Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2824072C1 - Method of making medical artificial nerve stem implant containing silk fibroin - Google Patents

Method of making medical artificial nerve stem implant containing silk fibroin Download PDF

Info

Publication number
RU2824072C1
RU2824072C1 RU2023134143A RU2023134143A RU2824072C1 RU 2824072 C1 RU2824072 C1 RU 2824072C1 RU 2023134143 A RU2023134143 A RU 2023134143A RU 2023134143 A RU2023134143 A RU 2023134143A RU 2824072 C1 RU2824072 C1 RU 2824072C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silk fibroin
tube
polymer tube
nerve
polymer
Prior art date
Application number
RU2023134143A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Орлов
Юлия Александровна Нащекина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова" Министерства обороны Российской Федерации (ВМедА)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук (ИНЦ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова" Министерства обороны Российской Федерации (ВМедА), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук (ИНЦ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова" Министерства обороны Российской Федерации (ВМедА)
Application granted granted Critical
Publication of RU2824072C1 publication Critical patent/RU2824072C1/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to the field of implantable neuroprostheses for repair of defects of nerve trunks after their injury or gunshot wound, and concerns a method of manufacturing a medical artificial nerve stem implant. According to the proposed method, a polymer tube is filled with collagen gel and silk fibroin filaments, wherein the polymer tube is made from ε-caprolactone with an average molecular weight of 80 kDa, the thickness of the polymer tube is selected to be 50–100 mcm, and the length of the polymer tube is selected depending on the size of the nerve defect; native filaments of mulberry silk fibroin, the diameter of which is about 10 mcm, are introduced into the polymer tube, tubes with filaments are filled with a solution of collagen with concentration of 2 mg/ml, then the solution is polymerized into a gel inside the tube. All procedures are carried out under sterile conditions with pre-sterilized polymer tubes and silk fibroin filaments.
EFFECT: providing the possibility of nerve tissue regeneration, localization and direction of axon growth due to silk fibroin fibres embedded inside the polycaprolactone tube; higher efficiency of nerve tissue regeneration; achieving reproducibility in processes and results of tissue regeneration due to detailed description of implant manufacturing techniques.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области имплантационных нейропротезов для восстановления дефектов нервных стволов, а именно к искусственным нервам на основе трубки из поликапролактона - биоразлагаемого полиэфира, коллагенового геля и фиброина шелка. Изобретение может быть использовано в нейрохирургии, травматологии при травмах и огнестрельных ранениях для регенерации поврежденных нервов на большом протяжении с целью восстановления функции конечностей.The invention relates to the field of implantable neuroprostheses for restoring defects of nerve trunks, namely to artificial nerves based on a tube made of polycaprolactone - a biodegradable polyester, collagen gel and silk fibroin. The invention can be used in neurosurgery, traumatology for injuries and gunshot wounds for the regeneration of damaged nerves over a large area in order to restore limb function.

Известен токопроводящий полимерный композит, состоящий из поликапролактонового фумарата и полипиррола (электропроводящего полимера), предназначенный для регенерации нерва. При пропускании сквозь нерв тока в присутствии упомянутого композита наблюдалось восстановление нервного волокна в направлении приложенного тока (US 2013331869 A1, A61F 2/04, 12.12.2013).A conductive polymer composite consisting of polycaprolactone fumarate and polypyrrole (an electrically conductive polymer) is known for nerve regeneration. When current was passed through the nerve in the presence of the said composite, restoration of the nerve fiber in the direction of the applied current was observed (US 2013331869 A1, A61F 2/04, 12.12.2013).

Ограничение в использовании описанного композита заключается в том, что по нему не может регенерировать поврежденный нерв, так как нет субстрата, по которому могут прорастать аксоны и его нельзя использовать в качестве отсутствующих участков нерва, принимающих или передающих сигнал органам.The limitation in the use of the described composite is that it cannot regenerate a damaged nerve, since there is no substrate along which axons can grow and it cannot be used as missing sections of the nerve that receive or transmit a signal to organs.

Известен медицинский искусственный трансплантат ствола нерва, включающий оболочку или оболочку со вставленным в нее строительным волокном, при этом оболочка содержит множество микропор, и оболочка и/или строительное волокно содержат фиброин шелка (ЕР 1938774 A1, A61F 2/04, 02.07.2008).A medical artificial nerve trunk transplant is known, comprising a sheath or sheath with a construction fiber inserted into it, wherein the sheath contains a plurality of micropores, and the sheath and/or construction fiber contain silk fibroin (EP 1938774 A1, A61F 2/04, 02.07.2008).

