Проточная система под давлением и способ обработки жидкостно-проницаемых заготовок, таких как кости
Номер патента: 1263
Опубликовано: 25.12.2000
Авторы: Расселл Джеймс Л., Моррис Джон В., Дауд Майкл, Скарбораф Нельсон Л.
Формула / Реферат
1. Проточная система под давлением для обработки внутреннего объема кости жидкостью, включающая
а) камеру нагнетания давления жидкости, имеющую входной патрубок для жидкости и отверстие, выполненное в стенке камеры, размеры которого обеспечивают прохождение через него, по крайней мере, части кости;
б) сжимаемое уплотнение, расположенное по окружности отверстия, способное принимать форму поверхности кости и способное жидкостно-непроницаемо уплотнять ее; и
в) источник жидкости под давлением, превышающим атмосферное давление,
в которой, при повышении давления в камере нагнетания давления жидкости до уровня, превышающего атмосферное давление, жидкость из камеры нагнетания давления проходит из камеры нагнетания давления через внутренний объем кости и выходит из кости за пределами камеры нагнетания давления.
2. Проточная система под давлением по п.1, в которой в сжимаемом уплотнении повышают давление с помощью газа или жидкости.
3. Проточная система под давлением по п.1, которая дополнительно включает стопор для предотвращения перемещения кости.
4. Проточная система под давлением по п.3, в которой стопор включает пластину, подвижно прикрепленную снаружи камеры нагнетания давления жидкости.
5. Проточная система под давлением по п.4, которая дополнительно включает герметизирующее устройство, поддерживаемое стопором, причем герметизирующее устройство расположено так, чтобы оно упиралось в один конец кости и герметизировало его.
6. Проточная система под давлением по п.1, которая дополнительно включает, по крайней мере, первый и второй источники жидкости, соединенные с входным патрубком для жидкости.
7. Проточная система под давлением по п.6, в которой первым источником жидкости является поверхностно-активный реагент, а вторым источником жидкости является спирт.
8. Проточная система под давлением по п.1, в которой поверхностно-активным реагентом является октилфенокси-полиэтокси-этанол.
9. Проточная система под давлением по п.6, которая дополнительно включает средства управления для автоматического управления соотношением между первой и второй жидкостью, которые подают в камеру нагнетания давления посредством первого и второго источников жидкостей.
10. Проточная система под давлением по п.1, в которой сжимаемое уплотнение включает
съемную крышку, которая закреплена в отверстии и окружает его,
уплотнение для неравномерного поперечного сечения, окружающее отверстие,
прокладочный элемент и втулку, расположенную между прокладочным элементом и крышкой, причем уплотнение расположено внутри втулки, и
стопорные элементы, имеющие
стопорную пластину, снабженную упорной втулкой, расположенной на пластине, и выполненную таким образом, что эту пластину удерживают стержни спереди от отверстия для обеспечения расположения упорной втулки на одной линии с отверстием для того, чтобы прижимать один конец кости и препятствовать перемещению кости в отверстии, вызываемому разностью давлений, возникающих поперек уплотнения,
деформируемый герметизирующий элемент, закрепленный в упорной втулке,
причем стопорная пластина регулируется относительно крышки перемещением вдоль стержней.
11. Проточная система под давлением по п.10, в которой крышку, втулку и прокладочный элемент дополнительно прикрепляют к камере с помощью стержней.
12. Способ обработки внутренней соединительной ткани кости, включающий:
а) использование камеры нагнетания давления жидкости;
б) размещение, по крайней мере, первой части кости внутри камеры нагнетания давления жидкости и, по крайней мере, второй части кости за пределами камеры нагнетания давления жидкости; и
в) подачу жидкости под давлением, превышающим атмосферное давление, в камеру нагнетания давления жидкости для обеспечения прохождения жидкости из камеры через внутренние соединительные ткани кости в место, расположенное за пределами камеры нагнетания давления жидкости.
13. Способ по п.12, дополнительно включающий этап герметизации отверстия камеры нагнетания давления жидкости, причем уплотнение обеспечивает жидкостно-непроницаемую герметизацию вокруг кости.
14. Способ по п.12, в котором жидкость выбирают из группы, состоящей из воды, мыл, растворителей, биологически активных реагентов, стерилизующих реагентов, антимикробных препаратов, консервантов, красителей и деминерализационных реагентов.
15. Способ по п.12, в котором этап подачи жидкости включает подачу, по крайней мере, первой и второй жидкостей.
16. Способ по п.14, в котором жидкость включает мыло, при этом жидкость подают для очистки и/или дезинфекции внутренней соединительной ткани кости.
17. Способ по п.16, в котором мыло является поверхностно-активным реагентом, который выбирают из группы, состоящей из катионных поверхностно-активных веществ, анионных поверхностно-активных веществ, неионных поверхностно-активных веществ, и амфотерных поверхностно-активных веществ.
18. Способ по п.14, в котором жидкость является деминерализующим реагентом, включающим кислоту.
19. Способ по п.14, в котором жидкость является красителем, оседающим на внутренних соединительных тканях кости.
20. Способ по п.14, в котором этап подачи жидкости включает последовательную подачу поверхностно-активного вещества и этанола.
21. Способ по п.20, который дополнительно включает этап автоматического управления последовательностью и синхронизацией подачи жидкостей.
22. Способ по п.14, в котором жидкость является биологически активным реагентом, который выбирают из группы, состоящей из морфогенных белков кости, реагентов, воздействующих на кость, трансформирующих факторов роста, инсулиноподобных факторов роста, и других факторов роста.
23. Способ по п.12, в котором жидкость выбирают из группы состоящей из фармакологических реагентов.
24. Способ по п.12, который включает обработку внутренних соединительных тканей кости, обеспечивающую прохождение обрабатывающей жидкости из внутренней части кости по естественным костным путям циркуляции, и выход ее из кости.
25. Способ обработки внутренних соединительных тканей кости, который включает прохождение обрабатывающей жидкости под давлением, превышающим атмосферное давление, из внутренней части кости к наружной части кости по естественным костным путям циркуляции, и выход ее из кости.
