Биодеградируемый материал для замещения костной ткани

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, стоматологии и нейрохирургии. Биодеградируемый материал для замещения костной ткани содержит 50-52% мас. биологического гидроксиапатита, 30-32% мас. фосфата магния, 8-10% мас. гидрофосфата кальция, 4,8-5,3% мас. гидроокиси кальция, остальное - альгинат натрия. Материал содержит также в качестве связующего казеин в виде аммиачного раствора при соотношении порошковой массы биодеградируемого материала к аммиачному раствору казеина 1:1÷1,5. Техническим результатом является расширение арсенала биодеградируемых материалов для замещения костной ткани.

 

Изобретение относится к области медицины, в частности к травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, стоматологии, нейрохирургии, а именно к остеопластичным составам биокомпозиционных материалов, предназначенных для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека, и может быть использовано в качестве материала, способного в организме полностью биодеградировать и заменяться новой костной тканью, для регенерации костных клеток, биологического наполнителя при дефектах костной ткани, остеокондуктивного и остеоиндуктивного биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани.

Известно средство для стимуляции роста костной ткани, содержащее гидроксиапатит в виде водной суспензии 18-36 мас. с размером частиц 0,015-0,16 мкм (патент RU № 2077329, А61К 33/06, опубл. 20.04.1997 г.).

Недостаток данного средства для стимуляции роста костной ткани заключается в том, что увлажненный материал не обладает пластичностью, не способен фиксироваться в костных полостях и не способен сохранить заданную форму, в связи с чем не обеспечивается даже минимальная защита от механических повреждений, необходимая вновь образующимся костным тканям.

Наиболее близким к заявленному материалу является цемент для замещения костных тканей, содержащий аморфный фосфат кальция, дополнительный источник кальция, выбранный из группы: оксид кальция, гидроксид кальция, карбонат кальция или фосфат кальция, и физиологический водный раствор (патент RU № 5782971, С04В 12/02, С01В 25/32, опубл. 21.07.1998 г.).

Недостаток данного цемента для замещения костных тканей заключается в достаточно широких вариациях составляющих его компонентов (его количественный состав) и в отсутствии указаний на количественное содержание компонентов, что приводит, по сути, к получению неопределенной гаммы различных материалов, обладающих, в конечном итоге, различным составом, характеристиками и структурой. Кроме того, данный цемент не обладает достаточной пластичностью.

В основу изобретения положена задача расширения арсенала биодеградируемых материалов для замещения костной ткани, которые после заполнения дефектов костной ткани в процессе отверждения образуют материал, являющийся аналогом неорганической составляющей натуральной кости и обладающий биосовместимостью, противовымываемыми свойствами, биоактивностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он постепенно замещается натуральной костной тканью, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты.

При этом техническим результатом является реализация этого назначения.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что биодеградируемый материал для замещения костной ткани на основе фосфатов кальция дополнительно содержит фосфат магния, гидрофосфат кальция, гидроокись кальция, в качестве фосфатов кальция - биологический гидроксиапатит при следующем соотношении компонентов, % мас.: гидроксиапатит - 50-52, фосфат магния - 30-32, гидрофосфат кальция - 8-10, гидроокись кальция - 4,8-5,3, альгинат натрия - остальное, а в качестве связующего - казеин в виде аммиачного раствора при соотношении порошковой массы биодеградируемого материала к аммиачному раствору казеина 1:1÷1,5.

Содержание в биодеградируемом материале фосфата магния, гидрофосфата кальция, альгината натрия, гидроокиси кальция, использование в качестве фосфатов кальция - биологического гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов, % мас.: гидроксиапатит - 50-52, фосфат магния - 30-32, гидрофосфат кальция - 8-10, гидроокись кальция - 4,8-5,3, альгинат натрия - остальное, а в качестве связующего - казеина в виде аммиачного раствора при соотношении порошковой массы биодеградируемого материала к аммиачному раствору казеина 1:1-1,5 обеспечивает при малом времени отверждения образование материала, являющегося аналогом неорганической составляющей натуральной кости и обладающего биосовместимостью, противовымываемыми свойствами, биоактивностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он постепенно замещается натуральной костной тканью, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты, при сокращении общей длительности хирургического вмешательства.

Получение биодеградируемого материала для замещения костной ткани осуществляется следующим образом.

