RO133136B1

RO133136B1 - Procedeu de obţinere a unui sistem de eliberare a medicamentelor de tip plase textile colagenice

Info

Publication number: RO133136B1
Application number: ROA201700755A
Authority: RO
Inventors: Ştefania Marin; Kaya Mădălina Georgiana Albu; Mihaela Violeta Ghica; Denisa Ioana Udeanu; Vlad Denis Constantin
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Textile Şi Pielărie-Sucursala Institutul De Cercetare Pielărie-Încălţăminte
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2022-12-30
Also published as: RO133136A2

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a plaselor textile colagenice și impregnate cu minociclină, utilizate în chirurgia generală pentru tratamentul herniei abdominale.

Hernia este o afecțiune care apare atunci când peretele abdominal este slăbit sau perforat iar presiunea din interior împinge conținutul abdominal prin această zonă afectată. Herniile abdominale sunt foarte frecvente, în special în rândul bărbaților, iar dacă nu este tratată la timp se poate ajunge la ocluzie intestinală. Pe plan mondial, sunt realizate în fiecare an peste 20 de milioane de operații pentru repararea herniei abdominale, utilizând plase chirurgicale. Cea mai utilizată plasă este cea sintetică, realizată din polipropilenă, datorită capacității sale de a consolida zona afectată însă acest tip de plasă provoacă numeroase reacții negative din partea organismului din cauza lipsei de biocompatibilitate. Se studiază de foarte mulți ani creșterea biocompatibilității plaselor sintetice prin impregnarea acestora cu polimeri naturali ca albumina, gelatina sau colagenul. De-a lungul timpului, a fost studiată utilizarea colagenului, în special a celui de tip I - extras din piele bovină, în impregnarea plaselor textile pentru creșterea gradului de acceptare a acestora de către organism.

în momentul intervenției chirugicale de reparare a herniilor abdominale, pot apărea leziuni postoperatorii care trebuie tratate. Tratamentul leziunilor postoperatorii reprezintă în prezent unul dintre cele mai atractive și în continuă dezvoltare domenii de interes, cu atât mai mult cu cât sistemul prezintă cedare topică a medicamentului, oferind avantajul unei cedări medicamentoase locale și îmbunătățite către țesuturile afectate, cu menținerea unei concentrații suficiente și eficiente de medicament. în plus, se evită toxicitatea sistemică și efectele secundare asociate, crescându-se astfel complianța pacientului. îmbunătățirile administrării topice atât a analgezicelor cât și a antibioticelor s-au bazat pe utilizarea unor biopolimeri care asigură un suport adecvat de cedare a substanței active. Medicamentul trebuie să fie încorporat în anumite tipuri de structuri fizice care servesc ca rezervor de medicament sau ca suport de cedare a medicamentului. Polimerii sunt cele mai adecvate vehicule pentru sistemele topice de cedare, un interes crescut fiind acordat colagenului.

Efectele pozitive ale colagenului asupra regenerării tisulare și interacțiunea acestuia cu celulele sunt motivele principale ale interesului deosebit de crescut pentru tratamentele locale ale țesuturilor afectate sau pentru formarea de țesut nou cum ar fi osul, pielea sau nervul. Utilizând astfel colagenul pentru impregnarea plaselor, în primul rând se îmbunătățește biocompatibilitatea, riscul respingerii de către organism scăzând, și în al doilea rând acesta reprezintă un suport propice înglobării antibioticelor sau antiinflamatoarelor. Așadar, utilizând colagenul, se pot ceda cantități adecvate de medicament, în cazul în care apar complicații postoperatorii, biocompatibilitatea plasei funcționalizate este îmbunătățită, influențând creșterea celulelor, regenerarea țesuturilor, cedarea medicamentului și o bună complianță a pacientului.

