Preview

Вестник трансплантологии и искусственных органов

Расширенный поиск

БИОСТАБИЛЬНОСТЬ И ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ СШИТЫХ БИОПОЛИМЕРОВ

https://doi.org/10.15825/1995-1191-2018-1-79-85

Полный текст:

Аннотация

Увеличение биостабильности медицинских изделий/материалов на основе белков и их производных, в том числе резорбируемых 2Dи 3D-матриксов для тканевой инженерии и регенеративной медицины, достигается в основном сшивкой глутаровым альдегидом (ГА). Одним из серьезных недостатков стабилизированных ГА изделий является их цитотоксичность, обусловленная следовыми количествами ГА, трудно удаляемых из сшитых биополимерных матриксов, поэтому поиск химических и физических способов сшивки таких медицинских изделий остается актуальной задачей.

Цель: сравнить влияние различных методов сшивки на цитотоксичность образцов из коллагена и желатина.

Материалы и методы. Образцы в виде пленок диаметром 30 мм и толщиной ~150 мкм получали методом полива из раствора склерального коллагена (СК) сельскохозяйственных животных I типа или желатина с последующей сушкой при 37 °С до постоянного веса на воздухе. Образцы пористых матриксов в виде трубок из смеси желатина и полиоксибутирата-ко-валерата в соотношении 2 : 1 по весу получали методом электроспиннинга. Исследовали цитотоксичность образцов, структурно стабилизированных пятью способами: 1) дегидротермосшивкой при остаточном давлении 10–20 мм рт. ст. и температуре 120 °С; 2) введением ГА непосредственно в раствор биополимера; 3) парами ГА; 4) парами ГА с последующей инкубацией в фосфатно-солевом буфере (ФСБ) при рН = 7,4; 37 °С; 24 ч; 5) парами ГА с последующей инкубацией в 0,1% растворе лизина при рН = 7,4; 37 °C; 24 ч или в среде DMEM. Цитотоксичность образцов оценивали согласно требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ ISO 10993-5-2011 на культуре фибробластов мыши линии NIH 3Т3 с использованием экстрактов из образцов (37 °С; 24 ч) и методом прямого контакта образцов с этими клетками.

Результаты. Дегидротермообработанные матриксы показали полное отсутствие цитотоксичности. Образцы, фиксированные в растворе ГА в интервале концентраций от 0,01 до 1,0%, проявляли высокий уровень цитотоксичности, не удовлетворяющий требованиям ГОСТ ISO 10993-5-2011. Фиксация коллагеновых и желатиновых матриксов парами ГА в течение 48 ч оказывает минимальное влияние на их цитотоксичность, но с увеличением времени обработки до 72 часов цитотоксичность возрастает до уровня «резкая». При последующей инкубации цитотоксичных образцов из желатина в ФСБ наблюдали снижение цитотоксичности до уровня, удовлетворяющего требованиям ГОСТ ISO 10993-5-2011. Для аналогичного снижения цитотоксичности пленок из коллагена, обработанных парами ГА в течение более 48 ч, требовалась дополнительная инкубация в растворе лизина.

Заключение. Метод дегидротермосшивки является оптимальным с точки зрения отсутствия цитотоксичности стабилизированных биополимеров, однако область его применения ограничена риском воздействия высоких температур на медико-технические свойства изделий. Фиксация в парах ГА является универсальным и достаточно простым способом обработки медицинских изделий или покрытий на основе биополимеров, но не решает вопрос их цитотоксичности при временах обработки, превышающих 48 ч. Снизить степень цитотоксичности изделий, стабилизированных парами ГА, до значений, удовлетворяющих требованиям ГОСТ ISO 10993-5-2011, позволяет отмывка в буферном растворе в случае желатина или обработка раствором аминокислоты (лизина) в случае коллагена.

Об авторах

Е. А. Немец
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия

Немец Евгений Абрамович

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1



А. П. Панкина
АНО «Институт медико-биологических исследований и технологий»
Россия
Москва


В. А. Сургученко
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия
Москва


В. И. Севастьянов
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России
Россия
Москва


Список литературы

1. Волкова ТГ, Севастьянов ВИ, Шишацкая ЕИ. Полиоксиалканоаты – биоразрушаемые полимеры для медицины. Ред. В.И. Шумаков. Новосибирск: СО РАН, 2003: 8–36

2. Vert M. Degradable and bioresorbable polymers in surgery and in pharmacology: beliefs and facts. J. Mater. Sci.: Materials in Medicine. 2009; 20: 437–446.

3. Tsujimoto H, Tanzawa A, Matoba M, Hashimoto A, Suzuki S, Morita S et al. The anti-adhesive effect of thermally cross-linked gelatin fi lm and its infl uence on the intestinal anastomosis in canine models. J. Biomed. Mater. Res. Part B: Appl. Biomater. 2013; 101: 99–109.

4. Goissis G, Suzigan S, Parreira DR. Preparation and characterization of collagen-elastin matrices from blood vessels intended as small diameter vascular grafts. Artif. Organs. 2000; 24: 217–223.

