Гибридная пористая конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов



Гибридная пористая конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов
Гибридная пористая конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов
Гибридная пористая конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов
Гибридная пористая конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов

 


Владельцы патента RU 2632785:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к медицине. Гибридная пористая многослойная конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов содержит пористый слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, также содержит сплошной слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена поверх пористого слоя с обеспечением прочной границы между слоями, конструкция повторяет особенности костной стенки в соответствии с характеристиками дефектного участка кости пациента, пористый слой имеет открытую пористость 50-90 об.% и связанную систему пор с диаметром 50-1000 мкм. Устройство предотвращает расслоение и отделение частиц при механическом деформировании конструкции, обладает ударопрочностью, износостойкостью.

 

Изобретение представляет собой гибридную многослойную конструкцию на основе биосовместимого сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержащую пористый слой, для изготовления протезов, скаффолдов и биоимплантатов, предназначенных для замещения костно-хрящевых дефектов человека и животных. Областью применения заявляемого изобретения являются медицина и ветеринария, в частности реконструктивная хирургия, ортопедия, онкология, трансплантология и травматология.

Известно изобретение (RU 2357702 Имплантат для замещения костных фрагментов), представляющее собой опорный каркас из проволочной сетки, проволоки которой имеют преимущественное направление, совпадающее с направлением максимальных нагрузок со стороны окружающей ткани, в приосевой области установлен скрепленный с опорным каркасом и элементом связи стержень из титана или титанового сплава, а элементы связи выполнены из пористой кальций-фосфатной керамики.

Недостатками данного изобретения несовпадение физико-механических характеристик костной ткани и предлагаемой конструкции (за счет применения стержней из титана, титанового сплава и керамических элементов связи жесткость и модуль Юнга заметно превышают таковые для костной ткани), что ухудшает иммобилизацию в кости, повышает риск повторных переломов, малигнизации и возникновения злокачественных новообразований в области контакта. Наличие металлических и керамических компонентов также не дает возможности обеспечивать индивидуальную подгонку формы и размеров конструкции в ходе операции, за счет разницы физических свойств делает непрочной границу между каркасом и элементами связи, что может привести к расслоению и отделению частиц при пролонгированной эксплуатации, предполагает невысокие характеристики пластичности при изгибе, ударопрочности и трещиностойкости конструкции. Разность в химическом составе и жесткости конструкции указанного имплантата ограничивает ее применение для замещения дефектов хрящевой ткани, покрывающей эпифизарные части костей.

Также известно изобретение (US 20080287990 A Elongated Surgical Repair Product Based on Uhmwpe Filaments), представляющее конструкцию из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена для использования в восстановительной хирургии.

Недостатком указанного изобретения является отсутствие пористой структуры, соответствующей костной ткани, что препятствует проникновению клеток реципиента в объем имплантата, а следовательно, формированию прочной костной мозоли в области контакта, фиксирующей имплантат в кости.

Прототипом заявляемого изобретения является медицинский пористый имплантат на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с малой объемной пористостью и узким диапазоном размеров пор (US 7781526 В2 «Medical implant or medical implant part comprising porous UHMWPE and process for producing the same»).

Недостатком упомянутого изобретения является низкая объемная пористость, менее 60%, и узкий диапазон размеров пор, что может негативно сказаться на скорости адгезии и колонизации клеток прилегающих тканей в области имплантации, отличающихся многообразием морфологии и размеров, замедляя скорость фиксации имплантата. для успешной регенерации определенных клеток требуются точные значения геометрических параметров. Из-за наличия сравнительно больших открытых пор такой имплантат нельзя применять для замещения хрящевых дефектов ввиду невозможности формирования им гладкой суставной поверхности на эпифизах костей, необходимой для оптимальной работы сустава. Кроме того, данный имплантат целиком выполнен из пористого материала, что не соответствует морфологическим особенностям костной стенки, внешний слой которой является компактным и несет основную механическую нагрузку.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании гибридной многослойной конструкции с пористым и сплошным слоем для замещения костно-хрящевых дефектов, характеризующаяся:

- биосовместимостью,

- высокой пластичностью при изгибе и сжатии,

- ударопрочностью и трешиностойкостью,

- показателем модуля Юнга, близким к таковому трабекулярной кости,

- возможностью индивидуальной тонкой подгонки формы и размеров в ходе операции в соответствии с характеристиками дефектного участка кости пациента,

- наличием одновременно сплошного слоя и пористого слоя, повторяющего структурные особенности морфологии костной стенки,

- наличием прочной границы между пористым и сплошным слоем, предотвращающем расслоение и отделение частиц при механическом деформировании конструкции.