26. Способ по п.25, в котором обрабатывающую жидкость выбирают из группы, состоящей из воды, мыльных веществ, растворителей, биологически активных реагентов, стерилизующих агентов, антимикробных консервантов, красителей и деминерализующих реагентов.
27. Способ по п.26, в котором обрабатывающие жидкости включают мыло, при этом обрабатывающую жидкость подают для очистки и/или дезинфекции внутренней соединительной ткани кости.
28. Способ по п.27, в котором мыло является поверхностно-активным реагентом, который выбирают из группы, состоящей из катионных поверхностно-активных веществ, анионных поверхностно-активных веществ, неионных поверхностно-активных веществ, и амфотерных поверхностно-активных веществ.
29. Способ по п.25, в котором обрабатывающая жидкость является деминерализующим реагентом.
30. Способ по п.25, в котором обрабатывающая жидкость является красителем.
31. Способ по п.25, в котором жидкость является биологически активным реагентом, который выбирают из группы, состоящей из морфогенных белков кости, реагентов, воздействующих на кость, трансформирующих факторов роста, инсулиноподобных факторов роста, и других факторов роста.
32. Способ по п.25, в котором обрабатывающую жидкость выбирают из группы, состоящей из фармакологических реагентов.
Текст
1 Область техники Данное изобретение относится к системе и способу обработки, например очистки, внутренних полостей жидкостно-проницаемых заготовок за счет создания потока жидкости с помощью разности давления. Точнее, настоящее изобретение относится к проточной системе под давлением для проникновения одной или более жидкостей к внутренним пористым соединительным тканям кости, предназначенной для имплантации, для различной очистки, обезжиривания, стерилизации, противовирусной обработки, дезинфекции и/или деминерализации кости, для обеспечения возможности визуализации структуры кости или для пропитки кости одним или более фармакологическим препаратом (антибиотиками, стимуляторами роста кости и т.п.) так, чтобы кость служила в качестве системы введения лекарства. Уровень техники Приготовление костной ткани к последующей имплантации предусматривает одну или более асептических процедур очистки,предназначенных для минимизации риска передачи потенциально болезнетворных организмов реципиентам ткани, и для уменьшения связанной с трансплантантом антигенности. Известные процедуры очистки кости являются не всегда эффективными и/или стабильными. Соответственно, существует риск того, что при применении любой из известных процедур очистки кости вредные микроорганизмы и/или антигенные вещества могут продолжить свое существование в кости. В патенте США 5333626 описан способ подготовки кости к трансплантации, при котором кость сначала приводят в контакт с очищающим препаратом, а затем - в контакт с поверхностно-активным веществом при условиях промывки под высоким давлением и повышенной температуре. В патентах США 5513662 и 5556379 предложено использовать давление ниже атмосферного, т.е. вакуум, для облегчения отделения смываемых веществ с внутренних соединительных тканей кости в качестве способа подготовки кости к трансплантации. Несмотря на то, что вышеописанные способы позволяют достичь некоторого успеха, возникли трудности, связанные с равномерностью проникновения в глубь соединительной ткани кости, где могут находиться источники инфекции и/или иммуногенные макромолекулы. Соответственно, возникает потребность в улучшении системы и способа очистки и деконтаминации кости для минимизации воздействия потенциально возможных болезней и связанной с трансплантантом антигенности на реципиента трансплантанта. Описанная ниже система, кроме того, включает способ обработки кости препаратами, что может привести к улучшению функциональных характеристик; к использованию кости в качестве пути введения одного или 2 нескольких биоактивных препаратов в организм, в который она имплантирована; к обеспечению деформации кости в диагностических или исследовательских целях; или для изучения характеристик потока жидкостей в кости и ее микрососудах. Сущность изобретения В соответствии с настоящим изобретением, предложены проточная система под давлением и способ обработки жидкостно-проницаемых заготовок. Система включает, по крайней мере, одну жидкостную подсистему для подачи обрабатывающей жидкости в камеру нагнетания давления жидкости. Камера нагнетания давления жидкости снабжена входным патрубком и отверстием, выполненным в одной из стенок камеры. В отверстии расположено уплотнение для обеспечения жидкостнонепроницаемой герметизации вокруг внешней поверхности жидкостно-проницаемой заготовки, обладающей неоднородной внешней поверхностью. Обрабатывающую жидкость под давлением подают в камеру нагнетания давления из жидкостной подсистемы, обеспечивая прохождение жидкости через внутреннюю соединительную ткань заготовки так, чтобы изменять, модифицировать или иным образом воздействовать на свойства заготовки. В предпочтительном варианте реализации изобретения жидкостно-проницаемая заготовка - это кость или ее часть, а жидкость - это очищающая или дезинфицирующая жидкость, проходящая через сосудистую и пористую структуру кости, чтобы обеспечить удаление крови, костного мозга и/или других некостных составляющих кости и/или стерилизовать и подавлять вирусную активность кости. Альтернативно, проточную систему под давлением можно использовать для деминерализации кости, или для окрашивания микрососудов кости для улучшения ее визуализации, или для введения биологически активных препаратов. Выражение жидкостно-проницаемая заготовка, использованное здесь, обозначает любой предмет, устройство, материал или тому подобное, позволяющие жидкости проходить под давлением через эту заготовку. Термин жидкость включает все жидкие и газообразные обрабатывающие вещества и их смеси, которые обладают текучестью при условиях работы проточной системы под давлением. Краткое описание чертежей Ниже описаны различные, предпочтительные варианты реализации изобретения с помощью чертежей, на которых: фиг. 1 - схематический вид одного варианта реализации проточной системы под давлением; фиг. 2 - вид сбоку в перспективе камеры очистки проточной системы