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 PDFInfo
- 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
Links
Abstract
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2824072C1 true RU2824072C1 (en) | 2024-08-01 |
Family
ID=
Citations (8)
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)
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 |
---|---|---|
Magaz et al. | Bioactive silk‐based nerve guidance conduits for augmenting peripheral nerve repair | |
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 | |
US6589257B1 (en) | Artificial neural tube | |
JP6733890B2 (en) | Biocompatible implants for nerve regeneration and methods of use thereof | |
US12226548B2 (en) | Method for treating a tissue defect with a collagen-containing membrane | |
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 | |
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 | |
Haarer et al. | Proteins and amino acid-derived polymers | |
BR102014032548A2 (en) | bioactive and bioresorbable fiberglass-based tubular conduit for regeneration of peripheral nervous tissue and process for obtaining same | |
RU2805813C1 (en) | Bioresorbable implant for regeneration of peripheral nerves | |
RU2808880C1 (en) | Bioresorbable implant of blood vessels based on nanofibers | |
JP2009513290A (en) | Scleral buckling band and manufacturing method thereof | |
Christiansen et al. | Collagenous biocomposites for the repair of soft tissue injury | |
YANNAS | Tissue Engineered Tendon |