Способ формирования биосовместимой полимерной структуры


 


Владельцы патента RU 2512950:

Общество с ограниченной ответственностью "Магнитные и криоэлектронные системы" (ООО "МаКриЭл системс") (RU)

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и к биотехнологии, и может быть использовано для формирования биосовместимой полимерной структуры в костных тканях. Для этого обеспечивают пункционный доступ к заполняемой полости в костных тканях. Далее вводят в полость полимерную гелеобразную смесь, включающую 55-97.7 весовых % биосовместимого полимера полилактида с размерами частиц от 50 до 100 мкм, 0,3-45 весовых % магнитных наночастиц оксидов железа с размерами частиц от 10 до 100 нм, гелеобразующий агент мальтодекстрин в количестве от 0.5 до 50 весовых % от веса смеси полимера и магнитных наночастиц, а также дистиллированную воду в количестве от 0,5 до 100 весовых % от веса сухой смеси, полученной после смешения полимера, магнитных наночастиц и гелеобразующего агента. Затем формируют твердую трехмерную структуру. Для этого осуществляют одновременный нагрев смеси по всему объему путем воздействия на нее переменного магнитного поля с частотой до 500 кГц и амплитудой до 500 Э в течение 3-5 минут. При необходимости замедления процесса нагрева смеси, дополнительно осуществляют воздействие постоянным магнитным полем с амплитудой до 1000 Э, прикладывая его либо ко всему формируемому объему, либо локально в зависимости от решаемой задачи. Способ позволяет формировать биосовместимую твердую трехмерную структуру в заданной полости костной ткани при минимальном хирургическом вмешательстве. 1 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и может найти применение в моделировании и формировании жестких биосовместимых структур внутри полостей в костных тканях.

В настоящее время в травматологии и хирургии в ряде случаев необходимо осуществить заполнение полостей в костных тканях, возникших в результате травм, болезни или возрастных процессов. Для этого используются различные жесткие трехмерные структуры, изготовленные из металлов, полимеров, цементов, керамики или композиционных материалов, введение которых предполагает серьезное хирургическое вмешательство. Данного недостатка лишены методы, в которых формирование трехмерных жестких структур осуществляется из порошкового или гелеобразного материала, введенного в организм пункционным способом.

Известен способ изготовления твердых трехмерных структур на основе гидрогеля для внутрипозвонковых дисков, описанный в [1], согласно которому обеспечивают доступ к заполняемой полости (к пульпозному ядру) в виде небольшой щели в ткани между позвонками. В полость вводят стержни из биосовместимого частично гидратированного геля с последующей гидратацией стержней для увеличения их в объеме и заполнения всего объема межпозвонкового диска для формирования внутри диска твердой трехмерной полимерной структуры. При осуществлении этого способа возникают сложности при введении стержней в межпозвонковое пространство как малого, так и большого диаметра, что приводит к низкой эффективности восстановления диска. Также способ требует большого времени для достижения необходимой механической прочности диска.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ формирования биосовместимой структуры [2] внутри полости, моделирующей объем межпозвонкового диска. В нем осуществляют пункционный доступ к полости (имитирующей пульпозное ядро), заполняют полость полимерной гелеобразной смесью из полимера и наночастиц углерода и формируют внутри заполняемой полости твердую трехмерную полимерную структуру под воздействием электромагнитного излучения. В качестве электромагнитного излучения используют лазерное излучение, подводимое с помощью световода, а в гель с частицами полимера добавляют наночастицы углерода для увеличения поглощения. Следует отметить, что лазерное воздействие связано с подводкой излучения в полость через световод и перемещением его внутри полости, что технологически и технически представляет значительные трудности. Формирование биосовместимой структуры происходит локально от точки к точке, т.е. осуществляется последовательное воздействие на введенную гелеобразную смесь, при этом возможно неоднородное или неполное формирование биосовместимой структуры, контроль которых практически невозможен.