под давлением,изображенной на фиг. 1; 3 фиг. 3 - вид сбоку в перспективе с отделенными от камеры очистки частями проточной системы под давлением, изображенной на фиг. 1; фиг. 4 - вид в разрезе по линии 4-4 фиг. 3; фиг. 5 - вид сбоку с частичным разрезом одного конца камеры очистки с удаленной торцевой пластиной и с размещенной в отверстие камеры жидкостно-проницаемой заготовкой, а именно фрагментом кости; фиг. 6 - вид сбоку с частичным разрезом одного конца камеры очистки с закрепленным фрагментом кости; фиг. 7 - вид сбоку с частичным разрезом камеры очистки с закрепленным фрагментом кости и жидкостью под давлением, проходящей через заготовку; фиг. 8 - фотография поперечного разреза необработанной части кости; фиг. 9 - фотография поперечного разреза части кости, обработанной с помощью проточной системы под давлением в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 10 - фотография поперечного разреза части кости, обработанной с помощью вакуумного способа; и фиг. 11 - фотография поперечного разреза части кости, обработанной с помощью способа распыления под высоким давлением. Подробное описание предпочтительных вариантов реализации изобретения Предпочтительные варианты реализации проточной системы под давлением будут описаны ниже в подробностях, с использованием чертежей, на которых одинаковые цифровые обозначения относятся к идентичным или соответственным элементам на каждом из нескольких видов. На фиг. 1 показан один вариант реализации проточной системы под давлением, в целом обозначенной 10. Проточная система 10 под давлением включает, по крайней мере, одну камеру 12 нагнетания, снабженную входным патрубком 14, соединенным с одним концом магистрали 16 подачи жидкости. Другой конец магистрали 16 соединен с источником 18 подачи воды и множеством подсистем 20, 22 и 24 обрабатывающей жидкости. Подсистемы 20, 22 и 24 подают обрабатывающую жидкость в камеру 12 нагнетания для обработки жидкостнопроницаемой заготовки, частично установленной в ней. Хотя описываемая система 10 имеет три жидкостные подсистемы, для осуществления конкретного процесса можно установить большее или меньшее число таких подсистем. Воду из источника 18 подачи воды подают через водяной клапан 17 в трубопровод 16 с помощью насоса 19. Блок управления 35 потоком соединен с преобразователем давления 33, установленным в камере нагнетания 12, для управления скоростью насоса 19 для поддержания постоянного давления в камере 12. Преобразо 001263 4 ватель 32 потока расположен в магистрали 16 между насосом 19 и подсистемой 20 для измерения скорости потока воды в магистрали 16 до подсистем 20, 22 и 24. Подсистемы 20, 22 и 24 будут подробнее описаны ниже. Как показано на фиг. 2-4, камера 12 нагнетания включает корпус 59 камеры с отверстием 60, выполненным в одной из стенок камеры,размеры которого обеспечивают установку в нем жидкостно-проницаeмой заготовки 62. В изображенном варианте реализации изобретения заготовкой является кость или фрагмент кости, пористая внутренняя структура которой позволяет жидкости под давлением проходить через нее. На чертеже камера 12 изображена цилиндрической, однако, она может иметь прямоугольную, коробообразную или любую другую форму, способную удерживать кость 62 и принимать жидкость под давлением. Камера 12 может, кроме того, иметь несколько отверстий,чтобы можно было установить несколько заготовок в одну камеру. Предпочтительно, чтобы отверстие 60 было выполнено в съемной крышке 64, которую закрепляют к одному концу камеры 12 с помощью легкосъемных креплений,известных в технике. Торцевая пластина 64 выполнена съемной для того, чтобы получить доступ к внутренней полости камеры 12 для установки в ней фрагмента кости 62 или для очистки полости камеры 12. Для прикрепления торцевой пластины 64 к корпусу 59 можно использовать хомут 65. Уплотнение 66, обеспечивающее жидкостно-непроницаемую герметизацию вокруг наружной поверхности кости (имеющей неравномерное сечение) расположено вокруг отверстия 60. Уплотнение 66 может быть любого типа, обеспечивающего нижеописанные требования и, предпочтительно, является пневматически или гидравлически регулируемым уплотнением, в котором можно селективно повышать давление для герметичного oхватывания наружной поверхности кости независимо от того, насколько неравномерно ее сечение. Опорой для затвора 66 служит втулка 68, расположенная между торцевой пластиной 64 и прокладкой 70. Стопорная пластина 72, снабженная блокирующей втулкой 74, расположена на стержнях 76 напротив отверстия 60. Блокирующая втулка 74, предпочтительно, расположена точно напротив отверстия 60, чтобы служить упором одного конца заготовки 62 для предотвращения перемещения заготовки в отверстии 60 в результате разности давления на разных сторонах,уплотнения 66. На блокирующую втулку 28 можно закрепить герметизирующий элемент 78,которым может служить эластичный диск, способный деформироваться по периферии торца заготовки 62 для обеспечения жидкостнонепроницаемой герметизации конца заготовки 62. Стопорные гайки 80 свободно навинчены на стержни 76 для обеспечения возможности регу 5 лировки стопорной пластины 72 относительно торцевой пластины 64. Стержни 76 также можно использовать для крепления торцевой пластины 64, втулки 68 и прокладки 70 к камере 12,однако для этих целей могут быть использованы и другие крепежные средства. Камера 12 снабжена манометром 82, клапаном 84 жидкостного впускного патрубка, клапаном 86 впуска воздуха и стоком (не показан). Клапаны 84 и 86 могут быть с электрическим приводом, управляемыми основным контроллером 58 (см. фиг. 1). Как показано на фиг. 5-7, фрагмент кости 62 закрепляют в камере 12 следующим образом: крышку 64 снимают с корпуса 59 камеры и вдвигают первый конец 88 фрагмента кости 62 через отверстие 60 в крышке 64 по направлению к стопорной пластине 72. Первый конец 88 располагают в блокирующей втулке 74 на стопорной пластине 72. Предпочтительно, чтобы положение стопорной пластины 72 на стержнях 76 отрегулировано таким образом, чтобы большая часть длины фрагмента кости 62 располагалась снаружи отверстия 60, и только небольшая часть кости располагалась внутри камеры 12. После того, как стопорную пластину 