Биоактивная полимерная нить для осуществления послойной 3d-печати

Изобретение относится к композиционному материалу, выполненному в форме нити, на основе термопластичного полимера с добавлением биоактивного керамического компонента и может быть использовано для осуществления 3D-печати биорезорбируемых конструкций медицинского назначения методом наплавления нитей (Fused Filament Fabrication, FFF). Предложенный композиционный материал в виде биоактивной полимерной нити содержит полилактид и гидроксиапатит при следующем соотношении компонентов, масс.%: полилактид - 55-80, гидроксиапатит - 20-45. При этом размер частиц гидроксиапатита находится в диапазоне от 200 до 1000 нм, а диаметр биоактивной полимерной нити составляет 1,7 мм. Изобретение обеспечивает возможность формирования биорезорбируемых конструкций медицинского назначения с повышенной остеокондуктивностью методом послойной 3D-печати при повышении точности послойного наплавления нити при формировании изделий из нее. Эксплуатация изделий, выполненных из указанной нити, возможна до температуры 60°C без изменения функциональных характеристик. 7 ил., 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к композиционному материалу, выполненному в форме нити, на основе термопластичного полимера с добавлением биоактивного керамического компонента и может быть использовано для осуществления 3D-печати методом наплавления нитей (Fused Filament Fabrication, FFF).

Известно изобретение (US 5110852 A «Filament material polylactide mixtures»), представляющее собой нить, полученную путем формования при комнатной температуре. В качестве основы используется L-лактид, ПЛМК и/или поли (DL-лактид) в концентрации в диапазоне 5-70% по массе в присутствии полиуретана.

Недостатком является то, что подобные нити не содержат биоактивного компонента - кальций-фосфатной керамики, который мог обладать бы способностью поставлять минеральные частицы для костных клеток.

Прототипом является изобретение (US 3797499 A «Polylactide fabric graphs for surgical implantation»), представляющее собой нить, которая может быть получена экструзией полилактида, в том числе сополимерами L-лактида с добавкой до 35 мольных процентов гликолида. Полимер характеризуется характеристической вязкостью по меньшей мере 1,0. Нити имеют прочность на разрыв от 25 000 p.s.i до 100 000 p.s.i.

В предлагаемом изобретении композиционный материал имеет в качестве полимерной матрицы биорезорбируемый полилактид (ПЛА, PLA), а в качестве биоактивного наполнителя - дисперсный гидроксиапатит со средним размером частиц от 10 до 1000 нм с увеличенной адгезией к полимерной матрице. Степень наполнения гидроксиапатитом - от 10 до 45 масс. %. Модуль Юнга на растяжение полученной таким способом биоактивной полимерной нити составляет более 3 ГПа. Температура плавления полимерной нити лежит в диапазоне 145-160°С. Расплав материала имеет повышенную вязкость при температуре выше температуры плавления ПЛА для обеспечения повышения точности послойного наплавления нити при формировании изделий из нее. Эксплуатация изделий, выполненных из указанной нити, возможна до температуры 60°С без изменения функциональных характеристик.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании биоактивной полимерной нити, которую можно использовать для формирования биорезорбируемых конструкций медицинского назначения с повышенной остеокондуктивностью методом послойной 3D-печати, обладающей

- увеличенной адгезией наполнителя к полимерной матрице за счет биоактивного наполнителя в количестве до 45% масс., обладающего составом и структурным сходством с костной тканью,

- увеличенной вязкостью расплава относительно чистого полилактида,

- повышенной биоактивностью относительно чистого полилактида,

- повышенной адгезией клеток к поверхности относительно чистого полилактида,

- более высокой гидрофильностью по сравнению с чистым полилактидом за счет использования частиц средним размером биоактивного наполнителя от 200 до 1000 нм,

- способностью к осуществлению регенерационного подхода при имплантировании конструкций, выполненных из такого материала,

- способностью поставлять минеральные частицы для костных клеток,

- температурой эксплуатации без изменения функциональных характеристик до 60°С,

- высокими механическими свойствами на растяжение: предел прочности более 55 МПа,

- модулем Юнга, близким к модулю упругости трабекулярной или губчатой кости: более 3 ГПа.

Технический результат достигается следующим образом: формируется биоактивная полимерная нить на основе биорезорбируемого полилактида и гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов: полилактид - от 55 до 80% масс., гидроксиапатит - от 20 до 45% масс., и размере частиц гидроксиапатита от 200 до 1000 нм. В предлагаемом материале повышение указанных характеристик достигается за счет введения в полимерную матрицы ультрадисперсного порошка гидроксиапатита, обеспечивающего остеоинтегративные характеристики материалу при его использовании в качестве основы имплантата, созданного методом 3D-печати.

