Гель для регенерации костной ткани

Изобретение относится к области медицины, а именно - материалам для возмещения дефектов плоских и трубчатых костей сложной конфигурации или в виде полостей - замкнутых или имеющих выход относительного малого диаметра (свищ, канал корня зуба и т.п.). Технический результат, на который направлено данное изобретение, заключается в создании остеопластического материала с высокими остеоиндуцирующими свойствами и консистенцией, обеспечивающей возможность доставки его в костный дефект закрытым способом. Описан гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля, дистиллированную воду и композицию ортофосфатов кальция при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции: полиэтиленгликоль - 20-40 г, композиция ортофосфатов кальция - 10-50 г, вода дистиллированная - остальное. Описан гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля, дитиллированную воду, композицию ортофосфатов кальция и композицию неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующей остеогенез, при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции: полиэтиленгликоль - 20-50 г, композиция ортофосфатов кальция - 10-50 г, композиция неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующей остеогенез - 0,001-0,005, вода дистиллированная - остальное. Описан гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля, дитиллированную воду, композицию ортофосфатов кальция, стероидные и нестероидные противовоспалительные препараты и оксид цинка, при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции: полиэтиленгликоль - 20-40 г, композиция ортофосфатов кальция - 10-50 г, противовоспалительные препараты - 0,01-0,1 г, оксид цинка - 10-60 г, вода дистиллированная - остальное. Композиция ортофосфатов кальция содержит гидроксиапатит и/или трикальций фосфат и/или карбонат апатит и/или фторгидроксиапатит; композиция ортофосфатов кальция выполнена в виде порошка и/или гранул; порошок ортофосфатов кальция выполнен с размерами частиц 20-1000 нанометра; гель для регенерации костной ткани дополнительно содержит антиоксиданты и/или антибиотики и/или противомикробные вещества. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно - материалам для возмещения дефектов плоских и трубчатых костей сложной конфигурации или в виде полостей - замкнутых или имеющих выход относительного малого диаметра (свищ, канал корня зуба и т.п.).

Имплантация остеопластического материала в виде керамики, гранул, губок, пластин в остеомиелитические секвестры, костные кисты, очаги остеонекроза и деструкции костной ткани с целью их возмещения новообразованной костью требует открытого доступа, то есть значительного объема хирургической агрессии, повреждения здоровых тканей, сопровождающихся реактивным воспалением, задерживающих репарацию. Альтернативой может быть использование остеопластического материала в виде геля, мягкой пасты, эмульсии, который можно вводить в костный дефект из шприца или аналогичного устройства.

Известен остеопластический материал в виде геля, включающий гидроксиапатит, трикальцийфосфат, коллаген, композицию неколлагеновых белков костной ткани (патент РФ №2317088, опублик. 20.02.2008).

Недостатком данного решения является сложность выбора необходимого и достаточного стерилизующего излучения, которое не нарушало бы структуру коллагена. Кроме того, имеется определенная сложность в подборе соотношения коллаген-ортофосфаты кальция для сохранения необходимых физических свойств. Вместе с тем необходимо отметить существующую в мировой практике тенденцию к отказу от использования материалов животного происхождения.

Известны остеопластические материалы в виде геля, в состав которых входит полиакриламид и гидроксиапатит (Григорьян А.С., Воинов А.В., Воложин А.И.). Динамика заживления экспериментально воспроизведенных костных дефектов, заполненных различными композициями на основе полиакриламидного геля. // Стоматология. - 1999. - №8 - с.9-15). Однако, известно также, что полиакриламид обладает цитотоксичостью (Полиакриламидные гели, их безопасность и эффективность (обзор) Н.И.Острецова, А.А.Адамян, А.А.Копыльцов, А.В.Николаева-Федорова // 2004. - Институт хирургии им. А.В.Вишневского РАМН, г.Москва), вследствие чего в ряде стран (например, США) запрещен для изготовления эндопротезов. Особо высокой токсичностью обладают продукты его биодеградации. Кроме того, варианты остеопластических материалов на основе полиакриламида и гидроксиапатита не содержат остеоиндуцирующих веществ, в силу чего обладают невысокой способностью стимулировать костеобразование.

Известен также материал - биоцидный гель, включающий полиэтиленгликоль в виде геля, гидроксиэтилцеллюлозу, соединение полигуанидина, глицерин, трилон Б, лимонную ксилоту и дистилированную воду (патент РФ №2305544, опублик. 10.09.2007).

Данный материал способствует защите и восстановлению поврежденных органов, например структуры кожи. При использовании указанного материала на поверхности кожи образуется невидимая полимерная пленка, которая защищает кожу и обеспечивает ее стерильность.

Недостатком указанного материала явялется сложность его использования как остеоиндуциорующего материала, то есть как материала для возмещения дефектов плоских и трубчатых костей сложной конфигурации.