72 надлежащим образом отрегулируют, крышку 64 можно закрепить на корпусе камеры 59, перемещая крышку в направлении стрелки А на фиг. 5. Как изображено на фиг. 6, втулка 68 включает патрубок 90, снабженный вентилем, для повышения давления в уплотнении 66. После того, как фрагмент кости 62 надлежащим образом размещают в камере 12 нагнетания, а крышку 64 закрепляют на корпусе 59 камеры, в уплотнение 66 подают жидкость под давлением для обеспечения жидкостно-непроницаемой герметизации в отверстии 60 вокруг кости. Как изображено на фиг. 7, после того, как фрагмент кости 62 надлежащим образом загерметизирован, жидкость под заданным давлением подают через патрубок 14 в камеру 12. Из-за разности давления на сторонах уплотнения 66, жидкость под давлением в камере 12 выдавливается из камеры 12 через пористую соединительную ткань кости. На фиг. 1 показана проточная система 10 под давлением, предпочтительно приспособленная для обработки костей, включая трупные длинные кости, подвздошные кости, ребра и т.д., предназначенные для имплантации. В этом варианте реализации проточной системы 10 под давлением для обработки костей жидкостная подсистема, например подсистема 20, включает поверхностно-активный реагент из множества анионных, катионных, амфотерных и/или неионных реагентов. Предпочтительно, чтобы поверхностно-активным реагентом был неионный октилфенокси-полиэтокси-этанол 26, пригодный для удаления белков и липидов из кости, такой как Triton X-100 (торговая марка компании Rohm and Haas Co.), однако, можно использовать и другие поверхностно-активные 6 реагенты. Обычно используется жидкостный насос 28, преимущественно перистальтического типа, но можно использовать и другие типы насосов,который подает поверхностноактивный реагент в трубопровод 16 через электрически управляемый вентиль 30. Блок управления 34 потоком подключен к преобразователю 32 потока для управления скоростью насоса 28 и, тем самым, управления концентрацией поверхностно-активного реагента в трубопроводе 16. Среди катионных поверхностно-активных веществ, которые можно применять, четвертичные амино- или азотистые компаунды; четвертичные соли аммония, такие как бензалконхлорид, соли алкилтриметиламмония и соли алкилпиридина; алифатические моно-ди- и полиамины; амины производные от канифоли; аминоксиды, такие как полиоксиэтиленалкил и алициклические амины, N,N,N,N тетракис-замещенные этилендиамины, амины с амидными связями,предпочтительно приготовленные путем конденсации карбоксиловой кислоты с ди- или полиамином и тауро-24,25-дигидрофузидатом натрия. Анионные поверхностно-активные вещества, которые можно применять, включают сульфаты, такие как сульфаты алкила (например, додецилсульфат натрия), сульфатные жиры и масла, сульфатная жирная кислота, сульфатные алканоамиды, сульфатные эфиры, и сульфаты спирта; сульфонаты, такие как сульфонаты алкиларила, олефинсульфонаты, этоксилированные сульфаты спирта, и сульфонаты этоксилированых алкилфенолов; сульфаты жирных эфиров: сульфаты и сульфонаты алкилфенолов; лигносульфонаты; сульфонаты конденсированых нафталинов; сульфонаты нафталина, диалкилсульфосукцинаты, предпочтительно производные натрия; сульфосукцинатные производные натрия, такие как динатрийэтоксилнонилфенольный полуэфир сульфосукциновой кислоты, динатрийэтоксилированный спирт (С 10-С 11),полуэфир сульфосукциновых кислот, и т.п.,сульфонаты бензинов, такие как алкалисоли сульфонатов бензинов; например сульфонатов бензина натрия (Acto 632); фосфаты эфиров,такие как алкалифосфаты эфиров, и калийные соли фосфатного эфира (Triton H66); сульфонатные алкилэфиры (например, Triton GR 7); карбоксилаты, такие как описываемые формулой (RCOО)-(М)+, где R - алкильная группа,имеющая от 9-21 атомов углерода, а М - металл или амин; и натриевая полимерная карбоксильная кислота (Tamol 731) и подобные. Неионные поверхностно-активные вещества, которые можно применять, включают полиоксиэтилены; этоксилированные алкилфенолы, этоксилированные алифатические спирты; эфиры карбоксиловой кислоты, такие как глицеролэфиры, полиэтиленгликольные эфиры,и полиоксиэтиленовые эфиры жирных кислот; 7 эфиры ангидросорбитола и этоксилированные эфиры ангидросорбитола; гликоль-эфиры жирных кислот; этоксилированные натуральные жиры, масла и воски; карбоксиламиды, такие как конденсаты диэтаноламина, и конденсаты моноалканоламина; амиды полиоксиэтиленовых жирных кислот; полиалкиленовые оксидные блочные кополимеры, предпочтительно блочные кополимеры полиэтилена и полипропилена оксида; и кополимеры полисилоксанаполиоксиалкилена; 1-додекалазацилогептанодин полиэтиленгликольмонолаурат; и неионное поверхностно-активное вещество фирмыMacrochem. SEPA. Предпочтительными неионными поверхностно-активными веществами являются продукты конденсации оксида этилена (полиоксиэтилен), которые содержат более двух, и предпочтительно, по крайней мере, пять этиленоксидных групп, причем, по крайней мере, одна группа из них ограничена реакцией либо со спиртом, либо с алкилфенолом, либо с многозвенной жирной кислотой. Наиболее предпочтительным неионным поверхностно-активным веществом является октилфенокси-полиэтоксиэтанол, известный под названием Triton X100. Среди амфотерных поверхностноактивных веществ, которые можно применять,N-коко-3-аминопропионовая кислота и ее натриевая соль; динатриевые соли N-салистого-3 иминодипропионата и N-лаурил-3-натриевая соль;N-кокоамидо-N-гидрокси-этил-В-аланина; натриевые соли смешаных алициклических аминов, этоксилированые и сульфированые натриевые соли свободных кислот 2-алкил-1 карбоксиметил-1-гидроксиэтил-2-имидазолина гидрохлорида; динатриевые соли 1.1-бис (карбоксиметил)-2-андицил-2-имидазолина гидрохлорида; и натриевая соль пропоксилированого и сульфированого конденсата жирной кислоты этилендиамина. Другая жидкостная подсистема, например,жидкостная подсистема 22 может содержать источник кислоты 36, которую подают в магистраль 16 через впускной и выпускной вентили 38 и 40 насосом 42. С рН-преобразователем 46,установленным на магистрали 16, соединен рабочей связью рН-контроллер 44, для того, чтобы управлять скоростью кислотного насоса 42 и поддерживать постоянную величину рН в обработочном растворе