Биологически активное покрытие для лечения ран

Полезная модель относится к медицине, а именно, к раневым покрытиям с использованием клеточного материала человека. Сущностью изобретения является комплексное использование для заживления ран разной площади и объема гидратированной микробной целлюлозы с наслоенным на нее коллагеновым гелем, т.е. создание 2-х слойного биологически активного покрытия для лечения ран. В слоях или на их границе присутствует, по крайней мере, один источник ростовых факторов, ускоряющий эпителизацию раны. В качестве источников ростовых факторов применяют клетки мезодермального и\или эктодермального типа и\или тромбоциты крови. Подобраны комбинации клеточного материала, дающие высокий лечебный эффект заявляемого лекарственного раневого покрытия. По заявляемой полезной модели были приготовлены биологически активные раневые покрытия, содержащие фибробласты, тромбоциты крови, мезенхимальные стволовые клетки, постнатальные кератиноциты человека. Именно сочетание бактериальной целлюлозы и коллагенового геля в 2-х слойном покрытии для ран создает оптимальные условия для проявления свойств ростовых факторов.

Полезная модель, представляющая собой покрытие для лечения ран, относится к медицине. Она является покрытием, состоящим из 2-х слоев и содержащим биологически активные компоненты, которые представляют собой клеточный материал, инициирующий восстановление кожного покрова и мягких тканей, причем процесс репарации протекает достаточно быстро и, главное, без осложнений.

Известно достаточно много разнообразных покрытий для лечения ран, в которых на природного происхождения основу или на синтетический материал нанесены лекарственные препараты. Эти лекарственные средства имеют различный состав биологически активных компонентов: препараты антимикробного, антиферментного, репаративного действия, гемостатики, антибиотики и т.д.

Известны покрытия для лечения ран, в которых используют клеточный материал, например, мезенхимальные стволовые клетки. Они нанесены на пористые губки или введены в коллагеновый носитель-гель. Известен патент (US Patent 2,135,191) «Композиционный эквивалент живой кожи, способ его получения, тест-набор». По патенту, в качестве лечебного состава для раны используют пористую сшитую коллагеновую губку, содержащую культивированные фибробласты, со слоем беспористого коллагена I типа и/или III типа с наслоенными на него эпидермальными клетками. Коллаген в этом изобретении используют и как материал для роста ткани, и как покрытие для раны. Пористость губки с проросшими в ней клетками препятствует сокращению геля, обеспечивает регенерацию ткани, но не изолирует рану от внешней среды и не обеспечивает ее гидратацию.

Еще одним решением является создание геля на основе целлюлозы микробного происхождения (US Patent 5,558,861). Микробная целлюлоза благодаря своим свойствам биосовместимости, высокой абсорбционной способности и низкой степени биодеградации является подходящим материалом для раневых покрытий. В известном патенте поверхность целлюлозного покрытия модифицируют с помощью белков животного происхождения, после чего оно становится подходящим субстратом для роста клеток.

В патенте Канады (СА 2632767, [WO 2007/064881] описано покрытие для ран, состоящее из бактериальной целлюлозы. Под этим покрытием сохраняется влага, рана изолирована от воздуха, а сама бактериальная целлюлоза легко отделяется от раны благодаря тому, что не является биодеградируемой. В состав данного покрытия введены лекарственные препараты разной направленности действия для лечения ран и ростовый фактор, способствующий восстановлению поврежденных тканей, в том числе, мягких тканей.

Для лечения ран всегда важны пористость и гидрофильность материала, из которого приготовлено раневое покрытие, т.к. они отвечают за действие нанесенных на такую основу лекарственных композиций. Необходимо также изолировать рану от окружающей среды, чтобы защитить от вредных воздействий.

Развитие науки позволяет расширить арсенал раневых покрытий.

Задачей при создании данной полезной модели (ПМ) являлось получение покрытия, обеспечивающего оптимальную микросреду для заживления раны с помощью клеточного материала - источника ростовых факторов, ускорение процесса репарации в поврежденных тканях, удобство в использовании ПМ при лечении ран.

Сущностью предлагаемой ПМ является двухслойность покрытия, состоящего из гидратированной микробной целлюлозы и наслоенного на нее слоя коллагенового геля, причем в слоях покрытия находятся в разных комбинациях клетки мезодермальные, эпидермальные, кератиноциты, тромбоциты, ростовая среда для них и предотвращающие их гибель антибиотики широкого спектра действия в низких концентрациях. Таким образом, созданы условия для существования в покрытии продуцентов ростовых факторов, ускоряющих процесс эпителизации раны.

