Саморасширяющиеся хитозановые стенты: технология изготовления

DOI:

История использования стентов в биотехнологии насчитывает 60 лет. И до сих пор ведутся работы по созданию не только новых материалов для этой области, но и техноло- гий их использования и модифицирования [9; 15; 20; 21]. Это связано с невозможностью создания так называемого идеального стента с заданными характеристиками. Требова-

ния для такого изделия: гибкость, упругость, проходимость, резистентность, биосовместимость. В случае же билиарного стента необходима адсорбция на поверхности или внутри стента активных соединений, постепенно высвобождающихся в желчный проток [17]. Это немного нарушает принцип действия других стентов, где требуется слой изоляции самого материала стента от биологической жидкости для достижения лучших характеристик биосовместимости [13; 16].

Хитозан активно используется в качестве компонента при разработке медицинских изделий в силу своей доступности, легкости варьирования физико-химическими свойствами, полной биосовместимости и биомиметичнос-ти, а также наличия умеренных антибактериальных свойств и способности стимулировать регенерацию тканей [5–7; 14; 19; 25].

Пленочные материалы на основе хитозана традиционно формуют по сухому способу из водно-кислотных растворов, в которых полимер находится в солевой форме [2]. Наиболее часто для растворения хитозана применяют уксусную кислоту концентрации С = 2–10 %. Использование уксусной кислоты с С < 2 % и С > 10 % экономически нецелесообразно, а с С > 10 % еще и экологически небезопасно. Тонкие пленки из ацетата хитозана характеризуются достаточной (для целей медицины, фармакологии, косметологии и др.) прочностью [10; 18]. Однако недостатком таких пленок является их невысокая эластичность [4]. Например, свежесформованные пленки из ацетата хитозана (с молекулярной массой 100–300 кДа и степенью деацетилирования 80–90 %) толщиной d = 50–250 мкм, полученные из растворов полимера в уксусной кислоте с С = 2–10 %, характеризуются величиной относительного удлинения при разрыве ε = 2,6–14,7 % [11].

Для создания эластичного пленочного покрытия на основе хитозана, включающего хитозан в виде соли иной органической кислоты (лимонная, молочная, янтарная), при этом согласно техническому решению величина относительного удлинения при разрыве такого пленочного покрытия составляет не менее 40 % [8].

Техническое решение для саморасширя-ющихся стентов заключалось в спиральной намотке уже подготовленной О-формы хито- зана. Данный способ также не лишен недостатков. Авторы способа после намотки вынуждены опустить полученный стент в С-фор-му хитозана для скрепления спиралей. И уже при помещении в сосуд солевая форма хитозана растворяется (С-форма), а намотанная основная форма (О-форма) самораскручива-ется за счет упругих сил материала, что приводит к визуальному расширению места локализации стентирования [22].

В связи с вышесказанным, цель нашей работы – получить саморасширяющийся хитозановый стент. Подобрать оптимальные условия формирования заданной структуры с относительным удлинением при разрыве ( ε ) не менее 40 %.

Материалы и методы

В работе использовался хитозан производства SGMV Corporation (США) с молекулярной массой 80–500 кДа и со степенью деацетилирования 80–85 %. Растворы NaOH (от 5 до 30 %), лимонная кислота.

Фотографии стентов получены на микроскопе Micros (Германия) с фотокамерой Pixera (Япония). Микрофотографии сделаны на сканирующем микроскопе АСМ-Solver-Pro (Россия).

Толщину хитозановых пленок ( d ) измеряли микрометром с ценой деления 0,01 мм. Измерения проводили несколько раз на различных участках пленки, затем рассчитывали среднее значение толщины. Упругопластические свойства пленок и стентов определяли на разрывной машине 2167 R-50. Разрывное удлинение определяли при разрыве. Относительное удлинение при разрыве ( ε ) рассчитывали с учетом первоначальной длины пленочного образца, взятого на испытание, и выражали в процентах.