Возможность промышленной применимости предлагаемого материала и его использования для 3D-печати в медицине подтверждается следующим примером реализации.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид биоактивной полимерной нити. На фиг. 2 показан пример микрофотографии поверхности скола нити полилактид/гидроксиапатит при содержании гидроксиапатита 25% масс. По микрофотографии можно судить о структуре без видимых пор и несплошностей. На фиг. 3 показан пример микрофотографии поверхности скола полимерной нити с диаметром 1.7 мм, пригодной для использования в 3D-печати. На фиг. 4 показан пример диаграммы деформации биоактивной полимерной нити с содержанием гидроксиапатита 10, 15, 25, 30% масс. Предел прочности биоактивной полимерной нити с гидроксиапатитом более 57 МПа. На фиг. 5 показан пример кривых ДСК для биоактивной полимерной нити с содержанием гидроксиапатита 25% масс. (1 нагрев, охлаждение, 2 нагрев). Первое фазовое превращение происходит при температуре стеклования материала - 62.8°С, т.е. эксплуатация нити без изменения функциональных характеристик возможна до 60°С. На фиг. 6 показан морфологический анализ гистологического препарата тканей мыши, прилегавших к образцу из биоактивной полимерной нити полилактид/гидроксиапатит, через 2 месяца после имплантации при увеличении ×200 и ×1000. Демонстрируется интеграция образца с тканями организма после имплантации и прорастание функциональных кровеносных сосудов. На фиг. 7 показана краевая адгезия и колонизация мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) мышей поверхности образцов из биоактивной полимерной нити полилактид/гидроксиапатит после коинкубации в течение 10 суток с клетками в лунках планшета, содержащих 5 мл суспензии ММСК при 37°С и 5% CO2: А) прижизненная микроскопия ММСК, адгезированных к поверхности образца; Б) окраска по Романовскому, увеличение 200; В) окраска anti-mouse CD105-FITC, увеличение 100. Концентрация клеток в исходной суспензии - 5×105 клеток в 1 мл.

Результаты расчета индекса жизнеспособности и биологического отклика ММСК мышей свидетельствуют о пролиферации клеток на поверхности образцов из биоактивной полимерной нити полилактид/гидроксиапатит: в сравнении с интактным контролем в лунках с экспериментальными образцами наблюдали увеличение индекса жизнеспособности культуры на 11,8±4,8%. Биологический отклик оценивали по изменению индекса жизнеспособности клеточной культуры ММСК после длительного контакта с испытуемыми образцами (10 суток) в сравнении с интактным контролем (клетки инкубировали без образцов). Количественную оценку индекса жизнеспособности осуществляли с использованием МТТ-колориметрического цитотоксического теста, основанного на способности дегидрогеназ живых клеток восстанавливать 3-(4,5-Dimethyl-2-Thiazyl)-2,5-Diphenyl-2H-Tetrazolium Bromide (МТТ) до фиолетовых кристаллов формазана, растворимых в диметилсульфоксиде (ДМСО). Оптическое поглощение окрашенных растворов диметилсульфоксида измеряют на фотометре (планшетном ридере) при λ=540 нм.

Пример 1

В качестве исходных материалов использовался полилактид марки Ingeo 4032D (производства Natureworks LLC, USA), порошок гидроксиапатита ГАП 85-УД (производства НПО «Полистом») со средним размером частиц 1000 нм. Сформирована биоактивная полимерная нить диаметром 1.7 мм с содержанием гидроксиапатита 45% масс., равномерно распределенного по объему матрицы полилактида. Температура стеклования нити - 61°С, предел прочности на растяжение - 63 МПа, модуль Юнга при растяжении - 3.4 ГПа.

Биоактивная полимерная нить обладает биосовместимостью и не угнетает рост клеток, инкубированных на их поверхности, биологический отклик ММСК равен 11,8±4,8% и носит пролиферативный характер; обладает цитокодуктивностью, поскольку способствует активной адгезии ММСК мышей, обеспечивающей их последующую колонизацию.

Пример 2

В качестве исходных материалов использовался полилактид марки Ingeo 4032D (производства Natureworks LLC, USA), порошок гидроксиапатита НА Lot 72490 (производства Sigma-Aldrich) со средним размером частиц 200 нм. Сформирована биоактивная полимерная нить диаметром 1.7 мм с содержанием гидроксиапатита 20% масс., равномерно распределенного по объему матрицы полилактида. Температура стеклования нити - 62°С, предел прочности на растяжение - 66 МПа, модуль Юнга при растяжении - 4.1 ГПа.

Биоактивная полимерная нить обладает биосовместимостью и не угнетает рост клеток, инкубированных на их поверхности, биологический отклик ММСК равен 14,3±3,9% и носит пролиферативный характер; обладает цитокодуктивностью, поскольку способствует активной адгезии ММСК мышей, обеспечивающей их последующую колонизацию.

Биоактивная полимерная нить для формирования методом послойной 3D-печати биорезорбируемых конструкций медицинского назначения на основе биорезорбируемого полилактида и гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов, масс. %:

полилактид - 55-80,

гидроксиапатит - 20-45,

при этом размер частиц гидроксиапатита находится в диапазоне от 200 до 1000 нм, при этом диаметр биоактивной полимерной нити 1,7 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, хирургии. Закрывают дефект тазового дна после экстралеваторной брюшно-промежностной экстирпации прямой кишки.