Микробная, или бактериальная целлюлоза в сочетании с коллагеновым гелем ранее в биологически активных покрытиях для лечения ран не использовались. Необходимо было найти условия, при которых микробная целлюлоза и коллагеновый гель соединяются в единый продукт, который стабилен, не распадается на составные части, обладает как защитным для раны свойством, так и лечебным действием за счет включенных в слои покрытия мезодермальных и эктодермальных клеток.

В середине XX века было установлено, что раны кожного покрова лучше заживают при применении покрытий, сохраняющих в ране влажную среду (Nature. 193: 293-4:1962). Покрытие предлагаемого состава обеспечивает благоприятный микроклимат для восстановления кожного покрова и мягких тканей, оно легко удаляется после заживления раны.

Использование в предлагаемом 2-х слойном покрытии клеток мезодермального происхождения (фибробласты или мезенхимальные стволовые клетки), в разных концентрациях засеянных на границу коллагенового слоя и внутрь его, и присутствующих в покрытии клеток эктодермального происхождения (кератиноциты), позволило создать матрицу для новой формирующейся ткани. Два слоя покрытия являются адгезивными для клеток и совместно обеспечивают 2-х и 3-х мерное культивирование клеток кожи. Источником ростовых факторов являются тромбоциты крови. Тромбоциты получают из крови пациентов в виде концентрата тромбоцитов (КТ) и добавляют в коллагеновый гель, где они составляют в нем по объему 5%-30%, предпочтительно, 10%-20%.

На рисунках 1-6 представлены варианты биологически активного покрытия, которое имеет разные модификации распределения в нем клеточного материала.

Целлюлоза микробного происхождения имеет площадь 7-154 см² и толщину слоя от 0,1 до 0,7 см. На нее наслоен коллагеновый гель такой же площади, его количество от 0,1 до 0,5 мл на 1 см ². Выбранный для ПМ коллагеновый гель имеет pH 7,2-7,4, что обеспечивает сохранность клеточного материала и совместимость с кожным покровом и мягкими тканями раны. Коллагеновый гедь готовят из коллагена 1-го и/или 3-го типа, причем его содержание в геле (исходная навеска) составляет 1,5-3,0 мг/мл.

Гелевый слой коллагена состоит из воды, десятикратного концентрата ростовой среды М 199, 0,34М ацетата натрия и привнесенной среды с источником ростовых факторов. Кроме того, он содержит антибиотики широкого спектра действия. Соотношение компонентов в геле коллагена в объемных процентах следующее:

- среда с источником ростовых факторов

и антибиотиками широкого спектра

Антибиотики обычно составляют смесь пенициллина и стрептомицина, при их количествах в среде с источником ростовых факторов: 50-100 ед/мл - пенициллин и 0,05-0,1 мг/мл - стрептомицин.

Бактериальная целлюлоза используется в покрытии чаще всего после ее гидратирования с помощью физиологического раствора.

На рис.1 представлено покрытие, где слой 1 - слой бактериальной целлюлозы, слой 2 - слой коллагенового геля. Оба слоя засеяны тромбоцитами.

На рис.2 представлено покрытие, где слой 1 - слой бактериальной целлюлозы, слой 2 - слой коллагенового геля, причем он засеян мезодермальными клетками (фибробластами или мезенхимальными стволовыми клетками (МСК). МСК находятся как на границе слоев, так и внутри коллагенового слоя.

На рис.3 представлено покрытие, где слой 1 - слой бактериальной целлюлозы, слой 2 - слой коллагенового геля. На границе слоев присутствуют мезодермальные клетки, а в коллагеновом геле - смесь тромбоцитов и мезодермальных клеток.

На рис.4 представлено покрытие, где слой 1 - слой бактериальной целлюлозы, слой 2 - слой коллагенового геля, причем он заселен мезодермальными клетками (фибробластами или МСК). Дополнительно внешняя сторона слоя 2 заселена эпидермальными клетками (кератиноцитами) - цифра 3 на рисунке.

На рис.5 представлено покрытие, где слой 1 - слой бактериальной целлюлозы, слой 2 - слой коллагенового геля. На границе слоев присутствуют мезодермальные клетки, а в коллагеновом геле - смесь тромбоцитов и мезодермальных клеток. Дополнительно внешняя сторона слоя 2 заселена эпидермальными клетками (кератиноцитами) - цифра 3 на рисунке.

На рис.6 представлено покрытие, где слой 1 - слой бактериальной целлюлозы, слой 2 - слой коллагенового геля. Оба слоя засеяны тромбоцитами. Дополнительно внешняя сторона слоя 2 заселена эпидермальными клетками (кератиноцитами) - цифра 3 на рисунке.