в магистрали 16. Предпочтительно, чтобы рН-контроллер 44 также был со 001263 8 единен рабочей связью с преобразователем 32 скорости потока, чтобы более точно управлять подачей кислоты. Среди кислот, которые можно применить в этой операции, неорганические кислоты, такие как гидрохлористая кислота, и органические кислоты, такие как перацетная кислота. После обработки кислотой кость промывают стерильной водой для инъекций, титруют титровочным реагентом до заданного уровня рН и затем окончательно промывают водой для инъекций для удаления остатков кислоты и титровочного реагента. Другая жидкостная подсистема, например,жидкостная подсистема 24 может содержать источник этанола 48, который с помощью насоса 54 подают в магистраль 16 через вентили 50 и 52 с электрическим управлением. Преобразователь давления 33, установленный в камере 12,соединен рабочей связью с контроллером 56 для того, чтобы управлять скоростью насоса 54 подачи этанола. Общую последовательность и синхронизацию работы подсистем 20, 22 и 24 определяют команды оператора и основной контроллер 58, который соединен рабочей связью с преобразователем 32 скорости потока для того, чтобы координировать работу каждой из подсистем. Каждую подсистему могут включать в обработку кости самостоятельно или в сочетании с любой другой подсистемой. В систему 10 можно подавать и другие жидкости в дополнение или в сочетании с уже упомянутыми. Например, предпочтительным обезжиривающим и дезинфицирующим раствором является водный раствор этанола и неионного поверхностно-активного вещества, при этом этанол является эффективным растворителем жиров, а вода -эффективным гидрофильным носителем, позволяющим раствору проникать глубже в кость. Водный раствор этанола, кроме того, дезинфицирует кость путем умерщвления вегетативных микроорганизмов и вирусов. Например, неионное поверхностно-активное вещество разрушает липидные тога-вирусы, такие как HIV и HBV. Обычно в обезжиривающем и дезинфицирующем растворе должно присутствовать, по крайней мере, от 10% до 40% воды(т.е. около 60%-90% обезжиривающего реагента, такого как спирт), чтобы обеспечить оптимальное удаление жира и дезинфекцию за кратчайший отрезок времени. Предпочтительный диапазон концентрации обезжиривающего раствора составляет от около 60% до 85% спирта, и наиболее предпочтительно, около 70% спирта. Среди терапевтически или хирургически полезных веществ, которые можно подавать с помощью проточной системы 10 под давлением,в дополнение к вышеуказанным, могут быть,например, антивируциды, особенно эффективные против HIV и гепатита; антимикробные препараты и/или антибиотики, такие как эритромицин, бацитрацин, неомицин, пенициллин,полимиксин В, тетрациклины, виомицин, хло 9 ромицетин и стрептомицины, цефазолин, ампициллин, азактам, тобрамицин, клиндамицин и гентамицин и т.д.; аминокислоты, магаинины,пептиды, витамины, неорганические элементы,ко-факторы белкового синтеза; гормоны; эндокринные ткани или фрагменты тканей; стимуляторы синтеза; энзимы, такие как колла-геназа,пептидазы, озидазы и т.д.; подавители антигенности поверхностных клеток; ангиогенные лекарственные препараты и полимерные носители, содержащие такие вещества; коллагенные решетки; биосовместимые поверхностноактивные реагенты; антигенные реагенты; цитоскелетные реагенты; хрящевые фрагменты, живые клетки, такие как хондроциты, клетки костного мозга, мезенхимальные стеблевые клетки,натуральные экстракты, трансплантанты тканей,биоадгезивные препараты, морфогенные белки кости (МБК), трансформирующий фактор роста(IGF-1); гормоны роста, такие как соматотропин; средства, способствующие перевариванию кости; противоопухолевые реагенты; фибронектин; клеточные аттрактанты и соединительные реагенты, иммунодепрессанты; усилители проницаемости, напр. эфиры жирных кислот, такие как лауратные, миристатные и стеаратные моноэфиры полиэтиленгликоля,производные энамина, альфакетоальдегиды и т.п.; нуклеиновые кислоты и биологические палочковые полимеры, подобные описанным в патентах США 4764364, 4765973 и Европейской патентной заявке 168277. Количества таких дополнительных веществ можно широко варьировать, а оптимальные уровни - определять в каждом конкретном случае серией экспериментов. Ниже представлен пример предпочтительного рабочего цикла проточной системы 10 под давлением для обработки кости. После того, как фрагмент кости 62 закрепили в камере нагнетания 12, как показано на фиг. 6, включают водный насос 19 и насос 28 для подачи раствора известной концентрации в камеру 12 нагнетания. Выбор конкретного раствора зависит от типа производимого процесса обработки. Жидкость можно подавать в более чем одну камеру 12 одновременно, т.е. можно применить несколько камер нагнетания для обработки нескольких костей или их фрагментов. Длительность проточного процесса можно варьировать в зависимости от типа промываемой кости. По истечении заданного времени насос 28 выключают, а водный насос 19 продолжает работу для промывки системы. По истечении заданного времени промывки водный насос 19 отключают и включают насос этанола 54 для промывки сосудистой и пористой структуры кости. В другом варианте реализации способа очистки кости, после того, как кость промыли первым обработочным раствором, спинномоз 001263 10 говой канал кости 62 можно герметизировать с помощью уплотнения 78 (фиг. 6). После этого жидкость, которая проходит через кость, вынуждают проходить через губчатую ткань кости и затем выходить из кости через компактную ткань кости, а не через спинномозговой канал. Кость состоит из двух типов тканей, губчатой ткани и компактной ткани. Внешняя часть кости сформирована из компактной ткани, обладающей пористой структурой с большим количеством твердого вещества. Внутренняя часть кости сформирована из губчатой ткани, внешне напоминающей губку, и также обладающей пористой структурой с меньшим количеством твердого вещества. Относительные количества каждого вида тканей различны у различных костей, а также в различных частях одной и той же кости, чтобы обеспечивать требуемые прочностные характеристики кости. Внутри длинных костей имеется центральная полость, называемая спинномозговым каналом (см. фиг. 7). Во время обработки кости с применением проточной системы 10 под давлением жидкость из камеры 12 должна проходить от наружной части кости 62 к внутренней части кости 62 до места, расположенного за уплотнением 66 в той части кости 62, которая расположена за пределами камеры 12. Затем жидкость должна проходить от внутренней части кости к наружной ее части и выходить из кости 62 за пределами камеры 12. Было обнаружено, что направление прохождения обрабатывающей жидкости вдоль естественного пути циркуляции в кости, т.