Результат интеллектуальной деятельности: Лечебный материал и способ его получения

Изобретение относится к области медицины, конкретно к производству материалов, содержащих наносеребро, а именно к изделиям для антибактериальной терапии и способу их получения, в том числе для производства лечебных материалов для лечения пациентов с широким спектром заболеваний.

Известен антибактериальный композиционный материал и способ его получения, содержащий серебро, локализованное на поверхности порошкообразного носителя, имеющего основный характер при толщине слоя серебра не менее 5 нм. В изобретении предложен также способ получения антибактериального композиционного материала, включающий предварительное тестирование образца на наличие основного характера поверхности и дальнейшее восстановление серебра на поверхности порошкового носителя из водного или водно-спиртового раствора нитрата серебра с концентрацией серебра 0,1-3,0% мас. раствором танина с концентрацией 0,05-2% мас. при комнатной температуре (патент РФ 2407550, МПК A61L 15/18, публ. 2010).

Недостатком этого средства является то, что в данном случае антибактериальный материал получают по двухстадийной технологии: сначала состав из водных или водно-спиртовых растворов нитрата серебра и танина, в котором образуется наноформа серебра, а затем введение в этот раствор носителя, имеющего основный характер, причем основность носителя необходимо предварительно определить по адсорбции органического растворителя.

Наиболее близким является средство, обладающее антимикробной активностью (патент РФ 2278669, МПК А61К 31/717, публ. 2006), включающее соединение водного раствора соли серебра с водным раствором природного полисахарида при перемешивании, при этом средство содержит природный полисахарид, соль серебра, щелочной агент.

Недостатком этого материала и способа его получения является то, что данное средство, содержащее наночастицы серебра, является лишь одним из компонентов бактерицидных покрытий, что усложняет технологию их получения, кроме того в состав средства входит гидроксид натрия, что требует тщательной многократной промывки и фильтрации с целью использования средства для наложения на рану.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, упрощение технологического процесса получения лечебного материала и повышение экологичности процесса, сохранение реологических свойств лечебного материала, а именно вязкости после стерилизации, увеличение срока годности материала, повышение эффективность его применения.

Для решения поставленной задачи при получении антибактериального материала, включающего соединение водного раствора нитрата серебра с водным раствором природного полисахарида при перемешивании, предложено предварительно в полисахарид вводить карбонат натрия, а затем при постоянном перемешивании вводить нитрат серебра при соотношении компонентов 8:1:1 соответственно. Затем полученную смесь выдерживать при температуре 20-40°С в течение 12-24 часов до получения стабильного коричневого цвета, после чего проводить γ-стерилизацию материала при 6-10 кГр.

При этом предложено следующее масс-процентное соотношение компонентов: нитрат серебра - 0,017-0,17%, полисахарид - 1,0-7,0%, карбонат натрия - 0,10-0,15%, вода - остальное.

Предложенная технология обеспечивает одностадийное получение антибактериального лечебного материала, позволяет (по сравнению с прототипом) повысить экологичность технологического процесса, т.к. не предполагает использования органических растворителей, дополнительной промывки, что влечет увеличение объема сточных вод.

Природные биополимеры-полисахариды, а именно используемые альгинат натрия, гиалуронат натрия и соли хитозана одновременно являются восстановителями серебра до наноформы, защитным коллоидом (стабилизатором композиции) и биологически активными компонентами, оказывающими лечебное (регенерирующее, гемостатическое) воздействие на поврежденные биологические ткани и способствующие пролонгации лечебного действия введенных в композицию компонентов: серебра в наноформе (антибактериальное действие), например цитостатиков и анальгетиков.

Учитывая указанные выше особенности композиции, возможно, при необходимости, введение других лекарственных субстанций в разработанный состав, например, цитостатика 5-фторурацила, получая одновременно цитостатический и антибактериальный эффект от предлагаемого средства, анестетик лидокаин, обеспечивающий разработанному средству одновременно анальгезирующее и антибактериальное действие. Таким образом, предлагаемая композиция дополнительно может быть использована для доставки лекарственных препаратов, например, в полости организма при различных заболеваниях.