Brevetul RU 2011122424 (A) descrie metoda realizării plaselor chirurgicale din mătase, evitând astfel materialele sintetice care scad biocompatibilitatea. în brevetul US 6262332 (B1) este descrisă metoda de colagenare a plaselor textile realizate din materiale sintetice, utilizând colagen non-uman pentru a mări capacitatea de dezvoltare a noului țesut. O colagenare similară este prezentată în brevetul US 2017143872 (A1), însă în cazul acesta se dorește păstrarea în totalitate a structurii plasei, astfel că sunt introduse ace în pori pentru a se evita acoperirea acestora după impregnare. Acestea sunt extrase ulterior, iar acoperirea cu colagen se face în totalitate doar pe suprafața sintetică. Cu toate acestea nu este rezolvată problema complicațiilor postoperatorii din cauza lipsei unui antibiotic introdus în structura plaselor. Alte tipuri de impregnări ale plaselor chirurgicale sintetice sunt prezentate și în brevetul US 2013110137 (A1) în cazul căruia suprafața este acoperită cu o soluție realizată din colagen pentru biocompatibilitate și cu heparină ca

RO 133136 Β1 anticoagulant. O plasă chirurgicală care încearcă să înlăture componenta sintetică în 1 totalitate este prezentată în brevetul EP 1389450 (A1) în care se propune realizarea unei plase în totalitate din colagen sub formă de membrană în interiorul căreia se produc 3 numeroase găuri astfel încât să preia structura unei plase sintetice, însă în acest caz intervine problema rezistenței mecanice apărute din cauza lipsei componentei sintetice. 5 Problema pe care o rezolvă invenția constă în prezentarea unui procedeu de obținere a unui sistem de eliberare a medicamentelor de tip plase textile colagenice. 7

Procedeul de obținere a unui sistem de eliberare a medicamentelor de tip plase textile colagenice, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că 9 colagenul fibrilar de tip I, obținut din dermă bovină sub formă de gel, cu structură de triplu helix, cu conținut de 1,1...2,3% colagen substanță uscată se amestecă cu 0,1...0,8% mino- 11 ciclină solubilizată în prealabil cu soluție de hidroxid de sodiu 1M și 0,15...0,9% glutaraldehidă și formează o compoziție de colagenare care va fi utilizată sub formă de soluție 13 0,2...0,3% în apă distilată, în care sunt imersate plasele sintetice apoi aceste plase se lasă la uscat 24 h, în continuare etapa de imersare este repetată de mai multe ori pentru a crește 15 grosimea stratului de colagen cu minociclină și în final se realizează fixarea prin imersarea plaselor în soluție de alcool etilic 10%, obținându-se plasele colagenice de culoare galbenă 17 care sunt impregnate cu minociclină.

Prin aplicarea invenției s-au obținut următoarele avantaje: 19

- realizarea unui tratament cu aplicare locală pentru hernia abdominală sau infecții postoperatorii, sub forma unor sisteme de eliberare a medicamentelor, manifestate prin 21 cedarea controlată a minociclinei dintr-un film polimeric realizat dintr-un polimer natural, colagenul, adăugat pe suprafața plasei sintetice; 23

- utilizarea sistemelor de cedare topică este mult mai avantajoasă comparativ cu administrarea sistemică deoarece sunt evitate limitările impuse de efectul primului pasaj 25 hepatic și eliminate riscurile și inconvenientele terapiei intravenoase;

- plasele sintetice colagenate furnizează un mediu propice regenerării țesuturilor, sunt 27 biocompatibile, biodegradabile în timp permițând celulelor să-și sintetizeze propria matrice într-o perioadă de câteva luni, netoxice și eliberează medicamentul (minociclină) controlat. 29 - sistemul de cedare a medicamentelor sub formă de plase colagenate impregnate cu minociclină, odată introduse în organism pentru tratarea herniilor abdominale, au 31 capacitatea de a ajuta la regenerarea țesutului lezat, datorită colagenului care acoperă plasa sintetică, biocompatibilitatea fiind superioară. în același timp, în mod controlat, medicamentul 33 (antibiotic cu spectru larg - minociclină) este eliberat având rolul de a distruge microorganismele din țesuturile infectate, în timp ce colagenul, regenerează țesutul lezat. 35 în continuare se prezintă invenția în detaliu în legătură cu fig. 1...6 care reprezintă:

- fig. 1, prezintă profilele cinetice cumulate de cedare in vitro ale minociclinei din 37 plasele colagenate, redate comparativ ca procent cumulat de medicament cedat în funcție de timp;39