е. от внутренней части кости к наружной части кости, приводит к более равномерному и глубокому проникновению жидкости в соединительные ткани кости, особенно в губчатую ткань кости. Обрабатывающий раствор должен проходить в широком диапазоне давлений. Нижняя граница диапазона давлений ограничена только сопротивляемостью микрососудистой системы кости. Физиологическое импульсное давление в кости приблизительно равно 10 мм ртутного ст.,и разность давления, указанного значения или больше вероятно, создаст некоторый ток в системе. Верхний предел диапазона давлений обычно равен давлению, при котором в кости произойдут физические или биологические разрушения. Проведены эксперименты, в которых при давлении 345 кПа не отмечалось эффектов разрушения. Вероятно, что более высокие давления тоже окажутся приемлемыми. Ниже приведены примеры, показывающие очистку кости с использованием проточной системы под давлением, согласно данному изобретению, а также, для сравнения, показывающие вакуумный способ, описанный в патентах США 5513662 и 5556379, и способ орошения под высоким давлением, описанный в патенте США 5333626, а также необработанную часть кости 11 Пример 1 - проточная система под давлением согласно данному изобретению. Правую проксимальную большую берцовую кость человека очистили от мягких тканей и надкостницы. Сделали разрез ручной пилой в области диафиза. Проксимальный фрагмент(приблизительно 18 см длиной) закрепили в проточной системе под давлением с помощью надувного уплотнения, таким образом, что проксимальный эпифиз находился внутри камеры, а большая часть диафиза - снаружи. Камеру заполнили 1% раствором Triton X-100 (зарегистрированная торговая марка) (при 40 С) и повысили давление. Наблюдали удаление жидкости из открытого спинномозгового канала. Сначала жидкость была красного цвета и очень мутная. После того, как через кость прошло 3,75 л раствора (приблизительно за 2 мин), раствор стал практически чистым, и поток остановили. Эти наблюдения проверили путем анализа вытекшей жидкости с помощью спектрофотометра для определения поглощения раствора. Затем канал закрыли и вновь пустили поток теплого 1%-го Triton X-100. Наблюдали удаление многочисленных малых струй раствора с поверхности губчатого диафиза. После того, как через кость прошло приблизительно 1 л раствора (приблизительно за 3 мин), поток остановили, и жидкость в камере заменили на водопроводную воду с температурой 37 С. Затем возобновили поток, пока через кость не прошло приблизительно 1,3 л воды приблизительно за 5 мин. Жидкость в камере затем заменили на водный раствор метиленового синего красителя. Затем снова возобновили поток, пока через кость не прошло приблизительно 1 л раствора приблизительно за 4 мин. Поток остановили,кость удалили из аппарата и вырезали поперечный срез на расстоянии около 3 см от открытого конца канала (см. фиг. 9). Было отмечено, что внешняя, внутренняя поверхности и поверхность среза были окрашены пятнами в синий цвет. Далее, тонкий срез поперечного сечения отшлифовали, установили на предметное стекло и подвергли микроскопическому исследованию. Было отмечено, что каждый канал Гаверсиана и Вольксмана содержал просвет, и практически все остеоцитические впадины были синего цвета. Пример 2 - вакуумный способ по патенту СШA5556379. Левую большую берцовую кость человека(от того же донора, что и в примере 1) очистили от мягких тканей и надкостницы. Сделали разрез ручной пилой в области диафиза. Канал проксимальной части (приблизительно 18 см длиной) очистили практически от всего костного мозга с помощью кюретки и посредством промывки водой. К открытому концу кости присоединили вакуумную линию с помощью надувного уплотнения, которое образовало воздухонепроницаемое соединение. Затем кость 12 погрузили в емкость с 1% Triton X-100 (при 45 С) и создали вакуум с помощью вакуумнасоса. Насос отрегулировали таким образом,чтобы обеспечить постоянный поток жидкости через кость и в дренаж. За приблизительно 11 мин пропустили через кость приблизительно 3,5 л, и остановили вакуум-насос. Затем кость поместили в емкость с теплой водопроводной водой, и снова включили вакуум, и пропустили через кость приблизительно 2 л воды приблизительно за 5 мин. Затем кость поместили в контейнер с водным раствором метиленового синего красителя, и пропустили через кость приблизительно 1,5 л приблизительно за 4 мин. Кость удалили из аппарата и вырезали поперечный срез на расстоянии около 3 см от открытого конца канала. См. фиг. 10. Было отмечено, что внешняя и внутренняя поверхности были окрашены пятнами в синий цвет, но на поверхности поперечного среза наблюдали лишь тонкое кольцо синего цвета около внешней и внутренней поверхности. Большая часть внутреннего объема оставалась желто-белой. Затем, тонкий срез поперечного сечения отшлифовали, установили на предметное стекло и подвергли микроскопическому исследованию. Было отмечено,что менее 50% каналов Гаверсиана и Вольксмана содержали просветы, и лишь малое число остеоцитических впадин были окрашены синими пятнами. Пример 3 -способ орошения под высоким давлением по патенту США 5333626. Правую дистальную большую берцовую кость человека (от того же донора, что и в примерах 1 и 2) очистили от мягких тканей и надкостницы. Сделали разрез ручной пилой в области диафиза. Канал проксимальной части(приблизительно 18 см длиной) очистили практически от всего костного мозга с помощью кюретки и посредством промывки водой. Была использована система орошения под высоким давлением, а также оросительный пистолет под давлением приблизительно 13800 кПа для подачи следующих растворов:(B) четыре литра метиленового синего красителя в водном растворе. Струя