Фосфатный цемент

 

Изобретение относится к области медицины и касается биоматериалов для заполнения дефектов в кости. Фосфатный цемент содержит дикальций фосфат (ДКФ), тетракальций фосфат (ТТКФ), дополнительно содержит бикарбонат натрия, карбонат магния, окись кальция и серную кислоту, компоненты берут в определенном количественном соотношении. Фосфатный цемент позволяет заполнять пустоты и отверстия разной природы в живой кости, создавать и стабилизировать в области костной раны физико-химические условия для интенсивной регенерации, обеспечить взаимное усиление лечебного действия отдельных составляющих и комплексов композиции, а также выделяемых организмом биологически активных соединений, предотвращать повреждающее действие внешних механических нагрузок на процессы репаративной генерации костной ткани и на саму новообразующуюся ткань, предоставлять организму строительный материал и матрицы для регенерирующейся костной ткани. Цемент наиболее приближен по составу основных катионов к кости и не требует специального измельчения исходных компонентов. 2 табл.

Изобретение относится к области технологии получения биоматериалов и может найти применение в медицине в качестве имплантатов для заполнения дефектов в кости.

Известно [1] использование гидроксилапатита Са₁₀(РO₄)₆(ОН)₂ (ГА) как имплантата костной ткани в виде порошков, гранул, прессованных пластин. Этот материал по составу близок неорганической основе костной ткани, способен резорбироваться и замещаться костной тканью. Однако этот процесс происходит достаточно длительное время, а увлажненный материал не способен сохранять свою форму.

Наиболее близким по составу и способу получения имплантата является фосфатный цемент на основе тонкодисперсной (1-10 мкм) смеси дикальцийфосфата - ДКФ состава 2СаО•Р₂O₅•Н₂O(СаНРO₄) и тетрафосфата кальция -ТТКФ состава 4СаО•Р₂O₅/Са₄(РO₄)₂O/ [2] , [3] , взятых в соотношении 27 и 73 мас.% соответственно. Непосредственно перед применением фосфатный цемент замешивается на воде, и паста вводится в дефект кости, где и происходит переход материала в ГА 2Са₄(РO₄)₂О+2СаНРO₄=Са₁₀РO₄)₆(ОН)₂ Преимущество этого материала заключается в его активной химической форме, обладающей остеоиндуктивными свойствами. Это позволяет организму быстрее формировать биосовместимую костную ткань. Однако у рассматриваемого материала имеется неполное соответствие его химического состава костной ткани человека (в основном, в состав кости помимо оксидов кальция (48,9) и фосфора (37,2), входят оксиды магния (2,12), натрия (1,7) и углерода (4,44) (в мас.%), технологические сложности (для быстрого затвердевания цемента размер частиц ДКФ и ТТКФ должен быть 1-10 мкм, что требует использования специальной технологической аппаратуры).

Задачей изобретения является получение фосфатного цемента, отвечающего по составу неорганической составляющей костной ткани, допускающего использование исходных частиц размером до 20-30 мкм. При этом достигаются технические параметры затвердевшего имплантата, представленные в табл. 1.

Этот технический результат достигается тем, что в фосфатный цемент для заполнения полостей и дефектов в кости на основе дикальций фосфата (ДКФ) и тетракальций фосфата (ТТКФ) дополнительно введены бикарбонат натрия, карбонат магния, окись кальция и серная кислота при следующем соотношении ингредиентов (мас. %): ТТКФ 57,6-58,5, ДКФ 19,5-20,4, карбонат магния 4,3-4,5, бикарбонат натрия 4,5-4,7, серная кислота 7,5-7,9, окись кальция 5,1-5,5.

Заявляемые интервалы ингредиентов обусловлены областью гомогенности апатитной фазы, вариациями элементного состава (по натрию, магнию, углероду) костной ткани в зависимости от возраста человека и места замещения костной ткани в скелете человека. Технический результат достигается за счет того, что при введении серной кислоты в сухую смесь цемента наряду с образованием фазы ГА происходит синтез гипса, который упрочняет получаемый образец цемента без необходимости дополнительного измельчения размера частиц исходных компонентов. Применяемый размер частиц 20-50 мкм у взятых ингредиентов достигается при 5-минутной гомогенизации образцов в агатовой ступке.