- fig. 2, prezintă influența numărului de straturi/imersări al plasei în gelul compozit asupra procentului cumulat de minociclină cedat;41

- fig. 3, prezintă influența cantității de minociclină din gelul compozit asupra procentului de minociclină cedat;43

- fig. 4, prezintă evoluția leziunilor superficiale la nivelul pielii în urma tratamentului cu plasa colagenată 6;45

- fig. 5, prezintă evoluția leziunilor de severitate medie induse prin arsură în urma tratamentului cu plasa colagenată 6;47

- fig. 6, prezintă evoluția procesului de cicatrizare al leziunilor induse prin arsură la animalele de experiență în urma tratamentului cu plasa colagenată 6.49

RO 133136 Β1

Având în vedere incidența mare a herniilor abdominale, problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui sistem de eliberare controlată a unui medicament (minociclină) dintr-un suport polimeric sub formă de plasă colagenată și reticulată astfel încât eliberarea medicamentului și degradarea filmului colagenic, să se facă în același timp, controlat, și să asigure tratamentul posibilei infecții, dar și regenerarea țesutului lezatîn urma intervenției chirurgicale.

Plasele textile colagenate, conform invenției înlătură dezavantajele menționate prin aceea că soluția de colagenare este alcătuită din următoarele componente, exprimate în procente gravimetrice raportate la 100% colagen substanță uscată: a) un polimer natural, colagen fibrilar tip I, obținut din dermă bovină, sub formă de gel, cu structură de triplu helix, cu un conținut de 1,1 ...2,3% colagen substanță uscată, b) 0,1 ...0,8% minociclină, solubilizată în prealabil în soluție de hidroxid de sodiu 1M, se amestecă în colagenul gel, și c) 0,15...0,9% agent de reticulare, glutaraldehida care se amestecă în compoziția finală sub formă de soluție 0,2...0,3% în apă distilată.

Procedeul de obținere a plaselor colagenate impregnate cu minociclină constă în aceea că, în prealabil gelul de colagen se amestecă cu soluția de minociclină, se omogenizează, se ajustează pH-ul la 7,4 cu hidroxid de sodiu 1M și se adaugă apă distilată până ce compoziția finală conține 1,1% colagen substanță uscată și se adaugă agent de reticulare. în compoziția obținută sub formă de gel colagen-minociclină reticulat se imersează plasele sintetice apoi se lasă la uscat, 24 h, pentru formarea filmului pe suprafața acestora, realizându-se apoi imersări repetate pentru a crește grosimea stratului de colagen cu minociclină.

Pentru a demonstra capacitatea de eliberare controlată a medicamentelor, cedarea minociclinei a fost simulată în soluție tampon fosfat la un pH de 7,4 și temperatura de 37°C și a fost studiată influența concentrației de medicament și a procesului de acoperire a plaselor sintetice (numărul de straturi/imersări) asupra profilelor cinetice de cedare a medicamentului.

Profilele cinetice cumulate de cedare in vitro ale minociclinei din plasele colagenate sunt prezentate comparativ ca procent cumulat de medicament cedat în funcție de timp în fig. 1.

în fig. 2, este prezentată spre exemplificare influența numărului de straturi/imersări asupra procentului de minociclină cedat.

în fig. 3, este prezentată spre exemplificare influența cantității de minociclină din gelul compozit asupra procentului de minociclină cedat.

Din examinarea figurilor se poate constata faptul că cedarea antibioticului este rapidă în primele 60 min, apoi medicamentul este cedat lent și gradual, pe parcursul a încă 300 min. Astfel de profile cinetice sunt de urmărit în proiectarea unor plase încărcate cu antibiotic destinate utilizării în chirurgia generală pentru tratamentul herniei abdominale. Aceasta întrucât primele ore sunt critice în controlul invaziei și multiplicării bacteriene și în plus bacteriile prezente de la nivelul leziunii pot produce un biofilm rezistent la acțiunea agenților antimicrobieni. Cedarea rapidă a antibioticului, după contactul plasei colagenate cu fluidul biologic de la locul de aplicare, asigură o diminuare rapidă a bacteriilor. Pe de altă parte, cedarea treptată a medicamentului asigură protecție antibacteriană pe perioadă mai lungă necesară vindecării.