орошения направлялась в точку на области губчатого диафиза (см. фиг. 11). Было отмечено, что внешние и внутренние поверхности были окрашены пятнами синего цвета со значительным проникновением во внутренние поверхности непосредственно под точкой фокуса струи орошения. За пределами точки фокуса струи орошения следы полного проникновения отсутствовали. После рассмотрения фиг. 8-11 становится понятно, что остеоцитические впадины, которые являются мельчайшими углублениями в кости, можно тщательно обработать с помощью проточной системы под давлением, в то время 13 как гораздо меньший процент можно обработать с помощью вакуумного способа и способа орошения под давлением, когда системы работают при сравнимых параметрах и условиях. Как описано выше, проточная система 10 под давлением может использоваться для проведения других процедур обработки помимо очистки. Например, проточную систему под давлением 10 можно использовать для проведения деминерализации кости, пропуская кислоту или другой деминерализующий реагент через кость. Этого можно достичь включением водного насоса 19 и кислотного насоса 42 для подачи раствора кислоты в камеру 12 нагнетания. По истечении заданного промежутка времени кислотный насос 42 можно выключить, а водный насос 19 оставить работать для того, чтобы смыть кислоту с кости. В случаях, когда кость имеет значительные размеры в поперечном сечении, известные до настоящего времени способы деминерализации (например, кислотная ванна) приводят к деминерализации, которая сопровождается процессом размягчения края. Это приводит к тому, что кость сохраняет некоторое количество минерального вещества, которое увеличивается по направлению к центру кости. Напротив, проточная система под давлением,описываемая здесь, обеспечивает деминерализацию кости с более равномерным профилем деминерализации, чем у известных способов деминерализации, значительно повышая пористость за счет деминерализации сосудистых каналов в кости. Эта система предназначена для использования в создании пересаживаемых костных форм, которые могут обеспечивать структурную опору, но которые имеют улучшенные возможности для реконструкции в собственные кости реципиента за счет улучшенной сосудистой доступности через деминерализованную микропористую структуру кости. Такой процесс обеспечит разработку остеоиндуктивных опорных пересаживаемых костных форм. Понятно, что описанные здесь варианты реализации изобретения могут быть различным образом модифицированы. Например, проточную систему не обязательно использовать для очистки или деминерализации, а вместо этого можно использовать в качестве гистологического инструмента. Так как вышеописанная проточная система под давлением является эффективной при проникновении в минерализованные ткани, систему можно использовать для впрыскивания красителей или любых других подходящих контрастных реактивов, например, метиленового синего красителя, в мельчайшие углубления кости, включая остеоцитические впадины, чтобы улучшить визуализацию таких гистологических структур и улучшить возможности в исследованиях микрососудистой системы кости. Камеру также можно использовать для исследований в области механики прохождения 14 жидкостей через микрососудистую систему кости. Ее также можно применять для пропитывания кости фармакологическими реагентами (антибиотиками, факторами роста кости и т.п.) для того, чтобы кость действовала как путь введения лекарства. Кроме того, несколько камер нагнетания можно использовать совместно для обработки одной или нескольких заготовок. Например, целую кость можно обработать, закрепив один ее конец в первой камере нагнетания, а второй конец кости - во второй камере нагнетания. Еще один пример: камера нагнетания может включать более одного отверстия с размещенными в каждом отверстии уплотнениями для того, чтобы позволить одновременную обработку нескольких деталей с помощью одной камеры. Поэтому приведенное выше описание не следует рассматривать как ограничительное,а как приведенное в качестве примеров предпочтительных вариантов реализации. Квалифицированные специалисты в данной области техники, возможно, найдут и другие модификации в объеме и сущности приложенной формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Проточная система под давлением для обработки внутреннего объема кости жидкостью, включающая а) камеру нагнетания давления жидкости,имеющую входной патрубок для жидкости и отверстие, выполненное в стенке камеры, размеры которого обеспечивают прохождение через него, по крайней мере, части кости; б) сжимаемое уплотнение, расположенное по окружности отверстия, способное принимать форму поверхности кости и способное жидкостно-непроницаемо уплотнять ее; и в) источник жидкости под давлением, превышающим атмосферное давление,в которой, при повышении давления в камере нагнетания давления жидкости до уровня, превышающего атмосферное давление, жидкость из камеры нагнетания давления проходит из камеры нагнетания давления через внутренний объем кости и выходит из кости за пределами камеры нагнетания давления. 2. Проточная система под давлением по п.1, в которой в сжимаемом уплотнении повышают давление с помощью газа или жидкости. 3. Проточная система под давлением по п.1, которая дополнительно включает стопор для предотвращения перемещения кости. 4. Проточная система под давлением по п.3, в которой стопор включает пластину, подвижно прикрепленную снаружи камеры нагнетания давления жидкости. 5. Проточная система под давлением по п.4, которая дополнительно включает герметизирующее устройство, поддерживаемое стопором, причем герметизирующее устройство рас 15 положено так, чтобы оно упиралось в один конец кости и герметизировало его. 6. Проточная система под давлением по п.1, которая дополнительно включает, по крайней мере, первый и второй источники жидкости,соединенные с входным патрубком для жидкости. 7. Проточная система под давлением по п.6, в которой первым источником жидкости является поверхностно-активный реагент, а вторым источником жидкости является спирт. 8. Проточная система под давлением по п.7, в которой поверхностно-активным реагентом является октилфенокси-полиэтокси-этанол. 