Решаемая задача состоит в создании однородной твердой трехмерной структуры из полимерной гелеобразной смеси внутри полости, в которой формирование этой структуры происходит при одновременном нагреве по всему объему смеси за счет сплавления частиц полимера между собой.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что для нагрева, сплавления и формирования полимерной структуры из гелеобразной смеси используется тепловыделение магнитных наночастиц (МНЧ). В биомедицине, в частности, эффект тепловыделения МНЧ используется в гипертермии [3]. Известно, что МНЧ обладают свойством преобразовывать магнитную энергию в тепловую при перемагничивании в переменных магнитных полях. Тепловыделение МНЧ за счет перемагничивания в значительной степени зависит от магнитных параметров МНЧ (величины намагниченности насыщения, типа магнитной анизотропии, константы магнитного затухания), их характерных размеров и определяется площадью динамической петли гистерезиса за полный цикл перемагничивания.

Важным является выбор МНЧ и определение условий максимального тепловыделения МНЧ в переменных магнитных полях. Тепловыделение в наночастицах определяется площадью динамической петли гистерезиса за полный цикл перемагничивания, умноженной на частоту воздействующего переменного магнитного поля, и характеризуется удельной тепловой мощностью, выделяемой в 1 грамме МНЧ, Вт/г. При этом частота f воздействующего переменного магнитного поля не должна превышать значения 500 кГц, поскольку при дальнейшем повышении частоты индукционные токи могут разогревать ткани организма. Также есть ограничение по амплитуде воздействующего магнитного поля Н, которое связано с возможным длительным нахождением в переменном поле и минимумом дискомфорта для пациента (критерий Брезовича). Согласно этому критерию величина произведения С=H*f не должна превышать значения ~6×107 Э·Гц [4].

Наиболее перспективными для применений в предлагаемом способе являются частицы магнитных оксидов железа, γ-Fe2O3, Fe3O4. Во-первых, эти частицы имеют низкую токсичность и биосовместимы с тканями организма. Во-вторых, они обладают достаточно большой намагниченностью насыщения, а, следовательно, увеличенной площадью частотной петли гистерезиса и высокими значениями удельной тепловой мощности.

Поставленная задача решается путем использования биосовместимой гелеобразной смеси с частицами МНЧ и последующего формирования трехмерной структуры в переменном магнитном поле за счет выделения тепла МНЧ при их перемагничивании.

Способ формирования полимерной структуры включает следующие стадии:

- Готовят смесь из биосовместимого полимера и МНЧ в соотношении 55-97.7 весовых % полимера с размерами частиц от 50 до 100 мкм и 0.3-45 весовых % МНЧ с размерами 10-100 нм с добавлением гелеобразующего агента в количестве от 0.5 до 50 весовых % от веса смеси (полимера и МНЧ) и с последующим добавлением дистиллированной воды в количестве от 0,5 до 100 весовых % от веса сухой смеси, полученной после смешения полимера, МНЧ и гелеобразующего агента.

- Осуществляют пункционный доступ к полости и заполняют ее приготовленной смесью.

- На полость, заполненную смесью, воздействуют переменным магнитным полем с частотой до 500 кГц и амплитудой до 500 Э в течение времени, достаточном для сплавления частиц полимера между собой и формирования трехмерной структуры при выбранном соотношении реагирующих компонентов смеси.

