CC BY
42ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ИМПРЕГНИРОВАННЫХ ШОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
OVERVIEW OF MODERN PRODUCTION METHODS FOR IMPREGNATED SUTURES
Денисов Артём Александрович I Denisov Artyom Alexandrovich
Гуртовой Денис Евгеньевич | Gurtovoy Denis Evgenievich
Курский государственный медицинский Щ Kursk State Medical University
университет
E-mail: d.artyom21@gmail.com
Резюме
Современный лечебный процесс ставит новые задачи, классические шовные материалы перестали удовлетворять врачей-хирургов как своими саногенетическими свойствами, так и физическими параметрами. Отдельные свойства способны придать нитям описанные в статье производственные методы обработки. Среди этих методов есть два принципиальных отличия: при первом происходит нанесение активного фармакологического вещества в процессе формирования нити либо нанесение вещества на уже готовую нить, что основательно влияет на физические и биологические параметры.
Ключевые слова: шовные материалы, методы производства шовных материалов, полимерные шовные материалы, импрегнация
Summary
The modern medical process poses new challenges, classical suture materials have ceased to satisfy surgeons with both their sanogenetic properties and physical properties. These properties are capable of giving threads the production methods described in the article. Among these methods, there are two fundamental differences: an active pharmacological substance is applied in th e process of creating a thread, and a substance is applied to an already finished thread, which fundamentally affects the physical and biological parameters.
Key words: suture materials, suture production methods, polymer suture materials, impregnation
Библиографическая ссылка на статью
Денисов A.A., Гуртовой Д.Е. Обзор современных методов производства импрегнированных шовных материалов // Innova. - 2020. - № 4 (21 ). - С.8-11. DOI: 10.21626/innova/2020.4/02
References to the article
Denisov A.A., Gurtovoy D.E. Review of modern methods of production of impregnated suture materials // Innova. - 2020. -
No. 4 (21). - P.8-11.
Шовный материал является
неотъемлемым спутником подавляющего большинства хирургических операций и манипуляций. Существует большое количество нитей различного происхождения, свойств, параметров, что определяет сферу их применения в хирургическом секторе медицины. Научно-технический прогресс настойчиво требует от производителей создания шовных материалов с необходимыми опциями, не только для отдельной хирургической отрасли, но и даже для специфичных операций.
Первоочередными задачами
импрегнированного шовного материала являются предотвращение воспалительной реакции, появления боли, подавление роста микробной флоры на период эпителизации. К этому можно добавить имеющее потенциал
развития направление: программированный, пролонгированный терапевтический эффект на период деградации шовного материала [1]. Помимо вышесказанного, в научной литературе отмечены случаи импрегнации нитей факторами роста, цитокинами и даже ДНК [2].
Существует два принципиально разных подхода к производству шовных материалов с добавленными свойствами: либо с нанесением активного фармакологического вещества в процессе изготовления нити, либо нанесение вещества осуществляется на уже готовую нить.
Также при планировании производства перед изготовителем стоят вопросы: будет ли активное фармакологическое вещество (АФВ) покрывать поверхность или оно будет встроено в структуру нити, как добиться надлежащей скорости высвобождения вещества из шовного
s
материала, выбрать оптимальное соотношение вещества и позитивными между концентрацией модифицирующего свойствами нити.
механическими
Рис. 1 Классификация методов получения импрегнированных шовных материалов.
1. АФВ, инкорпорирующиеся в процессе производства.
Данные производственные процессы состоят из преобразования полимера в шовные нити, они основаны на процессах прядения расплавленного материала или методе «мокрого» прядения (вязких расплавленных материалов). Полимер расплавляют или растворяют, а жидкость экструдируется через
Те же процессы используются для создания, выделяющего АФВ шовного материала, вещество смешивается с полимерным материалом перед отжимом. В большинстве случаев препарат и полимер помещаются совместно в органическом растворителе, и затем вращаются под действием силы тяжести или под давлением шприца [4-5]. Затем волокно либо сушат, либо осаждают в специальной среде.
1.1 Электропрядение.