9. Проточная система под давлением по п.6, которая дополнительно включает средства управления для автоматического управления соотношением между первой и второй жидкостью, которые подают в камеру нагнетания давления посредством первого и второго источников жидкостей. 10. Проточная система под давлением по п.1, в которой сжимаемое уплотнение включает съемную крышку, которая закреплена в отверстии и окружает его,уплотнение для неравномерного поперечного сечения, окружающее отверстие,прокладочный элемент и втулку, расположенную между прокладочным элементом и крышкой, причем уплотнение расположено внутри втулки, и стопорные элементы, имеющие стопорную пластину, снабженную упорной втулкой, расположенной на пластине, и выполненную таким образом, что эту пластину удерживают стержни спереди от отверстия для обеспечения расположения упорной втулки на одной линии с отверстием для того, чтобы прижимать один конец кости и препятствовать перемещению кости в отверстии, вызываемому разностью давлений, возникающих поперек уплотнения,деформируемый герметизирующий элемент, закрепленный в упорной втулке,причем стопорная пластина регулируется относительно крышки перемещением вдоль стержней. 11. Проточная система под давлением по п.10, в которой крышку, втулку и прокладочный элемент дополнительно прикрепляют к камере с помощью стержней. 12. Способ обработки внутренней соединительной ткани кости, включающий: а) использование камеры нагнетания давления жидкости; б) размещение, по крайней мере, первой части кости внутри камеры нагнетания давления жидкости и, по крайней мере, второй части кости за пределами камеры нагнетания давления жидкости; и в) подачу жидкости под давлением, превышающим атмосферное давление, в камеру нагнетания давления жидкости для обеспечения 16 прохождения жидкости из камеры через внутренние соединительные ткани кости в место,расположенное за пределами камеры нагнетания давления жидкости. 13. Способ по п.12, дополнительно включающий этап герметизации отверстия камеры нагнетания давления жидкости, причем уплотнение обеспечивает жидкостно-непроницаемую герметизацию вокруг кости. 14. Способ по п.12, в котором жидкость выбирают из группы, состоящей из воды, мыл,растворителей, биологически активных реагентов, стерилизующих реагентов, антимикробных препаратов, консервантов, красителей и деминерализационных реагентов. 15. Способ по п.12, в котором этап подачи жидкости включает подачу, по крайней мере,первой и второй жидкостей. 16. Способ по п.14, в котором жидкость включает мыло, при этом жидкость подают для очистки и/или дезинфекции внутренней соединительной ткани кости. 17. Способ по п.16, в котором мыло является поверхностно-активным реагентом, который выбирают из группы, состоящей из катионных поверхностно-активных веществ, анионных поверхностно-активных веществ, неионных поверхностно-активных веществ и амфотерных поверхностно-активных веществ. 18. Способ по п.14, в котором жидкость является деминерализующим реагентом, включающим кислоту. 19. Способ по п.14, в котором жидкость является красителем, оседающим на внутренних соединительных тканях кости. 20. Способ по п.14, в котором этап подачи жидкости включает последовательную подачу поверхностно-активного вещества и этанола. 21. Способ по п.20, который дополнительно включает этап автоматического управления последовательностью и синхронизацией подачи жидкостей. 22. Способ по п.14, в котором жидкость является биологически активным реагентом,который выбирают из группы, состоящей из морфогенных белков кости, реагентов, воздействующих на кость, трансформирующих факторов роста, инсулиноподобных факторов роста и других факторов роста. 23. Способ по п.12, в котором жидкость выбирают из группы, состоящей из фармакологических реагентов. 24. Способ по п.12, который включает обработку внутренних соединительных тканей кости, обеспечивающую прохождение обрабатывающей жидкости из внутренней части кости по естественным костным путям циркуляции, и выход ее из кости. 25. Способ обработки внутренних соединительных тканей кости, который включает прохождение обрабатывающей жидкости под давлением, превышающим атмосферное давле 17 ние, из внутренней части кости к наружной части кости по естественным костным путям циркуляции, и выход ее из кости. 26. Способ по п.25, в котором обрабатывающую жидкость выбирают из группы, состоящей из воды, мыльных веществ, растворителей, биологически активных реагентов, стерилизующих агентов, антимикробных консервантов,красителей и деминерализующих реагентов. 27. Способ по п.26, в котором обрабатывающие жидкости включают мыло, при этом обрабатывающую жидкость подают для очистки и/или дезинфекции внутренней соединительной ткани кости. 28. Способ по п.27, в котором мыло является поверхностно-активным реагентом, который выбирают из группы, состоящей из катионных поверхностно-активных веществ, анионных 18 поверхностно-активных веществ, неионных поверхностно-активных веществ и амфотерных поверхностно-активных веществ. 29. Способ по п.25, в котором обрабатывающая жидкость является деминерализующим реагентом. 30. Способ по п.25, в котором обрабатывающая жидкость является красителем. 31. Способ по п.25, в котором жидкость является биологически активным реагентом,который выбирают из группы, состоящей из морфогенных белков кости, реагентов, воздействующих на кость, трансформирующих факторов роста, инсулиноподобных факторов роста и других факторов роста. 32. Способ по п.25, в котором обрабатывающую жидкость выбирают из группы, состоящей из фармакологических реагентов.
МПК / Метки
МПК: A61L 27/00
Метки: таких, кости, способ, система, заготовок, жидкостно-проницаемых, обработки, давлением, проточная
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-1263-protochnaya-sistema-pod-davleniem-i-sposob-obrabotki-zhidkostno-pronicaemyh-zagotovok-takih-kak-kosti.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Проточная система под давлением и способ обработки жидкостно-проницаемых заготовок, таких как кости</a>
Предыдущий патент: Фармацевтическая композиция для лечения вирусных заболеваний
Следующий патент: Аппликатор-массажер
Случайный патент: Сеть и способ передачи данных в системах трубопроводов