- При превышении температуры сплавления частиц полимера дополнительно включают воздействие постоянного магнитного поля с амплитудой до 1000 Э, которое приводит к уменьшению тепловыделения МНЧ и снижению температуры нагрева. При этом воздействие постоянным магнитным полем осуществляют либо на весь формируемый объем, либо локально в зависимости от решаемой задачи, не нарушая последовательности операций. Контроль за температурными показаниями возможно осуществлять, например, с помощью тепловизионной камеры.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Для приготовления гелеобразной смеси порошок биосовместимого полимера размалывают, например, в роторной мельнице и отбирают частицы размером до 100 мкм. Использование частиц большего размера приводит к расслоению смеси в процессе введения в полость и возможно только при существенном увеличении доли гелеобразующего агента. В полимерный порошок добавляют биосовместимые МНЧ в виде порошка (оксиды железа γ-Fe2O3, Fe3O4) со средними размерами от 10 - до 100 нм в количестве от 0,3 до 45 весовых %. Точное количество МНЧ определяют в зависимости от величины тепловыделения в процессе перемагничивания каждого конкретного ансамбля МНЧ. Полученную смесь перемешивают до однородного состояния, степень перемешивания контролируют при помощи микроскопа. Затем в полученную смесь добавляют гелеобразующий агент (например, крахмал, мальтодекстрин, желатин, лаурилсульфат натрия) в количестве от 0,5 до 50 весовых % от смеси полимера и МНЧ. Точное количество зависит от вида гелеобразующего агента и от требуемой консистенции конечного продукта. Полученную смесь перемешивают и в нее добавляют дистиллированную воду в количестве 0,5-100 весовых % от веса сухой смеси, затем перемешивают до получения однородной массы. Полученную однородную массу набирают в шприц и пункционно вводят в полость. Затем на заполненную смесью полость воздействуют переменным магнитным полем с частотой до 500 кГц и амплитудой до 500 Э в течение времени, достаточном для формирования трехмерной структуры при выбранном соотношении реагирующих компонентов смеси. Процесс формирования трехмерной структуры может быть замедлен за счет дополнительного воздействия постоянным магнитным полем, которое приводит к уменьшению тепловыделения МНЧ и соответствующему снижению температуры нагрева. При этом воздействовать постоянным магнитным полем можно либо на весь объем смеси, либо локально на отдельные части объема в случае заполнения нескольких полостей внутри модели костной ткани. Амплитуда прикладываемого постоянного магнитного поля может варьироваться в пределах до 1000 Э.

Были проведены исследования, моделирующие формирование трехмерной структуры внутри полостей в костных тканях. При этом порошок полилактида (PDL-04, Purasorb, Purac, Голландия) размололи в роторной мельнице и отобрали частицы размером от 50 до 100 мкм. В полимерный порошок добавили порошок биосовместимых МНЧ (оксид железа Fe3O4) со средним размером ~25 нм в количестве 25 весовых %. Полученную смесь перемешивали до однородного состояния, степень перемешивания контролировали при помощи микроскопа, затем в полученную смесь добавили гелеобразующий агент, мальтодекстрин в количестве 20 весовых % от смеси полимера и МНЧ. После перемешивания добавили дистиллированную воду в количестве 45 весовых % от веса сухой смеси. Полученный гель перемешивали до получения однородной массы. С помощью медицинского шприца с хирургической иглой (внешний диаметр иглы 2 мм и внутренний - 1.5 мм) гель вводили в полость костной ткани шириной 2.5 мм между модельными позвонками со средним диаметром 9 мм. Затем модельную структуру поместили в переменное магнитное поле частотой 80 кГц и амплитудой 400 Э и подвергли воздействию в течение 3 минут. На Фиг.1 представлена фотография образца полученной твердой структуры. Полученная полимерная структура являлась однородной и формировалась за короткое время.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет формировать трехмерную твердую однородную полимерную биосовместимую структуру в заданной моделируемой полости. Предлагаемый способ позволяет при практическом использовании формировать биосовместимую структуру в заданной полости при минимальном хирургическом вмешательстве, с помощью пункционного прокола, за счет воздействия переменным магнитным полем.

ЛИТЕРАТУРА

[1] US Pat. N 5976186 Hydrogel intervertebral disc nucleus (623/17.16 Bao Qi-Bin, Higham Paul A. опубл. 02.11.1999).

[2] RU Пат. N 2438623 Способ формирования биосовместимой структуры / Антонов Е.Н., Баграташвили В.Н., Борщенко И.А., Попов В.К. A61F 2/44, приор. 28.05.2010.

[3] Pankhurst Q.A., Thanh N.K.T., Jones S.K. Dobson J.: Progress in applications of magnetic nanoparticles in biomedicine. J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 224001 (2009).

[4] Hergt R., Dutz S., Röder M.: Magnetic particle hyperthermia: nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy. J. Phys.: Condens. Matter 20, 385214 (2008).