Электропрядение, среди прочих методов, занимает одно из ключевых мест в изготовлении. Метод достаточно прост и экономичен [6]. Смесь АФВ+полимер загружается в шприц и проходит через металлический капилляр. На капилляр подается высокое напряжение. Образуется
заряженная струя, что вызывает быстрое испарение растворителя и удлинение волокна, которое формируется и накапливается на коллекторе. Используя вращающийся коллектор, получаются мононити или полифиламентные нити с лекарственным покрытием из различных полимеров и плетеных микроволокон, покрытые АФВ путем объединения процесса электроплетения с обычным плетением. Более того, при адекватном подборе полимеров или смеси полимеров, свойства нитей могут быть спрограммированы в процессе создания, например, механические свойства и биодеградация. Кинетику высвобождения лекарства можно контролировать не только образом матрицы аппаратуры, но и самим АФВ, а также диаметром нити. Поскольку процесс способен воспроизводиться при низких температурах, это позволяет использовать термолабильные АФВ, такие как гены, пептиды, факторы роста и ДНК. Электропрядильные волокна, содержащие небольшие гидрофобные и большие биологические молекулы, могут демонстрировать высвобождение вещества более 1 недели из-за их низкой растворимости в биологических жидкостях. АФВ может изменять электропроводность или вязкость раствора, что
влияет на диаметр волокна. Более того, увеличение нагрузки веществом приводит к снижению прочности на разрыв шовного материала. Следовательно, параметры процесса должны быть оптимизированы для каждой полимерной системы АФВ:
- свойства (вязкость, проводимость) [1-3];
- условия окружающей среды (влажность, температура);
параметры обработки (фильера, диаметр, расход, напряженность электрического поля);
При одноосном электроспиннинге АФВ может концентрироваться на поверхности волокна из-за миграции вещества во время быстрого испарения растворителя. Это явление особенно часто встречается с небольшими гидрофильными молекулами, которые обладают низкой совместимостью с неполярной матрицей, это критично для наиболее тонких нитей из-за большой площади поверхности. В конечном счете происходит быстрое высвобождение лекарственного средства, оно неконтролируемо выделяется в раневой канал.
Коаксиальное электропрядение
формирует композитное волокно с архитектурой «сердцевина - оболочка», АФВ инкапсулируется внутри сердцевины волокна, сердцевина окружена оболочкой из полимера. В ходе этого процесса АФВ и полимер загружаются в два отдельных шприца, полимер переходит в капилляр, затем раствор вещества вводится в центр этого капилляра. Регулируя соответствующие расходы полимера и растворов АФВ, толщину «сердечника - оболочки» можно отрегулировать. Эта техника особенно универсальна в том случае, когда АФВ и полимер несмешиваемые или когда АФВ чувствителен к органическим растворителям или электрическим разрядам (например, факторы роста и белки). Однако высвобождение АФВ из такой системы происходит медленнее из-за диффузии вещества из ядра через полимер, структура волокон имеет тенденцию к разрушению, АФВ элиминируется, что влияет на свойства при растяжении.
Как уже было сказано, при одноосном и коаксиальном электроспиннинге часто требуется растворять полимер и АФВ в органических растворителях. Для соблюдения отраслевых требований шовный материал необходимо высушить, чтобы удалить остатки растворителя, для этого требуется затратить много времени, этап сушки может быть энергетически неэффективным (до 1 недели, например, в
1.2 Тепловое вытягивание.
Обработка расплава или тепловая экструзия - способ решить проблему удаления растворителя, полимер плавится, а не распределяется в растворителе, это позволяет
создавать необходимые по параметрам материалы. Препарат равномерно распределен в поперечном сечении нити. Чтобы замедлить скорость высвобождения АФВ, препарат можно модифицировать перед обработкой и смешать с полимером. Этот процесс не может быть применён к термолабильным АФВ с полимерами, которые демонстрируют высокую температура плавления.
Нити, полученные тепловым
вытягиванием, имеют диаметр в диапазоне от 50 до 300 мкм, тогда как диаметры созданных электропрядением волокон от нанометров до 350 .
2. Добавление АФВ на уже изготовленную
2.1 Нанесение оболочки пропитыванием.
Самый простой способ добавить АФВ к шовному материалу - это адсорбировать препарат на поверхности нити. Этот подход особенно интересен покрытием
небиодеградируемых полимеров лекарственным и веществами. Чтобы контролировать высвобождение, полимерное покрытие, содержащее препарат, может быть нанесено на поверхность нити. Затем можно настроить высвобождение АФВ, изменив свойства покрытия, такие как скорость его разрушения, пористость, химическую природу и толщину. Немедленное высвобождение позволяет устранить микробные вегетации в течение первых 2 дней (время, которое необходимо для заживления эпидермиса, ограничивающее попадание бактерий в организм). Шовные материалы, изготовленные методом
пропитывания, продемонстрировали подавление
.
Состав и процесс изготовления покрытия индивидуален, хорошо контролируемая структура получается осаждением
противоположно заряженных полимеров, при этом АФВ одновременно загружают и
Метод послойного осаждения требует нескольких этапов, другие методы нанесения покрытия выполняются быстрее. Шовный материал можно погрузить в раствор, содержащий АФВ. Он представляет собой либо раствор полимера, либо эмульсию, содержащую АФВ, который может связываться с полимером.