Отсутствие морфологических признаков наличия рассматриваемых биополимеров в тканях в срок 35 суток, что говорит об их биодеградации, подтверждает целесообразность и эффективность применения, обеспечивая атравматичность и полную безопасность созданного материала.

Нанесение материала на текстильную основу позволяет также получить лечебные аппликации для поверхностного закрытия ран от окружающего воздействия.

Реализация предложенной технологии и получаемого материала будет способствовать расширению ассортимента лечебных материалов с бактериостатическими и другими лечебными свойствами для направленного пролонгированного высвобождения введенных в них субстанций препаратов к очагу поражения и повышению за счет этого эффективности лечения.

Заявителями спектрофотометрическим анализом и методом зондовой атомно-силовой микроскопии подтверждено образование и наличие наночастиц серебра в композиции.

На фиг. 1 изображена поверхность высохшей капли композиции, полученная с помощью зондовой микроскопии, подтверждающая образование наноразмерных частиц серебра (размер частиц 20-60 нм) в заявляемой композиции; на фиг. 2 - клинический этап эксперимента; на фиг. 3 - морфологический этап эксперимента (заявляемый состав на основе альгината натрия, наночастиц серебра и карбоната натрия); на фиг. 4 - морфологический этап эксперимента (заявляемый состав на основе альгината натрия, наночастиц серебра и карбоната.

Наличие наночастиц в предлагаемой композиции также иллюстрируется данными таблицы 1, где образование наночастиц серебра подтверждено спектрофотометрическим методом и характеризуется максимумом поглощения при длинах волн 400-420 нм, характерных для водных растворов наночастиц серебра (Егорова Е.М., Кубатиев А.А., Швец В.И.. Биологические эффекты наночастиц металлов. - М.: Наука, 2014. - с. 162).

γ - длина волны, соответствующая максимуму поглощения, нм

D - оптическая плотность при длине волны, соответствующая максимуму поглощения

Таким образом, заявители доказали экспериментально факт образования наноформы серебра в заявляемом материале при предлагаемом одностадийном способе его получения, что способствует увеличению бактериального эффекта от применения композиции, т.к. наноформа имеет большую бактериальную активность, чем ионная (например, в случае использование нитрата серебра и созданного на его основе фармпрепарата Argentum nitricum).

Исследование обсемененности разработанной композиции, подтверждающее ее антибактериальные свойства, показало, что в течение 8 недель обсемененность композиции не меняется. Если в композиции на основе альгината натрия обсемененность составляет 10³-10⁵ КОЕ/г, то в заявляемой композиции начальная обсемененность (до стадии γ-стерилизации) равна нулю и сохраняется в течение 8 недель исследования на этом уровне для всех изучаемых микроорганизмов, в то время как в композиции по прототипу - 4 недели (таблица 2).

Эффективность действия разработанной композиции подтверждалась в клиническом эксперименте на лабораторных животных. В качестве модели были взяты лабораторные животные - крысы линии Wistar, весом 250-300 гр., мужского пола. Создавался обширный дефект мягких тканей площадью 7,0 см². С целью предотвращения естественной раневой контракции края мягкотканого дефекта по периферии были фиксированы отдельными узловыми швами нитью Prolen 3/0 к внутреннему краю латексного кольца, диаметром 3 см. Рана заполнялась разработанной стерильной композицией и закрывалась стерильной марлевой салфеткой, фиксированной по периферии к латексному кольцу. Клинический этап эксперимента отражен на фиг. 2, где показан послеоперационный период: на 1 - 14-ые, 2 - 28-ые и 3 - 35-ые сутки. Заметно постепенное рубцевание раны.

При сравнении выраженности стимулирующего действия заявляемой композиции на регенеративные процессы в мягких тканях преимущество (по сравнению с композицией на основе альгината натрия) наблюдалось при объемном замещении приобретенного дефекта композицией с альгинатом натрия и серебром в наноформе, далее (в порядке убывания) альгинатом в сочетании с гиалуроновой кислотой и серебром в наноформе. Морфологический этап эксперимента подтверждают фиг. 3, 4.

Использование в заявляемой композиции на основе альгината натрия наночастиц серебра, обладающих антибактериальной активностью, снижает уровень инфицирования раны и синергично активизирует репаративный процесс, что подтверждает целесообразность и эффективность ее применения.