Способ формирования биосовместимой полимерной структуры, заключающийся в обеспечении пункционного доступа к заполняемой полости, введении в полость полимерной гелеобразной смеси и последующем формировании твердой трехмерной структуры внутри полостей в костных тканях, отличающийся тем, что состав гелеобразной смеси включает в себя следующие компоненты: 55-97.7 весовых % биосовместимого полимера полилактида с размерами частиц от 50 до 100 мкм, 0.3-45 весовых % магнитных наночастиц оксидов железа с размерами частиц 10-100 нм, гелеобразующий агент мальтодекстрин в количестве от 0.5 до 50 весовых % от веса смеси полимера и магнитных наночастиц и дистиллированную воду в количестве от 0.5 до 100 весовых % от веса сухой смеси, полученной после смешения полимера, магнитных наночастиц и гелеобразующего агента, при этом формирование твердой трехмерной структуры происходит при одновременном нагреве смеси по всему объему под воздействием переменного магнитного поля с частотой до 500 кГц и амплитудой до 500 Э в течение 3-5 минут в зависимости от выбранного соотношения реагирующих компонентов смеси, а при необходимости замедления процесса нагрева смеси дополнительно осуществляют воздействие постоянным магнитным полем с амплитудой до 1000 Э, прикладывая его либо ко всему формируемого объему, либо локально в зависимости от решаемой задачи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицины и фармакологии. Изобретение описывает применение ипидакрина для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата, связанных с нарушением целостности кости.

Настоящее изобретение относится к соединениям, представленным формулой (I), где Х1 и X2 независимо представляют собой СН или N; кольцо U представляет собой бензольное кольцо, пиразольное кольцо, 1,2,4-оксадиазольное кольцо, 1,2,4-тиадиазольное кольцо, изотиазольное кольцо, оксазольное кольцо, пиридиновое кольцо, тиазольное кольцо или тиофеновое кольцо; m представляет собой целое число, имеющее значение от 0 до 1; n представляет собой целое число, имеющее значение от 0 до 3; R1 представляет собой гидроксигруппу или C1-6 алкил; R2 представляет собой любой из (1)-(3): (1) атом галогена; (2) гидроксигруппу; (3) C1-6 алкил, или C1-6 алкокси, каждый из которых может независимо содержать любую группу, выбранную из группы заместителей α; группа заместителей α включает атом фтора и гидроксигруппу, или его фармацевтически приемлемая соль.
Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к композиции для лечения и предупреждения остеоартрита и остеартроза суставов. Композиция для лечения и предупреждения остеоартрита и остеартроза суставов содержит порошок или экстракт высушенного растения, выбранного из группы: лопух, одуванчик, сабельник болотный, береза, зверобой, золотарник, крапива, мята, солодка, лапчатка белая, лапчатка прямостоячая, шиповник, синюха голубая, валериана, кукуруза, расторопша, овес, репешок, бессмертник, женьшень, шалфей, звездчатка, тыква, ива, земляника, цикорий, пырей, топинамбур, черника, календула, хрен, чеснок, осина, горец птичий (спорыш), подорожник, девясил, красностебельная гречиха, цветки ромашки, мелисса, василек синий, сушеница, череда трехраздельная; лиофилизат трутневого расплода и порошок кверцетина, или дигидрокверцетина, или рутина при определенном соотношении компонентов.
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для профилактики гнойно-воспалительных осложнений при использовании аппаратов внешней фиксации в процессе лечения пациентов в травматологии и ортопедии.

Изобретение относится косметической и фармацевтической отраслям промышленности и представляет собой способ повышения трансдермальной проницаемости лечебных или косметических препаратов для наружного применения.
Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и касается лечения скелетных осложнений у больных литическими метастазами в длинные трубчатые кости. Для этого после интрамедуллярного остеосинтеза выполняют костную пластику очага деструкции композицией, приготовленной следующим образом: 4 мг сухого концентрата верокласта растворяют в 1 мл воды для инъекций, полученный раствор смешивают с 2 г гранул Коллапана-Г и инкубируют при комнатной температуре до полного впитывания.

