Результат интеллектуальной деятельности: Биологический сосудистый протез с усиливающим внешним каркасом

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии и может быть использовано для протезирования сосудов малого диаметра.

Проведение операций реваскуляризации в настоящее время является актуальным направлением решения проблемы атеросклероза различных сосудистых бассейнов при критических ишемиях, а также венозной недостаточности. «Золотым стандартом» при проведении таких операций является использование аутологичного нативного сосуда. Однако, вследствие недостатка собственного сосудистого материала широкое распространение в хирургической практике получили синтетические протезы и протезы биологического происхождения, в частности сосуды крупного рогатого скота. При протезировании крупных артерий диаметром 8 мм и более используют высоко технологичные синтетические материалы. В то же время, синтетические сосуды малого диаметра подвержены тромботическим осложнениям, что связано с более низкой скоростью кровотока, нарушением внутрисосудистой гемодинамики вследствие различия упруго-деформативных свойств искусственных материалов и нативной стенки артерий человека, а также из-за высокой гидрофобности современных полимерных материалов.

Биологические протезы имеют определенные преимущества перед синтетическими за счет их близости по механическим и функциональным характеристикам к тканям пациента: эластичность, податливость, прочность, гемосовместимость. Тем не менее, имеющийся опыт показывает, что клиническое использование биологических сосудов в значительном числе случаев приводит к патологическому растяжению сосудистой стенки - образованию аневризм, и необходимости повторной операции. Данный недостаток биопротезов возможно нивелировать при помощи армирования сосудистой стенки биоинертными материалами и конструкциями (полимерами, металлическими сетками, спиралями, армирующими слоями).

Известен сосудистый протез, состоящий из пористой политетрафторэтиленовой трубки, содержащей антикоагулянтное вещество, в качестве которого используют гепарин или его производные, покрытый снаружи пористым эластомерным слоем (Pat. US 4321711: Int. Cl. AF1/24. Vascular prosthesis / Mano H. (Japan); Assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd. (Japan), appl. no. 84323, filed: 12.10.1979, date of patent 30.03.1982). Описанная конструкция способна обеспечивать плавный ток крови, контролировать клеточный рост на внутренней поверхности сосудистого графта и надежно связываться с окружающими тканями благодаря пористости структуры. Антикоагулянтный компонент указанного трансплантата способен минимизировать риски тромботических осложнений, связанных с синтетической природой полимера, используемого в составе. Внутренний диаметр данного устройства варьирует в пределах от 2 до 6 мм. К недостаткам конструкции можно отнести риски тромбообразования в отдаленном послеоперационном периоде, ввиду вымывания антитромботического компонента, а также разницу в гемодинамических и физико-механических характеристиках синтетической и нативной стенок сосуда.

Известно устройство, представляющее собой биологическую часть с наружной усиливающей синтетической оболочкой, изготовленной методом электроспиннинга из биостабильных полимеров или полимеров с длительным сроком деградации (пат. РФ 173457 A61F 2/06 Биологический артериальный протез малого диаметра с наружным усилением [Текст] / Барбараш Л.С.(RU), Антонова Л.В. (RU), Кудрявцева Ю.А. (RU), Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний" (НИИ КПССЗ) (RU) - 2016125920; заявл. 28.06.2016; 28.08.2017 Бюл. №25 - стр. 3). Данная оболочка служит для нанесения на биологическую часть, представленную ксеногенными артериями/венами крупного рогатого скота, консервированные химическими агентами. Конструкция предполагает два способа нанесения усиливающей части: непосредственное формирование наружной оболочки на стенку сосуда во время электроспиннинга или изготовление нетканого полотна и обертывание им биологической части сосудистого протеза. Недостатком первого способа нанесения усиливающей части сосудистого протеза является длительность процесса, что может привести к потере влаги биологического материала, изменив его исходные механические и биологические параметры. Во втором случае при создании армирующей оболочки невозможно достичь удовлетворительного контакта усиливающего слоя с биологической частью протеза, что приведет к неполному прилеганию полотна к сосуду, т.е. не позволит воспроизвести его наружный рельеф и в недостаточной мере окажет армирующее действие. Кроме того, к недостаткам конструкции относятся ограниченная изгибная жесткость усиливающего слоя, полученного описанным способом, а хаотичность паттерна усиливающего слоя может привести к неоднородному распределению напряжений в системе и снижению стабильности конструкции.