Технический результат, на который направлено данное изобретение, заключается в создании остеопластического материала с высокими остеоиндуцирующими свойствами и консистенцией, обеспечивающей возможность доставки его в костный дефект закрытым способом.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля и дистиллированную воду, дополнительно содержит композицию ортофосфатов кальция при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции:

Полиэтиленгликоль	20-40 г
Композиция ортофосфатов кальция	10-50 г
Вода дистиллированная	остальное.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля и дитиллированную воду, дополнительно содержит композицию ортофосфатов кальция и композицию неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующей остеогенез, при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции:

Полиэтиленгликоль	20-50 г
Композиция ортофосфатов кальция	10-50 г
Композиция неколлагеновых белков
костной ткани, стимулирующей остеогенез	0,001-0,005 г
Вода дистиллированная	остальное.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля и дитиллированную воду, дополнительно содержит композицию ортофосфатов кальция, стероидные и нестероидные противовоспалительные препараты и оксид цинка, при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции:

Полиэтиленгликоль	20-40 г
Композиция ортофосфатов кальция	10-50 г
Противовоспалительные препараты	0,01-0,10 г
Оксид цинка	10-60 г
Вода дистиллированная	остальное.

А также тем, что композиция ортофосфатов кальция содержит гидроксиапатит и/или трикальций фосфат и/или карбонат апатит и/или фторгидроксиапатит.

А также тем, что композиция ортофосфатов кальция выполнена в виде порошка и/или гранул.

А также тем, что порошок ортофосфатов кальция выполнен с размерами частиц 20-1000 нанометра.

А также тем, что гель для регенерации костной ткани дополнительно содержит антиоксиданты и/или антибиотики и/или противомикробные вещества.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена микрофотограмма. Контроль 10 суток. Дефект кортикальной пластины заполнен грануляционной тканью, видны костные осколки. Х25; на фиг.2 - микрофотограмма. Контроль, 30 суток. Дефект кортикальной пластины частично заполнен костным регенератом. В составе регенерата обнаруживается пласт фиброзной соединительной ткани. Край материнской кости лишен остеоцитов Х100; на фиг.3 - микрофотограмма. Опыт, 10 суток. Дефект кортикальной пластины заполнен костным регенератом. Х25; на фиг.4 - микрофотограмма.

Основная группа, 30 суток. Дефект кортикальной пластины закрыт костной пробкой регенерата. Прилегающая к костному регенерату материнская кость с характерными для зрелой костной формации остеонным типом строения Х100; на фиг.5 - микрофотограмма. Контроль, 10 суток. Дефект кортикальной пластины заполнен грануляционной тканью, видны костные осколки, очаги абсцедирования. В нижней части видна сеточка новообразованных тонких костных трабекул эндостального генеза. Х100. на фиг.6 - микрофотограмма. Контроль, 30 суток. Дефект кортикальной пластины частью заполнен новообразованными костными структурами, частью фиброзной соединительной тканью. Край материнской кости лишен остеоцитов. Х200; на фиг.7 - микрофотограмма. Опыт, 10 суток. Костный регенерат в дефекте кортикальной пластины образован узкопетлистой сеточкой из тонких костных трабекул. На границе с материнской костью отсутствует воспалительная инфильтрация. Х100; на фиг.8 - микрофотограмма. Опыт, 30 суток. Дефект кортикальной пластины закрыт костной пробкой регенерата. Прилегающая к костному регенерату материнская кость с характерными для зрелой костной формации остеонным типом строения. Х100; на фиг.9 - рентгенография после резекции верхушки корней и цистоэктомии; на фиг.10 - рентгенография через три месяца после операции.

Получение и применение заявляемого геля для регенерации костной ткани иллюстрируется неисчерпывающими примерами.

Пример выполнения 1

Берут 35 г ультрадисперсного порошка, содержащего гидроксиапатит и трикальцийфосфат в соотношении 1:1, инкубируют со 100 мл раствора неколлагеновых белков, выделенных из трубчатых костей крупного рогатого скота, декантируют. Влажный порошок смешивают с полиэтиленгликолем, в частности ПЭГ 400. Это базовая композиция. Смесь тщательно гомогенизируют и набирают по 1 мл в одноразовые шприцы. Шприцы с инъекционной иглой с внутренним диаметром 1 мм запаивают в 2 слоя полиэтилена и стерилизуют β-излучением.

Апробация остеопластических свойств геля выполнена в эксперименте на половозрелых крысах самцах линии Вистар массой 200-250 г, которым в условиях антисеаптической обработки операционного поля, под калипсоловым наркозом с помощью бормашины бором №1 произведен дефект кортикальной пластины диафиза кости диаметром 2 мм. В полученный дефект костной ткани в 1-ой опытной группе инокулировали материал, не содержащий антиоксиданта, во 2-ой - гель с антиоксидантом. Сверху дефект прикрывали нерезорбируемой мембраной, которую фиксировали кетгутовым швом. Кожная рана ушита узловыми швами полигликолида.

