие гепарина в составе покрытия придаст шовному материалу антитромботический эффект, так как гепарин является физиологическим антикоагулянтом и замедляет образование фибрина, при этом выделение гепарина в кровь осуществляется по мере биодеградации биополимера и обеспечивает длительный терапевтический эффект.The presence of heparin in the coating composition will add an antithrombotic effect to the suture material, since heparin is a physiological anticoagulant and slows down the formation of fibrin, while heparin is released into the blood as the biopolymer biodegrades and provides a long therapeutic effect.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен немодифицированный шовный материал, представленный монофиламентной нитью, где определяются продольные линейные шероховатости на поверхности нити. На фиг.2 изображен модифицированный гепарином шовный материал с гладкой, ровной поверхностью нити. На фиг.3 - шовный материал, послойно модифицированный ПГБВ и раствором гепарина, при этом поверхность шовного материала изменила свою структуру (стала более пористой), но целостность и равномерность покрытия осталась прежней.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows an unmodified suture material represented by a monofilament thread, which determines the linear linear roughness on the surface of the thread. Figure 2 shows a modified heparin suture material with a smooth, even surface of the thread. Figure 3 - suture material, layer-by-layer modified with PHBV and heparin solution, while the surface of the suture material changed its structure (became more porous), but the integrity and uniformity of the coating remained the same.

Антитромботический шовный материал для сердечно-сосудистой хирургии изготавливают следующим образом: навеску порошка сополимера ПГБВ растворяют в хлороформе до концентрации 1-6%, тщательно перемешивая в течение 2-х часов на магнитной мешалке с одновременным подогревом раствора до 30-35°C.Antithrombotic suture material for cardiovascular surgery is prepared as follows: a sample of the PHBV copolymer powder is dissolved in chloroform to a concentration of 1-6%, thoroughly mixing for 2 hours on a magnetic stirrer while heating the solution to 30-35 ° C.

Промышленно выпускаемую полипропиленовую мононить, для удаления замасливателей, выдерживают в течение 5 минут в смеси этилового спирта и безводного серного эфира (смесь Никифорова).The industrially produced polypropylene monofilament, to remove lubricants, is kept for 5 minutes in a mixture of ethyl alcohol and anhydrous sulfuric ether (Nikiforov mixture).

После этого нить помещают в модифицирующий раствор ПГБВ на 10 минут с последующим высушиванием в беспылевом боксе на протяжении 3 часов при комнатной температуре. После чего нить выдерживают в токе смеси воздуха и озона в течение 1 часа при комнатной температуре. Затем шовный материал оставляют в парах метакрилоилхлорида на 5 часов при температуре 85-90°C с последовательным погружением в раствор гепарина (1000 ЕД/мл) температурой 2-5°C на 10 часов и на 14 часов в раствор гепарина (1000 ЕД/мл) комнатной температуры. Окончательное высушивание проводят в беспылевом боксе при комнатной температуре до полного высыхания материала.After that, the thread is placed in a modifying solution of PHBV for 10 minutes, followed by drying in a dust-free box for 3 hours at room temperature. Then the thread is kept in a stream of a mixture of air and ozone for 1 hour at room temperature. Then the suture material is left in methacryloyl chloride vapors for 5 hours at a temperature of 85-90 ° C with successive immersion in a heparin solution (1000 PIECES / ml) at a temperature of 2-5 ° C for 10 hours and for 14 hours in a heparin solution (1000 PIECES ) room temperature. Final drying is carried out in a dust-free box at room temperature until the material has completely dried.

Предложенная модификация позволяет прочно закрепить два вещества разной природы между собой без разрушения и вымывания действующего вещества с сохранением пролонгированного лечебного эффекта. Модифицированный таким образом хирургический шовный материал приобретает удовлетворительные био- и гемосовместимые свойства, не оказывает отрицательного влияния на компоненты крови и позволяет профилактировать образование тромбов в зоне сосудистого анастомоза.The proposed modification allows you to firmly fix two substances of different nature to each other without destroying and leaching the active substance while maintaining a prolonged therapeutic effect. The surgical suture material modified in this way acquires satisfactory bio- and hemocompatible properties, does not adversely affect blood components, and prevents the formation of blood clots in the zone of vascular anastomosis.

Исследование модифицированного шовного материала на гемосовместимость показало, что в зоне сосудистого анастамоза отсутствовали эхиноциты, наблюдалось значительно меньшее количество адсорбированных форменных элементов крови. Кроме того, после контакта с кровью в зоне анастомозов, выполненных модифицированным и немодифицированным шовным материалом, выявлены различия сорбции протеинов. Так, после 40 минут контакта с кровью суммарное количество протеинов на образцах, прошитых модифицированным шовным материалом, достоверно меньше, чем на образцах, прошитых немодифицированной нитью, что свидетельствует о большей гемосовместимости модифицированного шовного материала (Табл.1).The study of the modified suture material for hemocompatibility showed that in the zone of vascular anastamosis there were no echinocytes, a significantly smaller amount of adsorbed formed blood elements was observed. In addition, after contact with blood in the area of anastomoses made with modified and unmodified suture material, differences in protein sorption were revealed. So, after 40 minutes of contact with blood, the total amount of proteins on samples stitched with modified suture material is significantly less than on samples stitched with unmodified thread, which indicates a greater hemocompatibility of the modified suture material (Table 1).