Известен способ армирования, реализованный в конструкции биологического протеза артерий, выполненного из ксеногенных артерий/вен или аллогенных артерий/вен с внешней усиливающей сетчатой облицовкой (пат. РФ 176368 кл. A61F 2/06, Биологический протез артерий с наружным усилением [Текст] / Барбараш Л.С. (RU), Кусяк В.А. (RU), Щеглова Н.А. RU); правообладатель Закрытое акционерное общество "НеоКор" (ЗАО "НеоКор") (RU), Барбараш Л.С.(RU) - №2016125919, заявл. 28.06.2016; опубл. 17.01.2018 Бюл. №2). При этом, наружную облицовку артериального протеза выкраивают из сетчатого трикотажного полотна, изготовленного из биосовместимого материала, такого как полипропилен, политетрафторэтилен, полиэфир и пр. и фиксируют к адвентициальной оболочке биологической части сосуда непрерывным стачным швом в центральной зоне протеза. Дополнительно предложенное устройство может быть комбинировано наружной усиливающей облицовкой из сетчатого трикотажного полотна и спиралевидной оплеткой пористой структуры, выполненной методом электроспиннинга или выкроенное из политетрафторэтилена (ПТФЭ). К недостаткам настоящего устройства можно отнести присутствие стачного шва в центральной зоне протеза, и фиксирующих швов, создающих дополнительные узлы напряжения в конструкции, ограничивая стабильность устройства, а также невозможность достичь удовлетворительного контакта усиливающего слоя с биологической частью протеза, что приведет к неполному прилеганию полотна к сосуду и снижению армирующих свойств конструкции.

Известен способ армирования артериального биологического протеза при помощи сетчатого полотна, состоящего из химически обработанного ауто-, алло- или ксеногенного сосуда, при этом фиксация сетчатого слоя к биологической части проводится в дистальной и проксимальной точках сосудистого протеза (пат. РФ 148490 кл. A61F 2/02, Артериальный биологический протез с наружным усилением [Текст] / Журавлева И.Ю. (RU); правообладатель И.Ю. Журавлева (RU). - №2014119950/14; заявл. 16.05.14; опубл. 10.12.14, Бюл. №34. - стр. 3). Усиливающий элемент может быть выполнен из полиэфирного трикотажного полотна медицинского назначения, а также из биологически инертной полимерной или металлической сетки и фиксируется по всей длине биопротеза продольным непрерывным швом без захвата в шов биологической части протеза. К недостаткам конструкции можно отнести нарушение функциональной целостности усиливающей облицовки, и отслоение ее от биологической части протеза вследствие распускания непрерывного продольного шва наружной оболочки при подрезании сосудистого трансплантата до необходимой длины, во время хирургического вмешательства. Ограниченная изгибная жесткость тканого полотна также является недостатком описанного технического решения.

Известен способ формирования многослойного трубчатого протеза, состоящего из внутреннего и внешнего пористых слоев на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и промежуточного усиливающего каркаса в форме спирали или колец, образованного ПТФЭ или металлами (Pat. ЕР 2298241А2, Int CI.: A61F 2/06, Multi-stage prothesis / Gingras P., (US), Markatos P. (US), Herweck S.A. (US), Applicant: Atrium Medical Corporation (US), Inventors: Karwoski T. (US), appl. no. 10012231.6, date of publication: 23.03.2011, bull. 2011/12). При этом обеспечивается плотное соединение слоев конструкции, шаг образующей каркас спирали предполагается около 3 мм для удобства фиксации шовным материалом при имплантации. К недостаткам указанного технического решения можно отнести возможность расслаивания полученной конструкции в процессе фиксации сосуда при имплантации, а также высокий риск тромбообразования, ввиду синтетической природы внутреннего слоя сосудистого протеза.

