CO2 стерилизаторы для стерилизации тканей для трансплантации

Находящийся в состоянии где-то между газом и жидкостью, сверхкритический диоксид углерода может стерилизовать фрагменты костей, сухожилия и другие образцы тканей без нарушения их целостности.

При замене разорванной передней крестообразной связки (ACL) или использовании костной ткани при артродезе позвонков для лечения проблем позвоночника последнее, о чем хотят беспокоиться доктор или пациент, это инфекция или структурная целостность заменяемых органов (частей, элементов). По этой причине ткани проверяются, очищаются и обрабатываются в соответствии с требованиями FDA. Но во время обработки некоторые ткани, стерилизуемые обычным, радиационным способом, могут быть повреждены. Таким образом, новый метод – сверхкритический диоксид углерода, сжатый до состояния где-то между жидким и газообразным состоянием – становится альтернативой радиации.

Когда углекислый газ сжимается при давлении почти 10 атмосфер или около 10 кг на квадратный сантиметр, и нагревается до 35 градусов по Цельсию, образуется так называемая сверхкритическая жидкость – влажный газ, который может проходить сквозь предметы, а также имеет растворяющие свойства жидкости. После того, как ткани для трансплантации очищены и упакованы, фрагменты костей, сухожилия или кожа укладываются в корзины и помещаются в камеру высокого давления. После того, как камера была герметично закрыта, автоматизированная система заполняет ее углекислым газом, создает давление и нагревает его выше критической точки. Газ образует растворитель, который стерилизует материалы в течение нескольких часов. Сверхкритический СО2 стимулирует образование угольной кислоты, которая наряду с химическим окислением убивает бактерии.

Данные об использовании сверхкритического CO2 для стерилизации появились 10 лет назад, когда команда исследователей из Массачусетского технологического института опубликовала информацию о применении этой формы углекислого газа для дезактивации живых бактерий в записках Национальной Академии наук. В течение года компания NovaSterilis из Лансинга, Нью-Йорк, создала большие автоматизированные системы, которые могли бы использовать сверхкритический СО2 для стерилизации тканей для трансплантации. Сегодня компания Nova 2200 производит стерилизационные камеры объемом 20 литров, которые вмещают до 60 индивидуальных аллотрансплантатов. «Для дезактивации спор и живых бактерий компания поставляет листы бумаги, обработанные смесью химических добавок, в том числе кислот, которые могут растворяться в сверхкритическом углекислом газе», - говорит Дэвид Бернс, президент и главный исполнительный директор NovaSterilis. «Жидкость проникает в клетки бактерий и убивает их».

Спрос на кости и сухожилия для трансплантации очень высок – согласно годовому отчету 2007 Американской ассоциации банков тканей (AATB) ежегодно в США обрабатывается около 1,7 млн. костно-мышечной аллотрансплантатной ткани. Сверхкритический метод дает этой отрасли точку опоры. «Пять компаний, обрабатывающих ткани для трансплантации, получили лицензию на использование технологии NovaSterilis», - продолжает Бернс. «Образцы кости, сухожилия или кожи, обработанные сжатым СО2, не продемонстрировали изменения структурной целостности, согласно по крайней мере двум исследованиям, проведенным исследователями биомедицинской компании и опубликованным в рецензируемых журналах».

Обработка аллотрансплантатов сверхкритическим СО2 имеет и другие преимущества. Сверхкритический метод позволяет банкам тканей обрабатывать свою продукцию на месте и в течение нескольких часов, а не вывозить ее для деконтаминации. Из-за высокой стоимости и постановлений правительства, связанных с использованием радиации, банки тканей не обрабатывают собственную продукцию, а отправляют ее в организации, обладающие необходимой лицензией и опытом. «Этот процесс, однако, отнимает много времени и денежных средств», - говорит Шэрон Брайс, директор службы по обработке аллотрансплантатов биотехнологической фирмы Australian Biotechnologies, Новый Южный Уэльс, Австралия. «Мы рассчитываем получить одобрение от Австралийской Администрации лекарственных средств (эквивалент FDA) на использование сверхкритического диоксида углерода для стерилизации образцов костей к концу этого года».  

Проблема, связанная с высокими дозами гамма-излучения или агрессивной обработкой, включающей пар и химические вещества (например, оксид этилена, вызывающий раздражение дыхательных путей и повреждение легких), заключается в том, что эти стерилизующие агенты могут разлагать коллагены и другие белки в костях и мягких тканях, повреждая их и делая непригодными для трансплантации.

«В действительности, не смотря на низкие дозы радиации, некоторые хирурги до сих пор предпочитают не использовать облученные образцы, так как ставят под сомнение их механическую целостность», - говорит Шон Хантер, директор по исследованиям и разработкам Community Tissue Services, Дейтон, Огайо. Сейчас Хантер и его коллеги тестируют метод стерилизации сверхкритическим СО2 мягких тканей для трансплантации. «Этот метод обеспечивает дополнительный контроль над процессом стерилизации и дает оператору фактические знания о том, что образцы были обработаны правильно», - добавляет Хантер.

«Некоторые хирурги до сих пор под впечатлением от сверхкритического метода», - говорит Брюс Хамфри, президент Integrity Bio-Surgical Systems, Эндовер, Нью-Джерси. Компания поставляет мягкие ткани для трансплантации, в том числе простерилизованные с использованием сверхкритического СО2. Хотя банки тканей вначале должны убедиться в ценности инвестиций в новую технологию, Хамфри смотрит в будущее с оптимизмом. «Думаю, что данный процесс обработки станет стандартом нашей отрасли», - говорит он.

Источник: scientificamerican.com