Таблица 1Table 1 Оценка количественного и качественного состава адсорбированных протеинов на поверхности образцов, прошитых шовным материаломAssessment of the quantitative and qualitative composition of adsorbed proteins on the surface of samples stitched with suture material Протеины (мкг/см²)Proteins (μg / cm ² ) Образец бесшовного материалаSeamless Material Pattern Немодифицированный шовный материалUnmodified suture material Модифицированный ПГБВ + гепаринModified PHBV + heparin Общее количество белкаTotal protein 895,91±51,42*895.91 ± 51.42 * 948,95±54,46948.95 ± 54.46 841,68±49,28*841.68 ± 49.28 * АльбуминAlbumen 529,00±43,12*529.00 ± 43.12 * 813,50±32,528 13.50 ± 32.52 549,74±17,78*549.74 ± 17.78 * ФибриногенFibrinogen 0,32±1,84*0.32 ± 1.84 * 0,58±0,160.58 ± 0.16 0,35±1,61*0.35 ± 1.61 * ИммуноглобулинImmunoglobulin 0,57±0,17*0.57 ± 0.17 * 0,71±0,020.71 ± 0.02 0,56±0,12*0.56 ± 0.12 * D-димерD-dimer 3,07±2,05*3.07 ± 2.05 * 12,12±3,8012.12 ± 3.80 3,73±1,21*3.73 ± 1.21 * Примечание: * - p<0,05 - относительно образцов, прошитых немодифицированным шовным материалом.Note: * - p <0.05 - relative to samples stitched with unmodified suture material.

Результаты идентификации адсорбированных белков свидетельствуют о том, что в зоне анастомозов, выполненных модифицированной нитью, альбумин адсорбируется меньше на 32,42%, фибриноген на 39,66%, иммуноглобулин на 21,13% и D-Dimer - на 69,23%. Анастомоз, выполненный модифицированной нитью, покрывается более равномерным белковым слоем, что является важным моментом при адаптации зоны анастомоза в сосудистом кровотоке.The results of the identification of adsorbed proteins indicate that albumin is adsorbed by 32.42% less, fibrinogen by 39.66%, immunoglobulin by 21.13% and D-Dimer by 69.23% in the zone of anastomoses made with a modified thread. An anastomosis made with a modified thread is covered with a more uniform protein layer, which is an important point in the adaptation of the anastomotic zone in the vascular blood flow.

Равномерность и целостность нанесенного покрытия до и после проведенных хирургических манипуляций оценивали при помощи сканирующей электронной микроскопии.The uniformity and integrity of the applied coating before and after the surgical procedures were evaluated using scanning electron microscopy.

На поверхности нити после модификации визуализировалось покрытие толщиной 3,9-8,5 микрон. Целостность нанесенного покрытия сохранялась после проведенных манипуляций.After modification, a coating with a thickness of 3.9-8.5 microns was visualized on the surface of the thread. The integrity of the coating was maintained after the manipulations.

Таким образом, послойное нанесение раствора ПГБВ и гепарина на поверхность шовного материала позволяет получить равномерное и прочное покрытие, обладающее выраженными антитромботическими свойствами.Thus, the layered application of a solution of PHBV and heparin on the surface of the suture material allows you to get a uniform and durable coating with pronounced antithrombotic properties.

Claims (3)

1. Шовный материал с антитромботическим покрытием, состоящий из полипропиленовой нити-основы, покрытой оболочками из раствора сополимера 3-гидроксибутирата/3-гидроксивалерата (ПГБВ) в концентрации 1-6%, и по меньшей мере одного антитромботического вещества, отличающийся тем, что покрытия шовного материала фиксируют при помощи химической реакции: для этого на первом этапе нить-основу погружают в раствор биополимера на 10 минут и высушивают при комнатной температуре 3 часа в беспылевом боксе, а затем на протяжении 1 часа в токе смеси воздуха и озона, после чего нить выдерживают в течение 5 часов в парах метакрилоилхлорида при температуре 85-90°C, а на втором этапе выполняют модификацию нити раствором гепарина (1000 ЕД/мл), при этом последовательно погружают ее в раствор гепарина температурой 2-5°C на 10 часов и на 14 часов в раствор гепарина комнатной температуры; окончательное высушивание шовного материала осуществляют в беспылевом боксе при комнатной температуре до полного высыхания материала.1. Suture material with an antithrombotic coating, consisting of a polypropylene filament-base, sheathed from a solution of a copolymer of 3-hydroxybutyrate / 3-hydroxyvalerate (PHBV) in a concentration of 1-6%, and at least one antithrombotic substance, characterized in that the coating suture material is fixed using a chemical reaction: for this, at the first stage, the warp thread is immersed in a biopolymer solution for 10 minutes and dried at room temperature for 3 hours in a dust-free box, and then for 1 hour in a stream of air mixture and about zone, after which the thread is kept for 5 hours in methacryloyl chloride vapors at a temperature of 85-90 ° C, and at the second stage, the thread is modified with a heparin solution (1000 PIECES / ml), while it is subsequently immersed in a heparin solution with a temperature of 2-5 ° C for 10 hours and for 14 hours in a room temperature heparin solution; the final drying of the suture material is carried out in a dust-free box at room temperature until the material is completely dry. 2. Шовный материал с антитромботическим покрытием по п.1, отличающийся тем, что толщина покрытия составляет 3,9-8,5 микрон при соотношении сополимера 3-гидроксибутирата/3-гидроксивалерата к гепарину не менее 50:1.2. Suture material with an antithrombotic coating according to claim 1, characterized in that the coating thickness is 3.9-8.5 microns with a ratio of copolymer of 3-hydroxybutyrate / 3-hydroxyvalerate to heparin of at least 50: 1. 3. Шовный материал с антитромботическим покрытием по п.1, отличающийся тем, что используется для высушивания смесь воздуха и озона, где массовая доля озона составляет 0,1-0,15%. 3. Suture material with an antithrombotic coating according to claim 1, characterized in that a mixture of air and ozone is used for drying, where the mass fraction of ozone is 0.1-0.15%.

Images