Еще один многослойный сосудистый протез, армирующим элементом которого является спираль, имеет в основе биологическую составляющую и поддерживающие каркасы спиральной формы по внутреннему и внешнему диаметру конструкции (Pat. US 005865723 A1, Int. Cl.: A61F 2/04, Method and apparatus for forming vascular prostheses / Charles S.L. (US), assignee: Ramus Medical Technologies (US), appl. no. 580,582, filed: Dec. 29, 1995, date of patent Feb. 2, 1999). Сосудистый протез состоит из листа перикардиальной, фасциальной или другой ткани. Опорный каркас изготовлен из нержавеющей стали. Усиливающая спираль также может быть сформирована из термопластов, имеющих требуемые параметры прочности и гибкости или из металлов, покрытых полиэфиром (дакроном) с целью повышения биосовместимости и снижения иммуногенности конструкции. Недостатком данного технического решения является риск протечки сосуда в зоне наложения листа ткани при формировании цилиндрической структуры, а также риск нарушения гемодинамики потока и тромбообразования ввиду непосредственного контакта синтетического или металлического материала внутреннего слоя опорного элемента с компонентами крови.

Наиболее близким техническим решением является трубчатая сосудистая конструкция, состоящая из децеллюляризированного внеклеточного матрикса млекопитающего, и имеющая проксимальный и дистальный концы, внешнюю поверхность и просвет (Pat. US 20150081010А1, Int. Cl.: A61L 27/54, A6L 27/36, Reinforced vascular prostheses / Robert G.M. (US), appl. no. 14/337,915, filed 22.07.14, date of patent 19.03.15). Сосудистый трансплантат дополнительно имеет усиливающий элемент, который представляет собой полимерную нить, нанесенную на внешнюю поверхность протеза. Согласно изобретению, усиливающая нить может содержать биосовместимые и биодеградируемые полимерные материалы: полигидроксиалконаты (РНА), полилактиды (PLLA) и полигликолиды (PLEA) и их сополимеры, полиангидриды и другие подобные полимеры. В некоторых вариантах осуществления армирующая нить также может быть изготовлена из биосовместимого металла. К недостаткам данной конструкции можно отнести способ формирования армирующего слоя, который не предполагает повторения рельефа внешней поверхности и строгой регулярности структуры. Другим недостатком является биодеградируемая природа полимерного каркаса, что в случае использования консервированного ксеноматериала не снижает риска возникновения аневризм при длительном сроке функционирования сосудистого протеза, в результате деградации армирующего слоя.

Техническим результатом предлагаемого биологического сосудистого протеза является создание усиливающего внешнего каркаса с регулярной структурой, максимально повторяющего рельеф сосуда, не требующего дополнительной фиксации соединительными швами и предающего дополнительную изгибную жесткость биологической основе. Технический результат достигается за счет способа формирования усиливающего внешнего каркаса - экструзии непосредственно на внешнем слое биологической части сосудистого протеза. Две противоположно направленных спирали при этом сплавляются между собой в местах пересечения, образуя стабильный усиливающий внешний каркас в формате сетки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен вариант усиливающего внешнего каркаса сосудистого протеза, выполненный в виде одинарной спирали, при этом 1 - биологическая часть технического решения (сосудистый протез), подвергаемая армированию, 2 - усиливающий внешний каркас;

На фиг. 2 изображен вариант исполнения, имеющий усиливающий внешний каркас в формате двух взаимно пересекающихся спиралей;

На фиг. 3 изображен укрупненный вид пересечения спиралей, при этом 3 - спайка, образующаяся на месте пересечения двух спиралей, обеспечивающая плотное соединение;

На фиг. 4 вариант исполнения усиливающего внешнего каркаса, выполненного в виде четырех взаимно пересекающихся спиралей;

На фиг. 6 изображен укрупненный вид замкнутого кольцевого элемента, завершающего усиливающий внешний каркас;

На фиг. 5 изображена спираль усиливающего внешнего каркаса, отдельно от биологической части, имеющая собственную форму.