Фосфатный цемент решает следующие технические задачи: - заполнение пустот и отверстий разной природы в живой кости; - создание и стабилизация в области костной раны физико-химических условий для интенсивной регенерации; - взаимное усиление лечебного действия отдельных составляющих и комплексов компонентов композиции, а также выделяемых организмом биологически активных соединений; - предотвращение повреждающего действия внешних механических нагрузок на процессы репаративной генерации костной ткани и на саму новообразующуюся ткань; - предоставление организму строительного материала и матрицы для регенерирующей костной ткани.

Реализацию данного изобретения рассмотрим на примерах Пример 1.

Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава (мас.%): 58,0 ТТКФ; 20,0 ДКФ; 4,4 карбонат магния; 4,6 бикарбонат натрия; 5,3 окиси кальция добавляется 7,7 (0,36 мл 1М раствора) серной кислоты. Для формирования однородной массы смесь перемешивают 3 мин. Размещение цемента на осушенном дефекте кости может быть выполнено с помощью инструмента или вручную. Время отвердевания составляет 8 мин, преобразование пасты в ГА происходит в организме в пределах 6 ч.

Пример 2.

Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава (мас.%): 58,5 ТТКФ; 19,5 ДКФ; 4,5 карбоната магния; 4,5 бикарбоната натрия; 5,1 окиси кальция добавляется 7,9 (0,38 мл 1М раствора) серной кислоты Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1.

Пример 3*.

Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава (мас.%): 57,2 ТТКФ; 20,5 ДКФ; 4.0 карбоната магния; 4,8 бикарбоната натрия; 5,0 окиси кальция добавляется 8,5 (0,41 мл 1М раствора) серной кислоты. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1.

Пример 4.

Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава (мас.%): 57,6 ТТКФ; 20,4 ДКФ; 4,3 карбоната магния; 4,7 бикарбоната натрия; 5,5 окиси кальция добавляется 7,5 (0,35 мл 1М раствора) серной кислоты. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1.

Пример 5*.

Для получения цемента к 1 г стерильного порошка состава (мас.%): 59,2 ТТКФ; 19,1 ДКФ; 4.7 карбоната магния; 4,2 бикарбоната натрия; 5,0 окиси кальция добавляется 7,0 (0,32 мл 1М раствора) серной кислоты. Приготовление и использование пасты аналогично рассмотренному в примере 1.

Примечания: 1. Для стерилизации порошки помещались в запаянные полиэтиленовые (двойные) пакеты и подвергались облучению в дозе 20000 Гр.

2. *) - состав за пределами заявляемого.

3. Результаты испытаний образцов, рассмотренных в примерах 1-5, представлены в табл. 2.

Как видно из таблицы, заявляемый цемент наиболее приближен по составу основных катионов к кости, имеет параметры лучше или не хуже, чем у прототипа, но не требует специального измельчения исходных компонентов цемента.

Литература
1. B.V.Rejda, J.G.Peelen, K.De Groot \\ Philips Tech.Rev. 1977, 37,234.

2. W.E.Brown, L.C.Chow\\Cements Res.Progress, 1986, ed.. P.W.Brown, pp. 352-379.

K. Ishikawa, S. Takagi, L. C.Chow\\ j.Mater.Sci. Mater.Med. 6, 528-533 (1995).

3. Patent USA 5997624. Chow, et al. December 7, 1999.

Формула изобретения

Фосфатный цемент для заполнения полостей и дефектов в кости на основе дикальций фосфата (ДКФ) и тетракальций фосфата (ТТКФ), отличающийся тем, что он дополнительно содержит бикарбонат натрия, карбонат магния, карбонат кальция и серную кислоту и цемент имеет состав, мас.%:
ТТКФ - 57,6-58,5
ДКФ - 19,5-20,4
Магний карбонат - 4,3-4,5
Бикарбонат натрия - 4,5-4,7
Серная кислота - 7,5-7,9
Окись кальция - 5,1-5,5и

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2