Ограничение в использовании описанного трансплантата заключается в отсутствии биодеградации его составляющих, а также внутри кондуита нет содержимого.The limitation in the use of the described transplant is the lack of biodegradation of its components, and there is no content inside the conduit.

Наиболее близкий по конструкции является искусственный имплантат, трубка которого состоит из нескольких слоев. Это может быть полигликолевая кислота, полимолочная кислота (L или DL), сополимера гликолевой кислоты и молочной кислоты, сополимер молочной кислоты и ε-капролактона, полидиоксанона и сополимера гликолевой кислоты и триметиленкарбоната, который способен сохранять свою форму в организме в течение определенного периода времени. Внутрь трубки вдоль оси трубки вставлены волокна, состоящие из коллагена, покрытые ламинином. Патент: US 6,589,257 В1от 2003 г. (Tong, et al, "Sciatic Nerve Regeneration Navigated by Laminin-Fibronectin Double Coated Biodegradable Collagen Grafts in Rats," Brain Research, vol. 663, No. 1 (1994), pp.155-162.)The closest in design is an artificial implant, the tube of which consists of several layers. This can be polyglycolic acid, polylactic acid (L or DL), copolymer of glycolic acid and lactic acid, copolymer of lactic acid and ε-caprolactone, polydioxanone and copolymer of glycolic acid and trimethylene carbonate, which is able to maintain its shape in the body for a certain period of time. Inside the tube along the axis of the tube are fibers consisting of collagen, coated with laminin. Patent: US 6,589,257 B1 from 2003 (Tong, et al, "Sciatic Nerve Regeneration Navigated by Laminin-Fibronectin Double Coated Biodegradable Collagen Grafts in Rats," Brain Research, vol. 663, no. 1 (1994), pp. 155-162.)

Задачей предложенного изобретения является создание безвредного гибкого износостойкого искусственного имплантата, который может являться аналогом нервного ствола.The objective of the proposed invention is to create a harmless, flexible, wear-resistant artificial implant that can be an analogue of a nerve trunk.

Техническим результатом предлагаемого решения является:The technical result of the proposed solution is:

- реализация возможности регенерации нервной ткани, локализации и направленности роста аксонов за счет волокон фиброина шелка, встроенного внутрь трубки из поликапролактона;- implementation of the possibility of regeneration of nervous tissue, localization and direction of axon growth due to silk fibroin fibers embedded inside a polycaprolactone tube;

- повышение эффективности регенерации нервной ткани;- increasing the efficiency of regeneration of nervous tissue;

- достижение воспроизводимости в процессах и результатах регенерации ткани за счет подробного описания технологий изготовления имплантата.- achieving reproducibility in the processes and results of tissue regeneration through a detailed description of implant manufacturing technologies.

Изобретение поясняется фиг.1, на которой представлена схема формирования искусственного нерва, где 1 - трубка на основе ПКЛ 50-100 мкм, 2 - коллагеновый гель 2 мг/мл, 3 - нити фиброина шелка; на фиг.2 показано фото внешнего вида искусственного имплантата. а) трубка из поликапролактона с коллагеновым гелем; б) волокна фиброина - щелка.The invention is illustrated by Fig. 1, which shows a diagram of the formation of an artificial nerve, where 1 is a tube based on 50-100 μm PCL, 2 is a collagen gel 2 mg/ml, 3 are silk fibroin threads; Fig. 2 shows a photo of the external appearance of the artificial implant. a) a tube made of polycaprolactone with collagen gel; b) fibroin fibers - silk.

Для создания искусственного нерва мы использовали хорошо изученные как в экспериментах, так и в практическом применении биодеградирующие компоненты: поликапролактон, коллагеновый гель и фиброин шелка. Главным отличием нашего искусственного нерва от всех других конструкций является использование этих составляющих так, как это происходит при регенерации нерва в организме человека. Поликапролактон является прототипом эпиневральной оболочки нерва человека, коллагеновй гель прототипом внутреннего эпиневрия а фиброин шелка прототипом Бюгнеровских лент по которым и прорастают аксоны регенерирующих нервов (Фиг. 1).To create the artificial nerve, we used biodegradable components that have been well studied both in experiments and in practical application: polycaprolactone, collagen gel, and silk fibroin. The main difference between our artificial nerve and all other designs is that these components are used in the same way as they occur during nerve regeneration in the human body. Polycaprolactone is a prototype of the epineural sheath of the human nerve, collagen gel is a prototype of the internal epineurium, and silk fibroin is a prototype of Bügner's bands, along which the axons of regenerating nerves grow (Fig. 1).