На фиг. 6 изображено техническое решение с усиливающим внешним каркасом с кольцевыми элементами - 4.

Предлагаемое техническое решение представляет собой модель биологического сосудистого протеза, состоящего из биологической части 1 - консервированного эпоксисоединениями, глутаровым альдегидом или другими стабилизирующими агентами, сосудистого материала крупного рогатого скота, децеллюляризированного ксеноматериала, ауто- и алломатериала (артерий и вен), и усиливающего внешнего каркаса 2, формируемого методом экструзии из биосовместимого, термопластичного полимера на поверхности трансплантата. Усиливающий внешний каркас при этом может иметь различные формы, единицей которых является спираль 2 (одинарная спираль, двойная обратная спираль, тройная обратная спираль и др.). Предложенный биологический протез артериальных сосудов с усиливающим внешним каркасом предотвращает возникновение нежелательного расширения в стенке сосуда и деформаций в отдаленном послеоперационном периоде, а также является дополнительной поддерживающей кольцевой конструкцией 4, позволяющей биопротезу сохранять просвет в местах, подверженных перегибам. Отличительной особенностью усиливающего внешнего каркаса является собственная жесткость спирали 4, что обеспечивает дополнительную поддержку биологической составляющей протеза, а также возможность повторения поверхностной структуры сосуда в результате непосредственного формирования каркаса на биологической части. Формирование обратной спирали сопровождается образованием спайки 3 в местах пересечения спиралей за счет уникальности способа нанесения (экструзии), предавая усиливающему внешнему каркасу дополнительную стабильность, данная особенность также отличает предлагаемое решение от аналогичных. Ввиду физико-механических свойств спиралей, усиливающий внешний каркас позволяет сосудистому протезу повторять комплаентность нативного сосуда и не препятствует формированию соединительной ткани вокруг имплантированного сосуда. Шаг и толщина, а также количество спиралей задаются относительно параметров исходной биологической основы и механических свойств использующегося при создании усиливающего внешнего каркаса полимерного материала. При этом величина шага спиралей находится в интервале 1-10 мм, толщина нити варьирует в пределах от 0,1 до 1 мм. В качестве полимерного материала при изготовлении усиливающего внешнего каркаса 2 могут быть использованы биосовместимые, биостабильные термопласты: полипропилены, полиэфиры (полиэтилентерефталат и др.), полиакрилаты (полиметилметакрилат и др.), фторопласты (поливинилиденфторид и др.), полиамиды, полиуретаны, сополимеры различного состава и другие подобные полимерные соединения; а также биодеградируемые полимеры, такие как полигидроксиалконаты, полилактиды, полигликолиды, поликапролактон, полиангидриды и их сополимеры. В краевой части предлагаемый усиливающий внешний каркас завершен замкнутым кольцевым элементом, который при наложении фиксирующего шва в зоне анастомоза может быть захвачен швом.

В ходе натурального эксперимента, создания прототипов сосудистого протеза с усиливающим внешним каркасом показано, что шаг спирали менее 0,1 мм не обеспечивает создание стабильной структуры усиливающего внешнего каркаса, вследствие чрезмерной плотности намотки, что приводит к нерегулярности слоя.

Кроме того, в ходе данного эксперимента показано, что шаг более 10 мм не обеспечивает качественного повторения рельефа поверхности усиливаемого сосудистого протеза вследствие формирования низкой плотности намотки усиливающего внешнего каркаса.

В ходе численных расчетов показано, что толщина нити менее 0,1 мм не обеспечивает достижения заявленного результата - создание регулярной, стабильной структуры усиливающего внешнего каркаса, вследствие невозможности образования сплавлений нитей спиралей. Аналогичный расчет показал, что при увеличении толщины нити более 10 мм, данный усиливающий внешний каркас не может быть сформирован даже при максимально возможном шаге спирали (10 мм) вследствие взаимного перекрытия соседних витков спиралей друг другом.