Технический результат достигается следующим образом:

Гибридная пористая многослойная конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов содержит пористый слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Конструкция дополнительно содержит сплошной слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена поверх пористого слоя с обеспечением прочной границы между слоями, предотвращающей расслоение и отделение частиц при механическом деформировании конструкции, при этом конструкция повторяет особенности костной стенки в соответствии с характеристиками дефектного участка кости пациента, причем пористый слой имеет открытую пористость 50-90% об. и связанную систему пор с диаметром 50-1000 мкм.

Конструкция выполнена в форме, обеспечивающей ее конгруэнтность относительно замещаемого дефекта кости или хряща. Биосовместимость обеспечивается за счет химического состава, а именно выполнения конструкции из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, разрешенного для медицинского применения. Повторение структурных особенностей стенки кости обеспечивается чередованием слоев, а также наличием открытой пористости (% об.) от 50 до 90 и диаметром пор 50-1000 мкм.

Открытые и взаимосвязанные поры (более 50% об.) позволяют питательным веществам и молекулам проникать к внутренним частям конструкции, чтобы облегчить врастание клеток, вакскуляризацию, а также удаление отходов.

Прорастание костной ткани лучше всего происходит в пористых структурах с размерами пор 450 мкм, тогда как соединительная ткань лучше растет в порах размером менее 100 мкм, а сосудистая ткань идеально прикрепляется и растет в порах размером порядка 1000 мкм. Следовательно, широкий диапазон пор 50-1000 мкм нужно создавать для обеспечения возможности прорастания различных типов тканей в костно-хрящевом дефекте и прохождения васкуляризации.

Механические характеристики, необходимые для выполнения конструкцией опорной функции обеспечиваются за счет наличия гибридной многослойной конструкции с прочно связанными между собой слоями с пределом прочности при сжатии более 70 МПа, модулем Юнга более 0.7 ГПа и отсутствием расслоения, разрушения и отделения частиц полимера до 40% деформации конструкции при сжатии. Пластичность, повышенная ударопрочность с одновременной возможностью индивидуальной подгонки режущим инструментом в ходе операции обеспечиваются за счет выполнения конструкции с ударной вязкостью более 50 кДж/м2 из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Возможность промышленной применимости предлагаемой конструкции и ее использования в медицине подтверждается следующим примером реализации.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан пример микрофотографии, полученной методом сканирующей электронной микроскопии, демонстрирующей границу между пористым и сплошным слоем без видимых дефектов и трещин и с полным сплавлением частиц сверхвысокомолекулярного полиэтилена. По микрофотографии можно также судить о пористой структуре конструкции. На фиг. 2 показан пример выполнения гибридных многослойных пористых конструкций в виде изделий различной формы: пластины, цилиндры, цилиндр в разрезе. На фиг. 3 продемонстрирована высокая пластичность гибридной пористой конструкции, выполненной в форме пластины, при сжатии. Демонстрируется срез конструкции с участками растяжения и сжатия. Отсутствуют растрескивание конструкции, расслоение и разрушение. На фиг. 4 показан пример диаграммы деформации гибридной многослойной пористой конструкции при сжатии. Наблюдается предел прочности 80 МПа при деформации более 40%.

Пример 1.

В качестве исходного материала использовался порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена производства Ticona, Celanese. Сформирована гибридная пористая многослойная конструкция цилиндрической формы высотой 20 мм и диаметром 10 мм, состоящая из пористого и сплошного слоя, со средним диаметром пор 50 мкм. Объемная пористость - 85% об. Предел прочности на сжатие - 90 МПа, модуль Юнга при сжатии - 1.0 ГПа, отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера до 45% деформации конструкции при сжатии. При изгибе под 45° - отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера. Ударная вязкость по Шарпи без надреза 65 кДж/м2.

Пример 2.