В настоящее время большое внимание уделяется поли(ε-капролактону) (ПК). ПК медленно деградирует в организме путем гидролиза сложноэфирных связей с образованием е-гидроксикапроновой кислоты. Продукты деградации ПК полностью перерабатываются клетками организмаMuch attention is currently being paid to poly(ε-caprolactone) (PC). PC slowly degrades in the body by hydrolysis of ester bonds to form e-hydroxycaproic acid. The degradation products of PC are completely processed by the body's cells.

Поликапролактон - биоразлагаемый полиэфир, который входит в состав известного мононитевого шва Monocryl (Etchicon, Inc., Сомервилл, Нью-Джерси) и широко используется в нескольких областях хирургии в течение многих лет. Поликапролактон является прочной структурой и вызывает минимальную реакцию окружающих тканей после имплантации. Кроме того, можно в качестве трубки также использовать полилактид (ПЛА) «Purasorb PL-10» производства фирмы Corbion Purac (Нидерланды), а также для улучшения электропроводности можно добавлять в тубусы полилактида полипиррол.Polycaprolactone is a biodegradable polyester that is a component of the well-known monofilament suture Monocryl (Etchicon, Inc., Somerville, NJ) and has been widely used in several surgical fields for many years. Polycaprolactone is a strong structure and causes minimal reaction of surrounding tissues after implantation. In addition, polylactide (PLA) "Purasorb PL-10" from Corbion Purac (Netherlands) can also be used as a tube, and polypyrrole can be added to the polylactide tubes to improve electrical conductivity.

Коллагеновый гель - коллаген выделяли из сухожилий хвостов лабораторных крыс, который представляет собой биодеградирующую среду в виде аналога внеклеточного матрикса и является основным компонентом внеклеточного матрикса. Коллагеновый гель давно и широко используется в косметологии и при лечении дегенеративно дистрофических заболеваний опорно-двигательного аппарата.Collagen gel - collagen was isolated from the tendons of the tails of laboratory rats, which is a biodegradable medium in the form of an analogue of the extracellular matrix and is the main component of the extracellular matrix. Collagen gel has long been widely used in cosmetology and in the treatment of degenerative dystrophic diseases of the musculoskeletal system.

Фиброин щелка - нерастворимый белок, который присутствует в шелке, вырабатываемом многочисленными насекомыми различными видами моли, шелкопрядами и пауками. Натуральный фиброин шелка - это основная составляющая фиброидного волокна. Фиброин составляет от 70 до 80% массы шелка. Это важный материал, используемый человеком, содержит 18 аминокислот. Наши экспериментальные исследования показали, что он родственно близок биологическим тканям, нетоксичен, не является загрязнителем и биологически разлагаем. Изготавливаемый из него искусственный трансплантат ствола нерва достаточно эффективен. Материал предлагаемого продукта представляет собой высокочистый фиброин шелка. Это натуральный разлагаемый материал с хорошей биологической совместимостью с человеческим телом. Технология изготовления продукта такова, что он не содержит экзогенных веществ с токсическими или другими побочными действиямиSilk fibroin is an insoluble protein present in silk produced by numerous insects, including various species of moths, silkworms, and spiders. Natural silk fibroin is the main component of fibroid fiber. Fibroin makes up 70 to 80% of the mass of silk. It is an important material used by humans, containing 18 amino acids. Our experimental studies have shown that it is related to biological tissues, non-toxic, non-polluting, and biodegradable. The artificial nerve trunk graft made from it is quite effective. The material of the proposed product is highly pure silk fibroin. It is a natural degradable material with good biocompatibility with the human body. The manufacturing technology of the product is such that it does not contain exogenous substances with toxic or other side effects.