Подготовка исходных компонентов включает в себя получение фракций порошков гидроксиапатита, фосфата магния, гидрофосфата кальция, гидроокиси кальция с размерами частиц до 40 мкм. Эта операция заключается в просеивании порошков через сита соответствующих размеров. Порошок фосфата магния готовится смешиванием оксида магния и 70% ортофосфорной кислоты в соотношении 1:1,18. Полученный фосфат магния измельчался в шаровой мельнице. Полученные фракции порошков смешиваются в шаровой мельнице в течение 180 минут. Реактивы, используемые для изготовления биодеградируемого материала, имеют марку «чда» или «хч». Далее смесь высушивается при температуре 180-250°С в течение 20-30 минут для удаления адсорбированной воды. Сушка наполнителя при температуре ниже 180°С приводит к более длительному времени обработки, а сушка при температуре выше 250°С нецелесообразна, поскольку не влияет на свойства материла. Далее к порошковой массе добавляется альгинат натрия, и полученная смесь еще раз перемешивается в шаровой мельнице в течение 30-40 минут. К полученной порошковой массе добавляется аммиачный раствор казеина в соотношении 1:1-1,5. Биодеградируемый материал схватывается через 1-2 минуты, а затвердевает через 10-12 минут. При добавлении казеина в соотношении меньше 1 порошок биодеградируемого материала не проявляет эластичных свойств и рассыпается. Добавление же казеина в соотношении более 1,5 приводит к потере пластичных свойств материала.

Используемый в качестве связующего казеин получается в результате взаимодействия обезжиренного молока с 10% лимонной кислотой при непрерывном помешивании; казеин осаждается в виде зерен. Температура осаждения 37°С; кислотность массы должна соответствовать рН 4,6-4,8. Кислоту добавляют в течение 8-10 мин. После осаждения выпавший осадок перемешивают 10-15 мин. Для лучшего уплотнения зерен промывают 3-4 раза дистиллированной водой при температуре 30°С. После промывки казеин-сырец содержит около 60% влаги. Перед сушкой эту воду удаляют прессованием. После прессования казеин измельчается. Измельченный казеин сушится при температуре 25-30°С в течение 15-20 часов. Далее для применения казеина в качестве связующего в биодеградируемом материале готовится 5-10% раствор аммиака для растворения казеина при следующих соотношениях компонентов: 1 вес.ч. казеина и 3 вес.ч. для 5% раствора аммиака; 1 вес.ч. казеина и 1,5 вес.ч. для 10% раствора аммиака. После растворения казеина и получения гомогенной вязкой массы далее добавляется 5% раствор гидрофосфата кальция, растворенного в 10% растворе ортофосфорной кислоты, в количестве 137,5 мл CaHPO₄ на 1 л растворенного казеина.

После изготовления порошок биодеградируемого материала для стерилизации помещают в пакет для стерилизации и запаивают. Затем подвергают облучению дозой 11 кГр.

При использовании образцов биодеградируемого материала указанного состава все твердые предварительно высушенные компоненты перемешивают в шаровой мельнице в течение 180 минут, кроме альгината натрия. Для формирования рабочей пасты непосредственно перед употреблением к полученному порошку добавляют аммиачный раствор казеина и перемешивают в течение 30 секунд, далее полученную смесь берут в руки, предварительно смочив перчатки дистиллированной водой или физиологическим раствором и мнут до получения пластичного состояния. Далее руками придается материалу необходимая форма, и он вводится в костную полость. Время схватывания составляет 1-2 минуты. Результаты испытаний показали, что в отличие от известных материалов предложенный биодеградируемый материал обладает полной биосовместимостью с костной тканью, биодеградируемостью, противовымываемыми свойствами и создает условия, исключающие необходимость пересадки костной ткани, а также предложенный биодеградируемый материал обеспечивает сокращение общей длительности хирургического вмешательства.

Биодеградируемый материал для замещения костной ткани на основе фосфатов кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фосфат магния, гидрофосфат кальция, альгинат натрия, гидроокись кальция, а в качестве фосфатов кальция - биологический гидроксиапатит при следующем соотношении компонентов, % мас.:

Гидроксиапатит	50-52
Фосфат магния	30-32
Гидрофосфат кальция	8-10
Гидроокись кальция	4,8-5,3
Альгинат натрия	остальное

при этом в качестве связующего содержит казеин в виде аммиачного раствора при соотношении порошковой массы биодеградируемого материала к аммиачному раствору казеина 1:1÷1,5.