Биоматериал для возмещения дефектов костей и способ его получения
Владельцы патента RU 2478394:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" имени академика Г.А. Илизарова" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (RU)
Настоящее изобретение относится к медицине и описывает способ получения биоматериала для возмещения дефектов костей, включающий механическую очистку костей от параоссальных мягких тканей, где органические компоненты кости удаляют с помощью 6% раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток, измельчают в фарфоровой ступке до размеров гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток. Полученный биоматериал характеризуется шероховатостью, наноструктурированностью и имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 5 ил.
Изобретение относится к медицине, в частности к материалам для возмещения дефектов костей (остеомиелитических секвестров, костных кист, очагов остеонекроза) посредством осуществления остеоиндукции и остеокондукции в полостях, заполненных предлагаемым биоматериалом.
Известен имплантат для пластики костных полостей на основе крупноячеистой коллагеновой матрицы из декальцинированной губчатой кости, причем на нем осуществляют иммобилизацию антибактериальных препаратов, культур бластных клеток и стимуляторов биогенеза (RU №2335258, 27.05.2008).
Известен биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей, который содержит минеральную составляющую, выделенную из костной ткани диафизов сельскохозяйственных животных путем воздействия 0,5 н. раствором соляной кислоты и насыщенного раствора щелочи, дополнительно содержит коллаген, белки плазмы крови пациентов с активным остеогенезом, взятой в период дистракции, физиологический раствор (RU №2311167 С2, 20.06.2006).
Недостатками известных имплантатов являются: сложность изготовления, низкая остеоиндуктивная и остеопластическая эффективность, отсутствие остеокондуктивной активности, они ограниченно биосовместимы, окружаются фиброзной капсулой. При получении известных имплантатов используют деминерализующие вещества, нарушающие естественную микроархитектонику и химический состав костной ткани, что отрицательно сказывается на остеинтеграционных свойствах имплантатов и клинических результатах.
Задачей изобретения является создание биоматериала с высокими остеоиндуктивными, остеокондуктивными и остеоинтеграционными свойствами, имеющего высокопористую структуру, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани, а также упрощение процедуры изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения биоматериала для возмещения дефектов костей включает механическую очистку костей от параоссальных мягких тканей, органические компоненты кости удаляют с помощью 6% раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток, измельчают в фарфоровой ступке до размеров гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток. Полученный биоматериал характеризуется шероховатостью и наноструктурированностью и имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани.
Настоящее изобретение поясняют описанием, примером использования и иллюстрациями, на которых изображено:
Фиг.1 - упорядоченная высокопористая трехмерная организация биоматериала, близкая к естественной структуре минерализованного матрикса костной ткани. Сканирующая электронная микроскопия;
Фиг.2 - прикрепление к поверхности биоматериала остеогенных клеток и кровеносного сосуда свидетельствует об остеоинтеграционной эффективности биоматериала. Сканирующая электронная микроскопия;
Фиг.3 - врастание кровеносных сосудов и периваскулярных остеогенных клеток в трехмерную высокопористую структуру биоматериала свидетельствует о высоких остеоиндуктивных и остеокондуктивных свойствах биоминерала. Сканирующая электронная микроскопия;
Фиг.4 - эффективность биоматериала, как стимулятора регенерации костной ткани при возмещении дырчатого дефекта большеберцовой кости экспериментальных животных (крыс): а - регенерат животного контрольной группы, б - регенерат животного опытной группы. Срок эксперимента 7 суток. Стрелками обозначены гранулы биоматериала, окруженные новообразованной костной тканью в необычно ранние сроки. Световая микроскопия парафинового среза. Окраска гематоксилином и эозином. Объектив 10, окуляр 10;
Фиг.5 - доля различных тканевых компонентов в составе регенерата, формирующегося после перфорационной травмы большеберцовой кости крыс, в контроле (K) и опыте (О) через 7, 14 и 21 сутки после операции. Белый цвет - неминерализованные компоненты; темно-серый - остеоид костной ткани; черный - минерализованный матрикс костной ткани. Результаты рентгеновского эдектронно-зондового микроанализа.
Способ получения биоматериала осуществляют следующим образом.
Кости сельскохозяйственных животных очищают механическим способом от параоссальных мягких тканей. Органические компоненты кости (клетки, сосуды, костный мозг) удаляют с помощью 6% раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток. Очищенную кость либо костные блоки измельчают в фарфоровой ступке до размеров частиц 50-100 мкм по трем измерениям (ширина, длина и высота). Полученный порошок, состоящий из гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток.
Полученный биоматериал имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани (фиг.1).
Пример использования биоматериала.
В эксперименте на 60 взрослых крысах линии Wistar под общей анестезией в проксимальной трети диафиза большеберцовых костей в контрольной и опытной группах моделировали несквозные дырчатые дефекты диаметром 2 мм и глубиной 2,5-3 мм. В опытной группе животным непосредственно после операции в область сформированного дефекта вводили стерильный порошок биоматериала. Операционную рану послойно ушивали узловыми швами.
Сканирующая электронная микроскопия показала, что биоматериал имеет высокопористую структуру, содержит взаимосвязанные поры размером 50-150 мкм и сохраняет естественную архитектонику минерализованного матрикса костной ткани (фиг.1). Микрорельеф поверхности биоматериала характеризуется шероховатостью и наноструктурированностью, что обеспечивают оптимальные отношения между уровнем адгезии, темпами пролиферации и степенью дифференциации остеогенных клеток (фиг.2). Кровеносные сосуды и остеогенные клетки вросли в биоматериал, что свидетельствует о его высоких остеокондуктивных и остеоиндуктивных свойствах (фиг.3). После введения биоматериала активизировалось репаративное костеобразование и сократились сроки возмещения дефекта кости, о чем свидетельствует проведенное гистологическое исследование (фиг.4). Так в опытной группе животных через 7 суток после операции объем костной ткани в регенерате возрос более чем в 2 раза - с 8,6±0,41% в контроле до 17,9±0,63% в опыте (Р<0,001) (фиг.5).
Использование предлагаемого способа в отделе экспериментальной травматологии и ортопедии ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А.Илизарова» позволило получить биоматериал без воздействия деминерализующих веществ, который имеет высокопористую структуру, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани. Предложенный способ упростил процедуру изготовления биоматериала, а его применение позволило сократить сроки возмещения дефектов костей.
1. Способ получения биоматериала для возмещения дефектов костей, включающий механическую очистку костей от параоссальных мягких тканей, отличающийся тем, что органические компоненты кости удаляют с помощью 6%-ного раствора гипохлорита натрия в течение 6-8 суток, измельчают в фарфоровой ступке до размеров гранул диаметром 50-100 мкм, промывают в дистиллированной воде и 96% этаноле и высушивают при комнатной температуре в течение суток.
2. Биоматериал для возмещения дефектов костей, полученный способом по п.1, состоящий из минерального порошка, выделенного из костной ткани сельскохозяйственных животных, отличающийся тем, что полученный биоматериал характеризуется шероховатостью, наноструктурированностью и имеет упорядоченную высокопористую структуру с размером пор 50-150 мкм, близкую к естественной структуре минерального матрикса костной ткани.