Pentru determinarea mecanismului de cedare a minociclinei din suporturile de tip plase proiectate s-a utilizat modelul legii puterii (ecuația 1):

^=k-tⁿ (D

RO 133136 Β1

unde m_t este cantitatea de substanță activă cedată la momentul t, m - cantitatea totală de substanță activă din suporturile proiectate, m_t/m - fracția cedată de medicament la timpu t, k - constanta cinetică, n - exponentul de cedare. Valorile coeficientului de determinare pentru modelul legii puterii obținute la cedarea minociclinei din sistemele compozite de tip plase, parametrii cinetici specifici modelului legi puterii și procentul de medicament cedat sunt prezentate în tabelul următor:	1 3 5 7 9
Sisteme de tip plase de cedare a minociclinei	Coeficientul de determinare pentru modelul legii puterii	Exponentul de cedare	Constanta cinetică (1/minⁿ)	% cedat
Exemplul 1	0,9854	0,33	0,121	80,53	11
Exemplul 2	0,9889	0,29	0,162	85,62
Exemplul 3	0,9758	0,19	0,327	92,52	13
Exemplul 4	0,9874	0,18	0,310	87,09
Exemplul 5	0,9995	0,27	0,174	84,43	15
Exemplul 6	0,9907	0,20	0,291	90,27
Exemplul 7	0,9988	0,21	0,264	86,32	17

Profilele de cedare ale minociclinei din plasele colagenate, dar și mecanismul cinetic 19 sunt influențate de numărul de straturi/imersări al plasei în gelul compozit și de concentrația de medicament. Prin modularea numărului de straturi/imersări și a concentrației de mino- 21 ciclină se poate controla cantitatea de medicament cedat, în vederea obținerii unor sisteme de cedare care să asigure o eliberare optimă a medicamentului în raport cu locul de aplicare 23 și indicația terapeutică.

Plasa impregnată cu colagen și minociclină a fost testată în vederea stabilirii 25 toleranței cutanate și a identificării unor posibile reacții adverse locale în două modele experimentale de leziuni cutanate la animale de experiență. Pentru modelul experimental s- 27 au folosit șobolani Wistar procurați de la Biobaza Universității de Medicină și Farmacie „Carol Davila, București. Experimentul s-a desfășurat conform Directivei 2010/63/UE a Consiliului 29 European privind protecția animalelor utilizate în scopuri științifice și a Legii nr. 43, adoptată de Parlamentul României la data de 11/04/2014. Pentru studiul in vivo s-au utilizat 20 de 31 șobolani Wistar în greutate de 180 ± 10 g care au fost ținuți în condiții standard de laborator, hrăniți de două ori pe zi și au primit apă ad libitum. Animalelor li s-a îndepărtat blana de pe 33 partea dorsală iar leziunile au fost induse în urma anestezierii animalelor cu eter etilic. Animalele luate în studiu au fost împărțite în 4 loturi a câte 5 indivizi. 35

Pentru inducerea unei leziuni cutanate superficiale s-a îndepărtat chirurgical epidermul la două loturi de animale, un lot martor netratat, iar cel de al doilea lot a fost tratat 37 cu plasa colagenată 6 (exemplul 6) fixată cu plasture de mătase imediat după inducerea leziunii. 39

Al doilea model experimental a presupus inducerea unei leziuni de severitate medie prin arsură. Leziunile au fost realizate cu ajutorul unui dispozitiv metalic cu diametrul de 10 41 mm încălzit într-o soluție de ser fiziologic la fierbere aplicat timp de 10 s în zona dorsală epilată. Peste zona lezată a fost aplicată plasa colagenată 6 (exemplul 6) care a fost fixată 43 cu o bandă adezivă de mătase. în paralel s-a utilizat un lot martor netratat.

RO 133136 Β1

Animalele au fost monitorizate și pentru identificarea posibilelor reacții adverse topice sau sistemice în urma aplicării plasei colagenate la nivelul pielii lezate în vederea utilizării ulterioare a acestor sisteme farmaceutice în scop chirurgical.