Животных выводят в сроки 10 и 30 сутки. Забой животных производят под наркозом, путем внутрибрюшинного введения калипсола в летальной дозе 750 мг/кг и листенона в дозе 200 мг/кг массы тела. Материал, подлежащий исследованию (бедренная кость), помещают в 10% формалин. После декальцинации в 25% растворе Трилона Б и дегидратации образцов в спиртах заливают в парафин. Полученные серийные срезы окрашивают гематоксилин-эозином. Проведено гистологическое исследование тканевых образцов. Контроль 10 суток. В гистопрепаратах этого срока эксперимента обнаружился дефект кортикальной пластины, заполненный богатой сосудами капиллярного типа грануляционной тканью, у входа в дефект были видны многочисленные костные осколки (фиг.1).

Контроль, 30 суток. В этот срок эксперимента обнаружился костный дефект, частью заполненный костными структурами регенерата, частью фиброзной соединительной тканью (фиг.2).

Опыт, 10 суток. В костном дефекте обнаружился костный регенерат, построенный из новообразованных тонких ветвящихся трабекул с фиброзным матриксом (фиг.3). Поверх костного регенерата располагался узкий пласт молодой соединительной ткани.

Опыт, 30 суток. В этот срок опыта костный дефект был закрыт пробкой костного компактизировшегося регенерата эндесмального происхождения (фиг.4). На основании данных проведенного исследования можно сделать вывод о высокой эффективности испытанного материала. Он обладает высоким остеостимулирующим потенциалом и не вызывает сколько-нибудь выраженных патологических реакций на имплантацию.

Пример 2

В композицию, описанную в примере 1, добавляют антиоксидант эмоксипин в концентрации 200 мкг/100 г. Дефект нижней челюсти, как описано в примере 1, создавали у крыс, у которых предварительно вызывали иммунодефицитное состояние, введением антиметаболита циклофосфана. Животные составили две группы: контроль - заживление дефекта под кровяным сгустком, опыт - возмещение дефекта гелем, содержащим антиоксидант. Ход эксперимента, приготовление гистологических препаратов и анализ полученных данных, как в примере 1.

Контроль, 10 суток. В грануляционной ткани, заполнившей костный дефект, обнаруживались очаги нагноения (фиг.5).

Контроль, 30 суток. Регенерат, заполняющий дефект, располагался на уровне кортикальной пластины и характеризовался высоким уровнем развития, фиброзные костные трабекулы, примыкающие к безостеоцитному краю материнской кости, развитой костный компонент регенерата. По центральной оси регенерата располагался в виде пласта участок фиброзной соединительной ткани (фиг.6).

Опыт, 10 суток. Тонкие костные фиброзные трабекулы образовывали аркадные фигуры, складывающиеся в узкопетлистую сетку, примыкающую с обеих сторон к внутреннему безостеоцитному краю материнской кости на уровне входа в костный дефект (фиг.7). Не обнаруживали воспалительной инфильтрации на границе имплантата с материнской костью.

Опыт, 30 суток. В эти сроки опыта костный дефект был закрыт пробкой костного компактизировшегося регенерата, в котором начинаются процессы органотипического моделирования.

Эксперимент выявил способность антиоксидантов, добавляемых в остеопластический гель, подавлять воспалительную реакцию в условиях сниженного иммунного статуса, без отрицательного влияния на репаративный остеогенез.

Пример 3

В базовую композицию (35 г ультрадисперсного порошка, содержащего гидроксиапатит и трикальцийфосфат в соотношении 1:1, в 100 мл полиэтиленгликоля (ПЭГ 400) добавляют 20 г ИНДОСТ(гранул) 0,5 мм и линкомицин. Смесь тщательно перемешивают и набирают по 1 мл в одноразовые шприцы. Шприцы запаивают в 2 слоя полиэтилена и стерилизуют β-излучением.

Этот материал использовали для возмещения дефекта нижней челюсти вследствие воспалительно-деструктивного процесса у больной с гранулирующим периодонтитом (фиг.9), которой после постановки диагноза была проведена антибактериальная и противовоспалительная терапия. Через 5,5 месяцев после операции было установлено: боли в области 6-ого зуба нижней челюсти слева не беспокоят, свищ отсутствует, подвижность зуба не обнаружена. Рентгенографически (фиг.10) дефект замещен тканью, не отличающейся по структуре и плотности от окружающей костной ткани.

Пример 4

В композицию, описанную в примере 1, добавляют дексаметазон в концентрации 0,02 г/100 г. Заполняют и стерилизуют шприцы с полученной смесью, как описано.