Предложенная конструкция представляет собой полимерную трубку, заполненную коллагеновым гелем и нитями фиброина шелка. Полимерную трубку готовили по ранее запатентованной методике (Нащекина Ю.А., Юдинцева Н.М., Никонов П.О., Блинова М.И., Нащекин А.В., Москалюк О.О., Юдин В.Е., Михайлова Н.А. патент на изобретение «Способ получения биорезорбируемого сосудистого протеза малого диаметра» RU 2709621 С1 от 19.12.2019). Полимерную трубку готовили из поли (ε-капролактона) со средней молекулярной массой 80 кДа (Sigma, США). Диаметр полимерной трубки, возможно, варьировать в зависимости от потребностей. Толщина трубки составила 50-100 мкм. Длину полимерной трубки так же можно изготавливать в зависимости от размера дефекта нерва. В полимерную трубку вводятся нативные нити фиброина шелка тутового шелкопряда. Диаметр нитей фиброина шелка составляет порядка 10 мкм (Нащекина Ю.А., Никонов П.О., Юдинцева Н.М., Нащекин А.В., Лихачев А.И., Москалюк О.А., Юдин В.Е., Блинова М.И. «Взаимодействие мезенхимных клеток костного мозга с нативными волокнами фиброина шелка», Цитология, 2016, Том 58, №11, стр. 843-849.). Трубки с нитями заполняли раствором коллагена с концентрацией 2 мг/мл. Раствор полимеризовался в гель внутри трубки. Все процедуры проводили в стерильных условиях с предварительно простерилизованными полимерными трубками и нитями фиброина шелка. Готовую конструкцию можно использовать как сразу после приготовления, так и спустя 1-3 месяц после приготовления. При длительном хранении коллагеновый гель высыхает, но при выдерживании в физиологическом растворе повторно частично набухает, что позволяет создавать аксонам благоприятную среду для миграции (Фиг. 2).The proposed design is a polymer tube filled with collagen gel and silk fibroin threads. The polymer tube was prepared using a previously patented technique (Nashchekina Yu.A., Yudintseva N.M., Nikonov P.O., Blinova M.I., Nashchekin A.V., Moskalyuk O.O., Yudin V.E., Mikhailova N.A. patent for invention "Method for producing a small-diameter bioresorbable vascular prosthesis" RU 2709621 C1 dated 12/19/2019). The polymer tube was prepared from poly (ε-caprolactone) with an average molecular weight of 80 kDa (Sigma, USA). The diameter of the polymer tube can be varied depending on the needs. The tube thickness was 50-100 μm. The length of the polymer tube can also be made depending on the size of the nerve defect. Native silkworm silk fibroin threads are introduced into the polymer tube. The diameter of the silk fibroin threads is about 10 μm (Nashchekina Yu.A., Nikonov P.O., Yudintseva N.M., Nashchekin A.V., Likhachev A.I., Moskalyuk O.A., Yudin V.E., Blinova M.I. “Interaction of bone marrow mesenchymal cells with native silk fibroin fibers”, Tsitologiya, 2016, Vol. 58, No. 11, pp. 843-849.). The tubes with threads were filled with a collagen solution with a concentration of 2 mg/ml. The solution polymerized into a gel inside the tube. All procedures were performed under sterile conditions with pre-sterilized polymer tubes and silk fibroin threads. The finished structure can be used either immediately after preparation or 1-3 months after preparation. During long-term storage, the collagen gel dries out, but when kept in a physiological solution, it partially swells again, which allows creating a favorable environment for axons to migrate (Fig. 2).

Claims (1)

Способ изготовления медицинского искусственного имплантата ствола нерва, содержащего фиброин шелка, отличающийся тем, что полимерную трубку заполняют коллагеновым гелем и нитями фиброина шелка, при этом полимерную трубку изготавливают из ε-капролактона со средней молекулярной массой 80 кДа, толщину полимерной трубки выбирают 50-100 мкм, а длину полимерной трубки выбирают в зависимости от размера дефекта нерва; в полимерную трубку вводят нативные нити фиброина шелка тутового шелкопряда, диаметр которых составляет порядка 10 мкм, трубки с нитями заполняют раствором коллагена с концентрацией 2 мг/мл, затем раствор полимеризуют в гель внутри трубки; все процедуры проводят в стерильных условиях с предварительно простерилизованными полимерными трубками и нитями фиброина шелка.A method for manufacturing a medical artificial nerve trunk implant containing silk fibroin, characterized in that the polymer tube is filled with a collagen gel and silk fibroin threads, wherein the polymer tube is made of ε-caprolactone with an average molecular weight of 80 kDa, the thickness of the polymer tube is selected to be 50-100 μm, and the length of the polymer tube is selected depending on the size of the nerve defect; native silkworm silk fibroin threads with a diameter of about 10 μm are introduced into the polymer tube, the tubes with threads are filled with a collagen solution with a concentration of 2 mg/ml, then the solution is polymerized into a gel inside the tube; all procedures are carried out under sterile conditions with pre-sterilized polymer tubes and silk fibroin threads.
RU2023134143A 2023-12-18 Method of making medical artificial nerve stem implant containing silk fibroin RU2824072C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2824072C1 true RU2824072C1 (en) 2024-08-01