В качестве исходного материала использовался порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки производства Ticona, Celanese. Сформирована гибридная пористая многослойная конструкция, состоящая из пористого и сплошного слоя, со средним диаметром пор 1000 мкм. Объемная пористость - 50% об. Предел прочности на сжатие - 70 МПа, модуль Юнга при сжатии - 0.71 ГПа, отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера до 42% деформации конструкции при сжатии. При изгибе под 45° - отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера. Ударная вязкость по Шарпи без надреза 53 кДж/м2. При ортотопической имплантации заявляемой конструкции цилиндрической формы лабораторным животным (крысы линии Вистар, самцы, m=200±11 г) в искусственно сформированный дефект большеберцовой кости на 30 дней было установлено сохранение опорной функции конечностей животного за счет оптимальных механических характеристик имплантированной конструкции, отсутствие признаков воспаления или отторжения за счет ее биосовместимости. Сохранение исходной микроструктуры полиэтилена конструкции с колонизацией клетками крысы губчатого слоя, обеспечившей плотную фиксацию в кости реципиента, были установлены при гистологическом анализе извлеченного образца, что доказывает как хорошие эксплуатационные качества конструкции (пластичность при изгибе и сжатии, ударопрочность и трещиностойкость), обусловленные описанными в примере выше механическими характеристиками, так и оптимально подобранный размер и характер пор губчатого слоя.

Гибридная пористая многослойная конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов, содержащая пористый слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, отличающаяся тем, что конструкция дополнительно содержит сплошной слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена поверх пористого слоя с обеспечением прочной границы между слоями, предотвращающей расслоение и отделение частиц при механическом деформировании конструкции, при этом конструкция повторяет особенности костной стенки в соответствии с характеристиками дефектного участка кости пациента, причем пористый слой имеет открытую пористость 50-90 об.% и связанную систему пор с диаметром 50-1000 мкм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии, ортопедии и общей хирургии. Ортопедический имплантат из титана и нержавеющей стали с антиадгезивным антимикробным покрытием, выполненный из титана и нержавеющей стали в виде внутрикостного имплантата для крупных и мелких суставов, а также в виде элементов крепления позвоночника и длинных костей скелета пациента.

Изобретение относится к медицине и может бы использовано для формирования нанокомпозитного покрытия имплантата связки коленного сустава. Для этого проводят следующие стадии: 1) подготавливают поверхность заготовки имплантата путем обезвоживания поверхности имплантата, с промывкой дистиллированной водой в ультразвуковой ванне; 2) изготавливают вспомогательное вещество, представляющее собой водную дисперсию белков и углеродных нанотрубок, при следующем количественном соотношении компонент (в мас.

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии, и может быть использовано для замещения обширных пострезекционных дефектов нижней челюсти. Эндопротез нижней челюсти для замещения объемного костного дефекта нижней челюсти изготавливают индивидуально по анатомо-топографическим показателям из никелида титана.

Группа изобретений относится к медицине. Способ оптимизации геометрической формы бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, причем бедренная ножка содержит шейку и соединенный с шейкой фиксирующий клин, сужающийся к дистальному концу и имеющий латеральную узкую сторону, включающую в себя дистальный прямой участок и проксимальный изогнутый участок, соответствующий кривой, причем переход между указанными дистальным прямым участком и проксимальным изогнутым участком происходит во внешней латеральной точке по первому варианту, заключается в том, что предусмотрена оптимизация профиля кривой указанного проксимального изогнутого участка в процессе выполнения шагов итерационного моделирования с использованием набора кривых, каждая из которых определяется траекторией, очерчиваемой внешней латеральной точкой клина при извлечении профиля ножки из полости, форма которой комплементарна форме ножки.

Изобретение относится к медицине и биотехнологии. Описан биотрансплантат, выполненный из биосовместимого волокнистого материала в виде пластины, изготовленной с помощью электроспиннинга из растворов синтетических полимеров или их смеси с природными полимерами, с толщиной 50÷500 мкм, имеющей поры с диаметром 5÷40 мкм.

Изобретение относится к медицине и ветеринарии. Имплантируемое смазочное устройство для смазки сустава пациента, являющегося человеком или млекопитающим, путем добавления и циркуляции смазочной текучей среды, содержит резервуар, устройство соединения для текучей среды и насос.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к устройству для лечения сустава человека или животного, причем указанный сустав имеет две суставные поверхности, содержит два суставных элемента и временно устанавливаемый соединительный элемент.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии и травматологии, и может быть использовано для изготовления внутрикостных эндопротезов на титановой основе.

Изобретение относится к способу получения устойчивого к окислению перекрестно сшитого сверхвысокомолекулярного полиэтилена и применение в искусственных частях тела, включая медицинский протез, содержащий или изготовленный из одного или более чем одного такого полимера.
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для профилактики послеоперационных осложнений эндопротезирования сустава.