5. Wess TJ, Orgel JP. Changes in collagen structure: drying, dehydrothermal treatment and relation to long term deterioration. Thermochimica Acta. 2000; 365: 119–128.

6. Park S, Kim SH, Lim HG, Lim C, Kim YJ. The anti-calcifi cation effect of dithiobispropionimidate, carbodiimide and ultraviolet irradiation cross-linking compared to glutaraldehyde in rabbit implantation models. Korean J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2013; 46: 1–13.

7. Charulatha V, Rajaram A. Infl uence of different crosslinking treatments on the physical properties of collagen membranes. Biomaterials. 2003; 24: 759–767.

8. Weadock KS, Miller EJ, Bellincampi LD, Zawadsky JP, Dunn MG. Physical crosslinking of collagen fi bers: Comparison of ultraviolet irradiation and dehydrothermal treatment. J. Biomed. Mater. Res. 1995; 29: 1373–1379.

9. Powell HM, Boyce ST. EDC cross-linking improves skin substitute strength and stability. Biomaterials. 2006; 27: 5821–5827.

10. Zeugolis DI, Paul GR, Attenburrow G. Cross-linking of extruded collagen fi bers – A biomimetic three-dimensional scaffold for tissue engineering applications. J. Biomed. Mater. Res. 2009; 89A: 895–908.

11. Sundararaghavan HG, Monteiro GA, Lapin NA, Chabal YJ, Miksan JR, Shreiber DI. Genipin-induced changes in collagen gels: Correlation of mechanical properties to fl uorescence. J. Biomed. Mater. Res. 2008; 87: 308–320.

12. Wu X Black L, Santacana-Laffi tte G, Patrick CW.Jr. Preparation and assessment of glutaraldehyde-crosslinked collagen-chitosan hydrogels for adipose tissue engineering. J. Biomed. Mater. Res. 2007; 81: 59–65.

13. Slusarewicz P, Zhu K, Hedman T. Kinetic characterization and comparison of various protein crosslinking reagents for matrix modifi cation. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2010; 21: 1175–1181.

14. Parenteau-Bareil R, Gauvin R, Berthod F. Collagenbased biomaterials for tissue engineering applications. Materials. 2010; 3: 1863–1887.

15. Guldner NW, Jasmund I, Zimmermann H, Heinlein M, Girndt B, Meier V. et al. Detoxifi cation and endothelialization of glutaraldehyde-fi xed bovine pericardium with titanium coating: a new technology for cardiovascular tissue engineering. Circulation. 2009; 119: 1653–1660.

16. Fathima NN, Baias M, Blumich B, Ramasami T. Structure and dynamics of water in native and tanned collagen fi bers: effect of crosslinking. Int. J. Biol. Macromol. 2010; 47: 590–596.

17. Martinez AW, Caves JM, Ravi S, Li W, Chaikof EL. Effects of Crosslinking on the Mechanical Properties Drug Release, and Cytocompatibility of Protein Polymers. Acta Biomater. 2014; 10: 26–33.

18. Umashankar PR, Arun T, Kumari TV. Short duration gluteraldehyde cross linking of decellularized bovine pericardium improves biological response. J. Biomed. Mater. Res. 2011; 97А: 311–320.

19. Немец ЕА, Панкина АП, Севастьянов ВИ. Cравнительный анализ способов повышения биостабильности пленок коллагена. Перспективные материалы. 2017; 3: 26–32.

20. Межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 10993-52011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследование на цитотоксичность: методы in vitro». 2013.

21. Межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 10993-12011 «Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 1. Оценка и исследования». 2013. Interstate standard GOST ISO 10993-1-2011 «Medical products. Assessment of the biological effects of medical devices. Part 1. Evaluation and research». 2013.

22. Zhu B, Li W, Chi N, Lewis RV, Osamor J, Wang R. Optimization of Glutaraldehyde Vapor Treatment for Electrospun Collagen/Silk Tissue Engineering Scaffolds. ACS Omega. 2017; 2: 2439−2450.

23. Braile MC, Carnevalli NC, Goissis G, Ramirez VA, Braile DM. In vitro properties and performance of glutaraldehydecrosslinked bovine pericardial bioprostheses treated with glutamic acid. Artif. Organs. 2011; 35: 497–501.


Для цитирования:


Немец Е.А., Панкина А.П., Сургученко В.А., Севастьянов В.И. БИОСТАБИЛЬНОСТЬ И ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ МЕДИЦИНСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ СШИТЫХ БИОПОЛИМЕРОВ. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2018;20(1):79-85. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2018-1-79-85

For citation:


Nemets E.A., Pankina A.P., Surguchenko V.A., Sevastianov V.I. BISTABILITY AND CYTOTOXICITY OF MEDICAL DEVICES BASED ON CROSS-LINKED BIOPOLYMERS. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2018;20(1):79-85. (In Russ.) https://doi.org/10.15825/1995-1191-2018-1-79-85

Просмотров: 206


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1995-1191 (Print)
ISSN 2412-6160 (Online)