Для приготовления формовочного раствора использовали хитозан с молекулярной массой 80–500 кДа. Чтобы получить пленку толщиной 50–250 мкм, формовочный раствор наносили на подложку в объеме 0,2–0,25 мл/см2 подложки. Навеску хитозана растворяли в водном растворе лимонной кислоты фиксированной концентрации (4 %). Полученный формовочный раствор переносили на инертную подложку и испаряли растворитель в течение 1–2 суток при комнатной температуре в статических условиях. Затем пленочный образец (С-форма хитозана) отделяли от подложки, определяли его толщину (в пределах 50–250 мкм), упругопластические характеристики и использовали для изготовления стента методом намотки.

Для изготовления стента полоску хитозановой пленки наматывали в несколько слоев на пластиковую трубку необходимого диаметра. Полученные образцы помещались в растворы щелочи (диапазон концентраций от 5 до 30 %) на различные интервалы времени (от 1 до 10 минут). После промывания в воде стент готов к использованию.

Рис. 2. Микроструктура О-формы хитозана

Результаты

В ходе работы нами получены саморас-ширяющиеся стенты из хитозана с длиной от 2 до 40 мм, диаметром от 2 до 6 мм. Относительное удлинение при разрыве ( ε ) лежит в диапазоне от 31 до 46 %. По этому показателю данные стенты превосходят аналогичные, полученные с помощью пленок через С-фор-му с использованием уксусной кислоты (до 17 %). Такой результат достигается нами благодаря многослойной композиции с чередованием С-формы (рис. 1) и О-формы хитозана (рис. 2). Для первой формы характерна высокая эластичность, но неустойчивость в водных средах, для второй наоборот, она более упруга и характеризуется меньшим относительным удлинением при разрыве, но при этом нерастворима [11]. В уже готовом стенте мы наблюдаем на сканирующем микроскопе послойное чередование форм хитозана (рис. 3), а возможность изменять количество слоев пленок позволяет получить изделие с необходимой толщиной до и после расширения (рис. 4).

Рис. 1. Микроструктура С-формы хитозана

Рис. 3. Микроструктура стента в срезе

Рис. 4. Многослойное строение стента (увеличение в 100 раз)

Для подбора оптимальных условий получения хитозанового стента мы провели сравнительный анализ свойств образцов в зависимости от времени действия щелочи и от ее концентрации. Данные приведены в таблице.

Таким образом, оптимально в данном случае использовать концентрацию щелочи в пределах 15 % для превращения С-формы хи-

Сравнительный анализ перехода С-формы в О-форму хитозана

Конц NaOH (%)	Время выдержки (минуты)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
5	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--
10	--	--	--	--	--	+	+	+	+	+
15	--	--	+	+	+	+	+	++	++	++
20	--	--	+	+	+	+	+	++	++	+

Примечание . (--) – отсутствие перехода; (+) – имеется переход; (++) – полный переход.

тозана в О-форму и время выдержки в этом растворе 8–10 минут.

Обсуждение

Наш материал можно будет отнести к нерастворимым биодеструктивным полимерным системам с контролируемым высвобождением биологически активных соединений [4]. Использование технологии послойного изготовления стента позволит получить в будущем различные профили высвобождения активных соединений. При биодеградации стента можно получить как экспоненциональный выход веществ, так и добиться постоянной скорости высвобождения. А адсорбция компонентов на наружном слое стента позволит добиться результата с запаздыванием. Подобные возможности несомненно найдут свое применение в технологии изготовления скаффолдов [1; 22].

Заключение

Таким образом, отработана технология получения хитозановых стентов по улучшенной методике. Использование многослойных хитозановых пленок позволяет сочетать солевую и основную форму хитозана для придания упругих и эластичных свойств в широком диапазоне. Подобные изделия способны са-морасширяться и могут быть использованы в качестве билиарных стентов.