Специализированные шовные материалы часто покрываются красителем с целью их маркировки и профилактики ошибочного применения, также они могут содержать смазку для облегчения их имплантации. Процессы нанесения покрытия требуют удаления предшествовавшего покрытия, чтобы обеспечить хорошее прилегание к волокну. Покрытия с плохой механической стойкостью пористого полимера или частиц не влияют на растяжение и прочность самого шовного материала. С другой
стороны, механическую прочность нити можно улучшить путем формирования нового покрытия.
2.2 Графтинг
Описанные ранее методы нанесения покрытий недостаточно точно регулируют их толщину. Эти проблемы могут быть преодолены за счет прямого покрытия поверхности волокна. Метод графтинга получил широкое распространение благодаря тому, что состав и морфологию шовного материала можно контролировать, настраивая условия
производства (дозу, концентрацию мономеров, долю мономеров, время реакции). Полимерный шовный материал сначала облучают, затем мономер присоединяется к шовному материалу и трансформируется. Графтинг применяется при создании полипропиленовых нитей, он изменяет кристаллическую структуру в зависимости от уровня взаимодействия, это позволяет улучшить механические свойства за счет укрепления нити, уменьшая или раздвигая полимерные цепи.
3. АФВ, загружающиеся в шовный
В процессе пропитки АФВ происходит дисперсия в основную часть нити с сохранением первоначальной конфигурации.
Инкорпорирование препарата осуществляется порциями.
3.1. Пропитывание
Самый простой способ нанести АФВ - это пропитать полимер. Вещество распространяется в матрице и удерживается в ней за счет физических свойств. Выбор растворителя, должен заключаться в оптимальном для АФВ солюбилизирующем веществе, главное, чтобы происходило впитывание вещества матрицей. На степень активности влияет концентрация препарата в растворе, время обработки и
Литература.
1. Арап Е., Нара О., Barber F.A. Mechanical Properties of Suture Materials. In: Akgun U., Karahan M., Randelli P., et al., editors.Knots in Orthope-dic Surgery. Springer, Berlin, Heidelberg; 2017. P. 21-31 .doi: 10.1007/978-3-662-56108-9_32.
2. Винник Ю.С., Маркелова H.M., Шишацкая Е.И., и др. Иммуногистохимическиема ркеры местной реакции тканей при имплантации изделий из ПГА // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2016. - Т. 9, - No1. - С. 109-120. doi:10.17516/1997-1389-2015-9-1 -109-1203.
3. Radojkovic M., Stojkovic M., Golubovic I. et al. The influence of various microenvironmental fac-tors on biomechanical features of different suture materials used in hepato-pancreato-biliary
взаимодействия АФВ / полимера. Метод обработки имеет несколько недостатков:
- требует длительной обработки из-за медленной диффузии лекарственного средства в полимерную матрицу;
высвобождение лекарственного средства низкое, это может повлиять на механические свойства нити;
- за счет использования растворителя возникает набухание и индуцированная кристаллизация.
3.2. Импрегнация под давлением в С02
Для решения проблемы, связанной с органическими растворителями, появилась новая технология, основанная на использовании высокого давления С02, она вызвала большой интересу исследователей и фармкомпаний.
Принцип аналогичен способу графтинга, но органический растворитель заменен на С02 (в состоянии выше 31 °С и 73,8 бар). С02 может сорбироваться на большинстве обычных полимеров и вызывает их утолщение. Кроме того, С02 может растворять многие низкомолекулярные и неполярные АФВ, помещая их на полимерные матрицы. У этого процесса есть несколько преимуществ, С02 недорогой, экологически чистый, что позволяет ему участвовать в производстве термолабильных АФВ, в свою очередь образовывать окончательно пропитанный шовный материал без остатков растворителя, за счет сброса давления после пропитки.
Полимер достаточно просто изменить, настроив такие условия, как давление, температура, время и условия разгерметизации. Было обнаружено, что процесс пропитки адаптирован для полимеров, он имеет хорошую программируемость и взаимодействие с препаратами [4-5].
surgery // Facta universitatis. Series: Medicine and Biology. 2019. Vol. 21, No3. P. 95-100. doi:10.22190/FUMB190625015R4
4. Северинов Д.А., Денисов A.A., Ананян Т.Т. Швы паренхиматозных органов: преимущества и недостатки. В сб.: Проблемы гемостаза в хирургии XXI века; 18-19 мая 2017. -Курск; 2017.-С. 17-20.
5. Липатов В.А., Северинов Д.А., Денисов A.A., Григорьев H.H., Лазаренко C.B. Исследование физико-механических характеристик шовного материала в
//
Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. - 2020. - Т. 28. - № 2. -С. 193-199.