Биологически активное покрытие для лечения ран, имеющее указанные выше модификации, получают следующим методом.

Гель получен путем нейтрализации 0,15-0,3% раствора коллагена I и/или III типа в 0,1% уксусной кислоте с помощью раствора щелочи (0,34М раствор NaOH, в количестве 0,5-2% от объема геля). В результате, образовавшийся гель содержит 0,34М раствор ацетата натрия в количестве 0,5-2% от объема геля. Исходно коллаген получают мягкой кислой экстракцией из источников животного происхождения (сухожилия и шкуры телят или сухожилия хвостов крыс).

Распределение в покрытии слоев таково, что на 1 см² целлюлозы наслоено 0,1-0,5 мл коллагенового геля.

Гель содержит дясятикратный концентрат ростовой среды M199 в количестве 3-5% от общего объема, антибиотики широкого спектра действия (например, смесь антибиотиков пенициллин от 50 до 100 единиц/мл и стрептомицин от 0,05 до 0,1 мг/мл), ростовую среду DMEM - остальное.

Биологически активное покрытие для лечения ран характеризуется тем, что дополнительно содержит как минимум один вид продуцентов биологически активных веществ: ростовых факторов и цитокинов. При этом в качестве продуцентов активных веществ выступают клетки мезодермального и эктодермального происхождения.

В качестве нерезорбируемого биополимера используется целлюлоза микробного происхождения. При этом биополимер максимально насыщается водными растворами. В качестве водных растворов могут быть использованы: физиологический раствор, фосфатно-буферный раствор, ростовая среда, кондиционированная среда, - т.е. в изобретении используют гидратированную бактериальную целлюлозу. Слой целлюлозы в покрытии имеет толщину от 0,1 до 0,7 см. Площадь покрытия задается в зависимости от размера раны, поэтому при получении покрытия целлюлозу микробного происхождения перед гидратированием нарезают площадью от 7 до 154 см².

Слои покрытия засевают клеточным материалом, для которого в слоях существуют все условия для культивирования.

Расположение клеточных элементов в микробной целлюлозе и коллагеновом геле соответствует гистотипическому расположению клеток в норме. Биологически активное покрытие готово к применению через 2-4 суток культивирования.

Биологически активное покрытие для лечения ран прикладывается к раневой поверхности коллагеновой стороной, в частном случае, несущей эпидермальные клетки, при этом гидрогелевый коллагеновый слой раневого покрытия не рассматривается как кожный эквивалент. Образующие его компоненты не замещают поврежденные ткани кожи, а служат лишь источником биологически активных элементов.

После эпителизации раны (процесс заживления протекает без каких-либо осложнений) бактериальную целлюлозу с поверхности кожи удаляют.

1. Биологически активное покрытие для лечения ран, характеризующееся тем, что состоит из слоя гидратированной микробной целлюлозы и слоя коллагенового геля типа 1 и/или 3, образующих единую систему для культивирования присутствующих в ней продуцентов ростовых факторов, участвующих в эпителизации раны, причем площадь покрытия составляет от 7 до 154 см², толщина слоя целлюлозы от 0,1 до 0,7 см, количество наслоенного коллагенового геля от 0,1 до 0,5 мл на см² при содержании коллагена в геле 1,5-3 мг/мл и составе коллагенового слоя, об.%:

водный раствор коллагена 30-50%

десятикратный концентрат среды М199 3-5%

0,34 М ацетат натрия 0,5-2%

среда с источником ростовых факторов остальное.

2. Биологически активное покрытие для лечения ран по п.1, отличающееся тем, что слой бактериальной целлюлозы и слой коллагенового геля засеяны тромбоцитами.

3. Биологически активное покрытие для лечения ран по п.2, отличающееся тем, что дополнительно на внешней стороне слоя коллагенового геля присутствуют эпидермальные клетки (кератиноциты).

4. Биологически активное покрытие для лечения ран по п.1, отличающееся тем, что слой коллагенового геля засеян мезодермальными клетками (фибробластами или мезенхимальными стволовыми клетками) как на границе слоев, так и внутри коллагенового слоя.

5. Биологически активное покрытие для лечения ран по п.4, отличающееся тем, что дополнительно на внешней стороне слоя коллагенового геля присутствуют эпидермальные клетки (кератиноциты).

6. Биологически активное покрытие для лечения ран по п.1, отличающееся тем, что слой коллагенового геля засеян тромбоцитами и мезодермальными клетками, причем мезодермальные клетки присутствуют также на границе слоев.

7. Биологически активное покрытие для лечения ран по п.6, отличающееся тем, что дополнительно на внешней стороне слоя коллагенового геля присутствуют эпидермальные клетки (кератиноциты).