Разработанная композиция сохраняет свои реологические характеристики (вязкость, сПз) в течение 8 недель после приготовления, что положительно отличает ее от прототипа и композиции, содержащей только альгинат натрия, и является очень важным для реализации технологии фактом. Исследования по зависимости динамической вязкости предлагаемой композиции от скорости сдвига приведены в таблице 3 и подтверждают ее стабильность на стадии приготовления до стадии γ-стерилизации.

В связи с тем, что в предлагаемом способе антибактериальное средство создается по одностадийной технологии, очень важен вопрос его стерилизации, т.к. лечебное изделие, накладываемое на рану (слизистую), должно быть стерильным.

Отличительным свойством предлагаемой композиции является сохранение ее реологических свойств (характеризуется изменением вязкости) после стадии γ-стерилизации. Известно существенное снижение вязкости водной композиции на основе альгината натрия при γ-стерилизации, происходящее за счет радиолиза (Колаева А.В., Гусев И.В., Хлыстова Т.С., Валуева М.И., Фенин А.А., Быркина Т.С., Олтаржевская Н.Д. Разработка технологии стерилизации гидрогелевых лечебных материалов на основе альгината натрия. // Бутлеровские сообщения. - 2014. - Т. 38. - №4. - с. 73-78.). В заявляемой композиции не происходит снижения вязкости в результате γ-стерилизации в дозе 6-10 кГр. Реологические свойства остаются стабильными, что очень важно для дальнейшего использования заявляемой композиции, в том числе в медицинской практике.

Положительным отличием разработанной в заявке композиции от прототипа является более низкое значение рН, а именно 8,0-8,5 по сравнению с 11,0. Это позволяет использовать композицию для непосредственного наложения на поврежденные ткани.

Получение предлагаемой композиции показано на конкретных примерах.

Пример 1.

Аналитическую навеску порошка альгината натрия 7,0 г, что соответствует 7% масс., при перемешивании вводят в 93 мл дистиллированной воды t=20-25°C, выдерживают 5-6 часов при периодическом (1 раз в 30 минут) перемешивании, параллельно готовят 0,1 М раствор нитрата серебра путем введения аналитической навески 1,7 г, что соответствует 1,7% масс., в 98,3 мл дистиллированной воды при t=20-25°C и перемешивании до растворения кристаллов нитрата серебра и получения раствора, и готовят 0,1 М раствор карбоната натрия путем введения аналитической навески 1,1 г, что соответствует 1,1% масс., в 98,9 мл дистиллированной воды при t=20-25°С и перемешивании до растворения соли. Затем к 7% масс. раствору альгината натрия (80 г), что соответствует 5,6% масс. во всей композиции, медленно при перемешивании вводят 1,1% масс. раствор карбоната натрия (10 мл), что соответствует 0,11% масс. во всей композиции, перемешивают до получения однородной консистенции, после чего вводят 1,7% масс. раствор нитрата серебра (10 мл), что соответствует 0,17% во всей композиции, и перемешивают. После чего композицию выдерживают в течение 24 часов до получения стабильного коричневого цвета композиции, характеризующего наличие наночастиц; далее присутствие наночастиц серебра подтверждают спектрофотометрически при длине волны 350-500 нм. Упакованный материал подвергают γ-стерилизации дозой 6 кГр.

Пример 2.

Аналитическую навеску порошка гиалуроната натрия 2 г, что соответствует 2% масс., при перемешивании вводят в 98 мл дистиллированной воды t=25-30°C, выдерживают 5-6 часов при периодическом (1 раз в 30 минут) перемешивании, параллельно готовят 0,01 М раствор нитрата серебра путем введения аналитической навески 1,7 г, что соответствует 1,7% масс., в 98,3 мл дистиллированной воды при t=25-30°С и перемешивании до растворения кристаллов нитрата серебра и получения раствора, и готовят 0,1 М раствор карбоната натрия путем введения аналитической навески 1,1 г, что соответствует 1,1% масс, в 98,9 мл дистиллированной воды при t=25-30°C и перемешивании до растворения соли. Затем к 2% масс. раствору гиалуроната натрия (80 г), что соответствует 1,6% масс. во всей композиции, медленно при перемешивании вводят 1,1% масс. раствор карбоната натрия (10 мл), что соответствует 0,11% масс. во всей композиции, перемешивают до получения однородной консистенции, после чего вводят 1,7% масс. раствор нитрата серебра (10 мл), что соответствует 0,17% во всей композиции, и перемешивают. После чего композицию выдерживают в течение 24 часов до получения стабильного коричневого цвета композиции, характеризующей наличие наночастиц; далее присутствие наночастиц серебра подтверждают спектрофотометрически при длине волны 350-500 нм. Упакованный материал подвергают γ-стерилизации дозой 10 кГр.