Evoluția morfologică a leziunilor a fost înregistrată cu ajutorul unui aparat de fotografiat Olympus SP-590UZ. Leziunile au fost considerate vindecate în momentul căderii crustei. în cazul leziunilor induse prin arsură diametrul rănilor a fost determinat pe o perioadă de 10 zile. Procesul de vindecare a rănilor provocate prin arsură a fost calculat cu ajutorul ecuației (2) și prezentat în fig. 6:

% Pr oces de vindecare =

Dinitial - Dt

Dinitial *100 (2) unde D este diametrul leziunii, în prima zi de tratament (D inițial, t = 0) sau la momentul t (Dt) corespunzător zilelor 3, 5 sau 10 de tratament.

Imaginile macroscopice ale leziunilor experimentale superficiale și de severitate medie induse la șobolani sunt prezentate în fig. 4 și respectiv fig. 5.

în cazul leziunilor superficiale, tratamentul cu plasa 6 induce o cicatrizare mai rapidă a rănilor după 3 zile de la aplicarea membranei colagenate. Epiteliul este complet refăcut după 5 zile de la aplicarea tratamentului comparativ cu lotul martor la care procesul de cicatrizare este prelungit, vindecarea completă depășind 7 zile.

în cazul leziunilor de severitate medie induse prin arsură, se observă la momentul inițial apariția unei escare de culoare albă cu afectarea atât a epidermului cât și a dermului. Zona lezată devine hiperemică după câteva ore datorită extravazării eritrocitare, treptat leziunea se acoperă cu o crustă, iar procesul de vindecare este considerat complet în momentul desprinderii acesteia de pe leziune. în cazul aplicării plasei colagenate 6 direct pe leziune, diametrul rănii scade cu 20% după primele 3 zile, iar procesul de vindecare este de 50% după 5 zile de tratament. Crusta formată în acest caz este mai puțin vizibilă comparativ cu lotul martor în primele 7 zile, procesul de vindecare este complet după 10 zile de la inducerea leziunii. în cazul lotului martor diametrul leziunii scade cu 10% în primele 3 zile, un proces inflamator local se instituie treptat încetinind procesul de vindecare. Crusta formată este vizibilă, mai groasă decât în cazul lotului tratat, iar procesul de vindecare completă depășește 10 zile.

în concluzie, aplicarea plasei colagenate 6 a avut efect benefic în evoluția și vindecarea a două modele de leziuni superficiale și de severitate medie induse experimental la șobolanii Wistar. La animalele de experiență luate în studiu nu s-au observat reacții adverse locale sau sistemice în urma aplicării tratamentului topic, plasele fiind ușor tolerate și cu efecte benefice în procesul de vindecare a acestor tipuri de leziuni.

Colagenul are rolul de a regenera țesuturile, iar minociclina este un antibiotic cu spectru larg de acțiune și este recomandat în tratamentul infecțiilor postoperatorii.

Gelul de colagen fibrilar tip I obținut din piele bovină, cu pH acid, 2...3,5, având o concentrație de colagen de 1,1...2,3% (g/g) este utilizat în această invenție. în analiza calitativă și cantitativă, cenușa și grăsimea trebuie să fie nedetectabile. Minociclina utilizată în această invenție este un medicament comercial ce trebuie să aibă o puritate de peste 97%. Agentul de reticulare este aldehida glutarică care trebuie să fie 0,15...0,9% raportat la conținutul de colagen.

în continuare se prezintă 7 exemple de realizare a invenției:

Exemplul 1 în această invenție a fost utilizat un gel de colagen fibrilar tip I cu o concentrație gravimetrică de 2,37%, 97,5% apă și pH-ul de aproximativ 2...3. O soluție de minociclină a fost preparată anterior prin amestecarea a 0,2% minociclină (raportat la gelul de colagen)

RO 133136 Β1 cu soluție de hidroxid de sodiu 1M. Soluția de minociclină obținută a fost încorporată în gel, 1 iar pH-ul a fost ajustat la 7,4 cu 1M hidroxid de sodiu și a fost adăugată apă distilată până când compoziția finală a avut 1,1% colagen, apoi a fost reticulată cu 0,5% glutaraldehidă. 3 Plasele sintetice au fost tăiate cu dimensiunea de 3 x 3 cm, și introduse în gelul de colagen cu minociclină după care au fost puse la uscat timp de 24 h. Etapa finală a fost de fixare, 5 timp de 3 min prin imersarea plaselor în soluție de alcool etilic 10%.