Группа изобретений относится к медицине. Способ остеоинтеграции имплантата с компрессионной нагрузкой на протезируемую кость заключается в установке имплантата, на который устанавливают устройство для регулирования компрессии, закрепляют его в ортезе и осуществляют сжимающую нагрузку на кость.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к покрытиям имплантатов на основе титана и его сплавов и способам их получения, и может быть использовано в ортопедической стоматологии.

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии и ортопедии, и предназначено для стерилизации костного имплантата. Для стерилизации костного имплантата осуществляют начальную обработку образцов озоно-воздушной смесью и повторную аналогичную обработку озоно-воздушной смесью перед хранением образцов.

Изобретение относится к медицине. Устройство для реконструкции костей таза включает пространственную конструкцию, состоящую из балок, предназначенных для расположения в направлении между соединяемыми опилами костей таза, винтов для соединения с костью и по меньшей мере пары дополнительных балок, одна из которых предназначена для фиксации по меньшей мере к одному костному опилу с ориентацией по меньшей мере вдоль него, а другая предназначена для фиксации по меньшей мере к смежному костному опилу с ориентацией по меньшей мере вдоль него.

Изобретение относится к медицине, конкретно к области композиционных материалов для изготовления эндопротезов. Композиционный материал для замещения костной ткани содержит пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема при общем количестве волокна 20…80% и материал-наполнитель, состоящий из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор.

Изобретение относится к области фармацевтики и представляет собой способ формирования биорезорбируемой полимерной клеточной матрицы для регенерации ткани, заключающийся в том, что изготавливают литографией комплект двумерных матриц в виде пленки полимера с поверхностными массивами микро- и нанообъектов, которые для каждой двумерной матрицы выполняют с индивидуальной архитектурой, системностью и взаимосвязанностью расположения в архитектуре микро- и нанообъектов, с возможностью задания структуры костной ткани, подлежащей формированию, с учетом ее биологических функций, с возможностью обеспечения механической поддержки, управления процессами дифференцировки и пролиферации клеток, затем двумерные матрицы собирают в каркас-носитель для клеточных культур и биологических агентов, ориентируя их друг относительно друга с возможностью задания структуры костной ткани и фиксируя в стопку, отличающийся тем, что сборку осуществляют в жидкой среде, отверждаемой при фотоэкспонировании в биорезорбируемый полимер, двумерные матрицы последовательно устанавливают друг относительно друга с зазором, в котором в процессе последовательной установки посредством проекционной трехмерной печати с использованием цифрового проектора получают слои биорезорбируемого полимера, содержащие массивы микрообъектов с индивидуальной архитектурой, системностью и взаимосвязанностью расположения их в архитектуре возможностью задания внешней формы и внутренней трехмерной структуры матрицы, согласно трехмерной компьютерной модели кости, с возможностью обеспечения механической поддержки, управления процессами дифференцировки и пролиферации клеток в ортогональном направлении относительно поверхности двумерных матриц.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано при корригирующей остеотомии бедренной, большеберцовой кости и костей стопы.
Группа изобретений относится к медицине. Описан композиционный углеродный наноматериал для замещения костных дефектов, включающий пироуглеродную матрицу и волокнистую армирующую основу, выполненную в виде каркаса из стержней, содержащих углеродные волокна, ориентированные вдоль оси стержней, и содержащего вертикально установленные стержни и горизонтальные слои, каждый из которых образован параллельно ориентированными стержнями, а стержни каждого слоя ориентированы относительно стержней предыдущего и последующего слоя под углом 60°, при этом средний размер графитоподобных фрагментов в структуре материала менее 30 нм, Описан также способ получения материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси стержней, при этом материал имплантата имеет модуль упругости не более 15 ГПа, открытая пористость материала не менее 5% об., а средний размер графитоподобных фрагментов в структуре материала не превышает 30 нм.

Изобретение относится к медицине и раскрывает биоактивный композиционный материал для замещения костных дефектов, а также способ получения такого материала. Композиционный материал обладает повышенной биосовместимостью с костной тканью, обеспечивает более качественную замену дефектов сложной формы, что достигается путем изготовления указанного материала в виде цементной жидкости, содержащей воду, фосфат магния, оксид магния, оксид цинка и дигидрофосфат натрия, и реакционно-твердеющего порошка, содержащего гидроксиапатит, трикальцийфосфат и брушит, при соответствующем соотношении компонентов.
Наверх