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6589257B1 (en) * 1998-06-10 2003-07-08 Tapic International Co., Ltd. Artificial neural tube
EA016085B1 (en) * 2005-09-28 2012-02-28 Нантонг Юниверсити Medical artificial nerve graft containing silk fibroin and its preparation method
CN102836016A (en) * 2011-06-20 2012-12-26 中山大学附属第一医院 Implantable degradable device for promoting nerve regeneration after peripheral nerve transplantation
CN103432630B (en) * 2013-09-06 2015-03-18 烟台隽秀生物科技有限公司 Preparation method of dual-network-interweaved compound nerve conduit
WO2016192733A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Aarhus Universitet Conduit for regeneration of biological material
WO2022008920A1 (en) * 2020-07-08 2022-01-13 Newrotex Limited Bridging peripheral nerve gaps with conduits for enhanced nerve regeneration
CN116510087A (en) * 2023-05-09 2023-08-01 东华大学 Preparation method of personalized customized differential interface 'inner core and outer sheath' nerve graft
RU2805813C1 (en) * 2023-05-23 2023-10-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук Bioresorbable implant for regeneration of peripheral nerves

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6589257B1 (en) * 1998-06-10 2003-07-08 Tapic International Co., Ltd. Artificial neural tube
EA016085B1 (en) * 2005-09-28 2012-02-28 Нантонг Юниверсити Medical artificial nerve graft containing silk fibroin and its preparation method
CN102836016A (en) * 2011-06-20 2012-12-26 中山大学附属第一医院 Implantable degradable device for promoting nerve regeneration after peripheral nerve transplantation
CN103432630B (en) * 2013-09-06 2015-03-18 烟台隽秀生物科技有限公司 Preparation method of dual-network-interweaved compound nerve conduit
WO2016192733A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 Aarhus Universitet Conduit for regeneration of biological material
EA045448B1 (en) * 2020-05-12 2023-11-27 Наньтун Университи METHOD FOR CREATION OF SILK FIBROIN NERVE GRAFT FUSED WITH NT3
WO2022008920A1 (en) * 2020-07-08 2022-01-13 Newrotex Limited Bridging peripheral nerve gaps with conduits for enhanced nerve regeneration
CN116510087A (en) * 2023-05-09 2023-08-01 东华大学 Preparation method of personalized customized differential interface 'inner core and outer sheath' nerve graft
RU2805813C1 (en) * 2023-05-23 2023-10-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук Bioresorbable implant for regeneration of peripheral nerves

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koh et al. In vivo study of novel nanofibrous intra-luminal guidance channels to promote nerve regeneration
Ciardelli et al. Materials for peripheral nerve regeneration
RU2404819C2 (en) Thin-film multichamber structures made of collagen element of tissues regeneration containing it and method for its production
JP6733890B2 (en) Biocompatible implants for nerve regeneration and methods of use thereof
US6589257B1 (en) Artificial neural tube
JP6648056B2 (en) Method for producing collagen membrane and use thereof
EP0965310A1 (en) Artificial blood vessel
PT1601826E (en) Biocompatible silk fabric implant
JP2023533572A (en) Bridging the Peripheral Nerve Cleft with Conduits for Enhanced Nerve Regeneration
Moharrami Kasmaie et al. Promotion of nerve regeneration by biodegradable nanofibrous scaffold following sciatic nerve transection in rats
RU2824072C1 (en) Method of making medical artificial nerve stem implant containing silk fibroin
KR101005287B1 (en) Scleral buckling band and method for making the same
US20070110795A1 (en) Use of chitosan materials
EP3338817B1 (en) Prosthesis with a chitosan core for regeneration of nerves and method of its manufacturing
Liu et al. The microstructures and materials of nerve conduits used in peripheral nerve regeneration
RU2805813C1 (en) Bioresorbable implant for regeneration of peripheral nerves
RU2808880C1 (en) Bioresorbable implant of blood vessels based on nanofibers
Haarer et al. Proteins and amino acid-derived polymers
Christiansen et al. Collagenous biocomposites for the repair of soft tissue injury
BR102014032548A2 (en) bioactive and bioresorbable fiberglass-based tubular conduit for regeneration of peripheral nervous tissue and process for obtaining same
da Silva Gomes Regeneration of the Peripheral Nerve-Development and Evaluation of Guide Tubes of Biodegradable Polymer