Этот материал использовали для лечения обширного гранулирующего периодонтита. После девитализации и расширения каналов 2 зубов (фиг.9) трансапекально в полость кисты введено 2 мл геля, содержащего дексаметазон. Через 3 месяца после операции в проекции кисты наблюдают тень ткани, более рентгеноплотной, чем окружающие мягкие ткани (фиг.10).

Приготовленная композиция может быть расфасована в одноразовые шприцы, которые комплектуют инъекционной иглой с внутренним диаметром 1 мм («камфорная игла»), или в герметичные флаконы, которые в дальнейшем стерилизуют.

ПЭГ 400 в диапазоне концентраций, указанных для базовой композиции, инертен в отношении реакции окружающих тканей, образует систему, удерживающую во взвешенном состоянии частицы гидроксиапатита и трикальцийфосфата, в том числе - ультрадисперсные (40-500 нм), обладающую тиксотропными свойствами, легко выдавливающуюся через канюлю шприцов типа «Люер» и «Рекорд». Этих свойств композиция не теряет после стерилизации. Полиэтиленгликоли с другой молекулярной массой, как и другие линейные полимеры - синтетические, например поливинилпирролидон, или биологического происхождения, например декстран, - также могут быть использованы при сохранении образуемой ими композиции вышеперечисленных свойств.

Фазовая гетерогенность минеральной компоненты остеопластического материала выполняет 2 функции: 1) смесь гидроксиапатита и трикальцийфосфата сорбирует из раствора неколлагеновых белков костной ткани большее число остеоиндуцирующих факторов, чем каждый по отдельности, в силу различий аффинности к каждому из них у гидроксиапатита и трикальцийфосфата; 2) частицы гидроксиапатита и трикальцийфосфата резорбируются с различной скоростью, что пролонгирует процесс биодеградации имплантированного материала, обеспечивая достаточный срок поддержания его объема и равномерного поступления остеоиндуцирующих НБК в окружающую ткань.

Раствор неколлагеновых белков костной ткани получают из ксеногенной костной ткани, последовательно применяя процедуры фракционирования с целью снижения общей антигенной нагрузки, удаления ингибиторов костеобразования и провоспалительных цитокинов. В эксперименте по возмещению дырчатых дефектов большеберцовой кости у крыс материал, представляющий собой смесь гидроксаппатита и трикальцийфосфата и сорбированные на них неколлагеновые белки костной ткани, продемонстрировал остеоиндуцирующие свойства при отсутствии отрицательной реакции со стороны окружающих тканей (Десятниченко К.С., Слесаренко Н.А., Курдюмов С.Г., Кайдановский A.M. Апробация в эксперименте остеоиндуцирующих материалов нового поколения. ЗАО «Полистом» // Стоматология для всех. - 2004. - №3. - С.40-42).

Таким образом, данное изобретение позволяет создать остеопластический материал в виде геля для регенерации костной ткани с высокими остеоиндуцирующими свойствами и консистенцией, обеспечивающей возможность доставки его в костный дефект закрытым способом.

1. Гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля и дистиллированную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит композицию ортофосфатов кальция при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции:

Полиэтиленгликоль	20-40 г
Композиция ортофосфатов кальция	10-50 г
Вода дистиллированная	Остальное

2. Гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля и дистиллированную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит композицию ортофосфатов кальция и композицию неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующей остеогенез, при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции:

Полиэтиленгликоль	20-50 г
Композиция ортофосфатов кальция	10-50 г
Композиция неколлагеновых белков
костной ткани, стимулирующей остеогенез	0,001-0,005
Вода дистиллированная	Остальное

3. Гель для регенерации костной ткани, включающий полиэтиленгликоль в виде геля и дистиллированную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит композицию ортофосфатов кальция, стероидные и нестероидные противовоспалительные препараты и оксид цинка при следующем соотношении компонентов на 100 г композиции:

Полиэтиленгликоль	20-40 г
Композиция ортофосфатов кальция	10-50 г
Противовоспалительные препараты	0,01-0,1 г
Оксид цинка	10-60 г
Вода дистиллированная	Остальное

4. Гель по пп.1-3, отличающийся тем, что композиция ортофосфатов кальция содержит гидроксиапатит, и/или трикальций фосфат, и/или карбонат апатит, и/или фторгидроксиапатит.

5. Гель по п.4, отличающийся тем, что композиция ортофосфатов кальция выполнена в виде порошка и/или гранул.

6. Гель по п.5, отличающийся тем, что порошок ортофосфатов кальция выполнен с размерами частиц 20-1000 нм.

7. Гель по пп.1-3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит антиоксиданты, и/или антибиотики, и/или противомикробные вещества.