Exemplul 2 7

Gelul compozit pe bază de colagen și minociclină a fost obținut prin procesul descris în exemplul 1 exceptând numărul de imersări ale plaselor în gelul obținut. în acest proces 9 plasele au fost imersate de 3 ori la intervale de 24 h obținându-se astfel un strat triplu comparativ cu plasele obținute în exemplul 1. Etapa finală de fixare s-a realizat conform 11 exemplului 1.

Exemplul 3 13

Gelul compozit pe bază de colagen și minociclină a fost obținut prin procesul descris în exemplul 1 exceptând procentul de minociclină utilizat, care a fost 0,6% (raportat la 15 colagen substanță uscată). Procesul de acoperire a plaselor sintetice a fost similar cu cel descris în exemplul 1. Etapa finală de fixare s-a realizat conform exemplului 1. 17

Exemplul 4

Gelul compozit pe bază de colagen și minociclină a fost obținut prin procesul descris 19 în exemplul 3. Procesul de acoperire a plaselor sintetice a fost similar cu cel descris în exemplul 2. Etapa finală de fixare s-a realizat conform exemplului 1. 21

Exemplul 5

Gelul compozit pe bază de colagen și minociclină a fost obținut prin procesul descris 23 în exemplul 1 exceptând procentul de minociclină utilizat, care a fost 0,4% (raportat la colagen substanță uscată). Procesul de acoperire a plaselor sintetice a fost similar cu cel 25 descris în exemplul 4. Etapa finală de fixare s-a realizat conform exemplului 1.

Exemplul 6 27

Gelul compozit pe bază de colagen și minociclină a fost obținut prin procesul descris în exemplul 4. Procesul de acoperire a plaselor sintetice a fost similar cu cel descris în 29 exemplul 5 exceptând numărul de imersări realizate, în acest caz plasa sintetică imersânduse în gelul de colagen cu minociclină de două ori. Etapa finală de fixare s-a realizat conform 31 exemplului 1.

Exemplul 7 33

Gelul compozit pe bază de colagen și minociclină a fost obținut prin procesul descris în exemplul 5. Procesul de acoperire a plaselor sintetice a fost similar cu cel descris în 35 exemplul 6. Etapa finală de fixare s-a realizat conform exemplului 1.

Plasa sintetică colagenată și impregnată cu minociclină obținută în această invenție 37 este un sistem de eliberare controlată a unui medicament (minociclină) dintr-un film polimeric natural (colagenul) reticulat astfel încât eliberarea medicamentului și degradarea filmului, să 39 se facă în același timp, controlat, și să asigure pe de-o parte tratamentul infecției și pe de altă parte regenerarea țesutului lezat în cazul intervenției chirurgicale. 41

Claims

1 Revendicare

3 Procedeu de obținere a unui sistem de eliberare a medicamentelor de tip plase textile colagenice, caracterizat prin aceea că, colagenul fibrilar de tip I, obținut din dermă bovină 5 sub formă de gel, cu structură de triplu helix, cu conținut de 1,1...2,3% colagen substanță uscată se amestecă cu 0,1...0,8% minociclină solubilizatăîn prealabil cu soluție de hidroxid

7 de sodiu 1M și 0,15...0,9% glutaraldehidă și formează o compoziție de colagenare care va fi utilizată sub formă de soluție 0,2...0,3% în apă distilată, în care sunt imersate plasele

9 sintetice apoi aceste plase se lasă la uscat 24 h, în continuare etapa de imersare este repetată de mai multe ori pentru a crește grosimea stratului de colagen cu minociclină și în 11 final se realizează fixarea prin imersarea plaselorîn soluție de alcool etilic 10%, obținându-se plasele colagenice de culoare galbenă care sunt impregante cu minociclină.