Изобретение относится к сульфонамидным соединениям формулы (1) или к их фармацевтически приемлемым солям, в которой А представляет собой фенил, необязательно замещенный от 1 до 2 атомами галогена, C1-6 алкильной группой, трифторметильной группой, С1-6 алкоксигруппой или -SCH3 группой, тиофенил, необязательно замещенный C1-C6 алкильной группой или атомом галогена, пиридинил, необязательно замещенный атомом галогена, нафталенил или дигидроинденил; R1 представляет собой следующие формулы (Rla) или (Rlb): [в формулах (Rla) и (Rlb) Ar1 представляет собой следующие формулы (Arla), (Arlb) или (Ar1c): (каждый R5 и R6 независимо представляет собой атом водорода, атом галогена, C1-6 алкильную группу, необязательно замещенную вплоть до трех атомов галогена, C1-6 низшую алкоксигруппу, необязательно замещенную вплоть до трех атомов галогена); Ar2 представляет собой следующие формулы (Ar2a), (Ar2b) или (Ar2c): (каждый R7 и R8 независимо представляет собой атом водорода, гидроксильную группу, атом галогена, C1-6 алкильную группу, необязательно замещенную вплоть до трех атомов галогена, или C1-6 низшую алкоксигруппу, необязательно замещенную вплоть до трех атомов галогена, аминогруппу, нитрогруппу, С2-6 ацильную группу, или R7 и R8 образуют вместе -СН2СН2О-; R9 представляет собой атом водорода или -J-COOR10; J представляет собой ковалентную связь, алкилен, содержащий от 1 до 5 атомов углерода, алкенилен, содержащий от 2 до 5 атомов углерода, или алкинилен, содержащий от 2 до 5 атомов углерода, где один атом углерода в упомянутых алкиленовых группах может быть заменен атомом кислорода, атомом серы, NR11, CONR11 или NR11CO в любом химически разрешенном положении; R11 представляет собой атом водорода; и R10 представляет собой атом водорода); и р равно 0 или 1]; R2 представляет собой C1-6 алкильную группу; каждый R3 и R4 независимо представляет собой C1-6 алкильную группу; * обозначает асимметрический атом углерода; и m равно целому числу от 1 до 3.

Изобретение относится к фармацевтической композиции с противовоспалительной, кардио- и хондропротекторной активностью, действием против гастропатий, вызываемых нестероидными противовоспалительными препаратами.

Изобретение относится к области биотехнологии, конкретно к ингибированию TGF-бета1 сигналинга, и может быть использовано в медицине. Пептид с аминокислотной последовательностью LQVVYLH, обладающий активностью в ингибировании TGF-бета1 сигналинга, используют для эффективного лечения остеохондроза.
Изобретение относится к медицине, а именно к способу получения биосовместимого костнозамещающего материала, при этом получают порошок биологического гидроксиапатита с размером частиц не более 40 мкм из костей крупного рогатого скота, смешивают порошок гидроксиапатита с порошком фосфата магния с размером частиц не более 40 мкм при соотношении их 1,0:0,25, добавляют к полученнной смеси порошков водную суспензию 2-амино-5-гуанидиновалериановой кислоты с последующим перемешиванием их в течение 40-50 минут и сушкой при 50-60°С.
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии. Способ включает комплексное лечение.
Изобретение относится к области медицины, а именно к физиотерапии, к инфекционным болезням. Способ включает комплексное использование лекарственных препаратов, магнитную и лазерную терапию.
Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии и физиотерапии, и касается лечения заболеваний зрительного нерва и сетчатки. Для этого проводят эндоназальное введение кортексина и проведение транскраниальной магнитотерапии в проекции зрительного пути с приставкой «Оголовье», охватывающей височные и затылочную области.
Изобретение относится к медицине, онкологии, хирургии, физиотерапии и может быть использовано для лечения лимфостаза у больных после операций по поводу рака молочной железы в поздний послеоперационный период.
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, физиотерапии. .
Изобретение относится к медицине, а именно - к офтальмологии, физиотерапии. .
Изобретение относится к области медицины, а именно к способам лечения заболеваний глаз, и может быть использовано для лечения блефароконъюнктивита, вызванного клещом демодекс.
Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, физиотерапии. .
Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии, аллергологии, оториноларингологии, и может быть использовано для лечения аллергического ринита у детей. .
Изобретение относится к медицине, к стоматологии и может быть использовано для лечения воспалительных заболеваний пародонта. .

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для приложения электромагнитного поля для стимулирования процесса в живом организме, когда поле приложено по меньшей мере к части тела, содержит средство управления для генерации изменяющегося во времени управляющего сигнала, и преобразователь, чувствительный к указанному управляющему сигналу, для генерации изменяющегося во времени сигнала B(t).
Наверх