Пример 3.

Аналитическую навеску порошка сукцината хитозана 2 г, что соответствует 2% масс., при перемешивании вводят в 98 мл дистиллированной воды t=25-40°С, выдерживают 5-6 часов при периодическом (1 раз в 30 минут) перемешивании, параллельно готовят 0,01 М раствор нитрата серебра путем введения аналитической навески 0,17 г, что соответствует 0,17% масс., в 98,3 мл дистиллированной воды при t=25-40°С и перемешивании до растворения кристаллов нитрата серебра и получения раствора, и готовят 0,1 М раствор карбоната натрия путем введения аналитической навески 0,11 г, что соответствует 0,11% масс., в 98,9 мл дистиллированной воды при t=25-40°С и перемешивании до растворения соли. Затем к 2% масс. раствору сукцината хитозана (80 г), что соответствует 1,6% масс. во всей композиции медленно при перемешивании вводят 0,11% масс. раствор карбоната натрия (10 мл), что соответствует 0,011% масс., перемешивают до получения однородной консистенции, после чего вводят 0,17% масс, раствор нитрата серебра (10 мл), что соответствует 0,017% во всей композиции, и перемешивают. После чего композицию выдерживают в течение 24 часов до получения стабильного коричневого цвета композиции, характеризующей наличие наночастиц; далее присутствие наночастиц серебра подтверждают спектрофотометрически при длине волны 350-500 нм. Упакованный материал подвергают γ-стерилизации дозой 6 кГр.

Пример 4.

В предлагаемую композицию, полученную по предлагаемому способу, вводят лекарственное средство (5-фторурацил, концентрация 2% масс.), а затем упакованный материал подвергают γ-стерилизации дозой 8 кГр. Полученный материал не теряет своих лекарственных свойств до 24 месяцев.

Пример 5.

На образец текстильного материала из целлюлозных волокон наносят композицию, полученную по способу, описанному в примерах 1-4, после чего высушивают при t=20-40°С. Упакованный материал подвергают γ-стерилизации дозой 10 кГр.

Пример 6.

В предлагаемую композицию, полученную по предлагаемому способу, вводят лекарственное средство (лидокаин, концентрация 2% масс.), а затем упакованный материал подвергают γ-стерилизации дозой 8 кГр. Полученный материал не теряет своих лекарственных свойств до 24 месяцев.

Предлагаемая композиция и способ ее получения позволяют существенно упростить технологию и экологичность получения лечебных материалов, увеличить время их сохраненности как до стадии стерилизации, так и после нее, расширить ассортимент лечебных материалов как за счет образования в композиции наночастиц серебра размерности 10-60 нм, так и за счет возможности введения различных лекарственных препаратов.

Отсутствие морфологических признаков наличия рассматриваемых биополимеров в тканях в срок 35 суток подтверждает целесообразность и эффективность применения, обеспечивая атравматичность и полную безопасность созданного материала.

Нанесение материала на текстильную основу позволяет также получить лечебные аппликации для поверхностного закрытия ран от окружающего воздействия.

Образование в альгинате натрия наночастиц серебра, обладающих антибактериальной активностью, снижает уровень инфицирования раны и вместе с альгинатом натрия активизирует репаративный процесс, также и другие используемые природные полимеры-полисахариды.

При сравнении выраженности стимулирующего действия разработанных лечебных композиций на регенеративные процессы в мягких тканях наблюдалась заметная эффективность в ускорении регенерации при объемном замещении приобретенного дефекта гелем с альгинатом натрия и наночастицами серебра, также альгинатом в сочетании с гиалуроновой кислотой и наночастицами серебра.