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам получения материала для тканеинженерных конструкций, состоящих из волокон биорезорбируемых полиэфиров, полученных методом электроформования из растворов вышеуказанных полимеров для получения биологически активных материалов, резорбируемых в теле человека, которые могут найти применение для получения тканеинженерных конструкций различных конфигураций, имитирующих внеклеточный матрикс, обладающих контролируемой биорезорбцией, применяемых для создания различных имплантатов, в том числе, биорезорбируемых протезов кровеносных сосудов, а также противоспаечных материалов и раневых покрытий.

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.

Изобретение относится к медицине и касается способа лечения пациента, страдающего дегенеративным костным заболеванием, которое может быть охарактеризовано потерей минеральной плотности костей (BMD), при этом дегенеративное костное заболевание представляет собой остеопению или остеопороз, включающего: образование пустоты в локализованном участке неповрежденной кости у пациента, у которого было диагностировано дегенеративное костное заболевание, с помощью очистки дегенерированного костного материала и, необязательно, удаления части дегенерированного костного материала локализованного участка кости, являющейся неповрежденной до этапа образования пустоты; и по меньшей мере частичное заполнение образованной пустоты материалом для регенерации костей, содержащим сульфат кальция, способным быть резорбируемым и вызывать формирование костной ткани, обеспечивающим образование нового недегенерированного костного материала по всему объему по меньшей мере части пустоты, которая заполнена материалом для регенерации костей, при этом материал для регенерации костей является текучим при заполнении образованной пустоты.

Группа изобретений относится к области медицины. Описан способ, который включает растворение исходного синтетического полимера и белка в гексафторизопропаноле, смешивание раствора полимера с раствором белка в соотношении полимер : белок, равном (7-9):(1-3), при этом согласно первому варианту на первом этапе электроспиннинга на электрод-коллектор наносят 1,0-10,0% от требуемого объема раствора полученной композиции, затем сформированный внутренний слой протеза пропитывают раствором белка в концентрации 1,0-5,0%, а на втором этапе на сформированный внутренний слой наносят оставшиеся 90-99% раствора композиции и формируют внешний слой протеза.

Изобретение относится к медицине и представляет собой биорезорбируемую полимерную клеточную матрицу для тканеинженерии. Матрица содержит каркас-носитель для клеточных культур и биологических агентов.

Изобретение относится к медицине. Описано имплантируемое медицинское устройство, которое содержит корпус, имеющий внешнюю поверхность, образующую внешний профиль устройства.

Изобретение относится к медицине. Описаны биоматериалы, полученные смешиванием автопоперечносшитого производного гиалуроновой кислоты (ACP) с производным (HBC) гиалуроновой кислоты, поперечносшитым с простым диглицидиловым эфиром 1,4-бутандиола (BDDE), в массовом соотношении от 10:90 до 90:10, в качестве новых наполнителей.

Изобретение относится к медицине. Описаны новые усиленные биоразлагаемые каркасы для регенерации мягких тканей, а также описаны способы поддержки, наращивания и регенерации живой ткани, где усиленный биоразлагаемый каркас применяют для лечения симптомов, где требуется повышенная прочность и устойчивость помимо необходимости регенерации живой ткани пациента.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедии, травматологии и трансплантологии, и предназначено для изготовления протезов, скаффолдов и биоимплантатов для замещения костно-хрящевых дефектов.

Изобретение относится к композиционным материалам медицинского назначения и может быть использовано при изготовлении костных имплантатов. Полимерный композит с памятью формы состоит из «жесткой» и «мягкой» фаз.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения композиционного скэффолда для восстановления дефектов костной ткани, который заключается в том, что синтезируют полимерный раствор с концентрацией 9 мас.

Изобретение относится к области медицины, а именно к абдоминальной хирургии. Стент для стентирования панкреатических протоков сформирован из термопластичного полимерного материала в виде изогнутых, имеющих боковые фиксаторы, трубчатых отрезков с наружным диаметром от 1,0 до 4,0 мм и длиной от 30 до 180 мм, снабженных отверстиями для сбора и проведения панкреатического секрета при установке стента в поджелудочную железу.

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам получения материала для тканеинженерных конструкций, состоящих из волокон биорезорбируемых полиэфиров, полученных методом электроформования из растворов вышеуказанных полимеров для получения биологически активных материалов, резорбируемых в теле человека, которые могут найти применение для получения тканеинженерных конструкций различных конфигураций, имитирующих внеклеточный матрикс, обладающих контролируемой биорезорбцией, применяемых для создания различных имплантатов, в том числе, биорезорбируемых протезов кровеносных сосудов, а также противоспаечных материалов и раневых покрытий.

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 области медицины, а именно к офтальмологии, и предназначена для доставки лекарственных веществ к структурам заднего сегмента глаза. Для получения биодеградируемого имплантата экструдируют водные растворы полимеров и/или сополимеров гликозаминогликанов, молочной кислоты и поливинилпирролидона с формированием затравок - "сухих" эллипсоидов вращения, высушивают и сшивают гамма-излучением.

Изобретение относится к медицине и ветеринарии, а именно к трансплантологии, травматологии, хирургии, онкологии, и касается протезов, предназначенных для замещения сегментарных дефектов трахеи человека и животных.

Изобретение относится к области химии, а именно к созданию композиций высокомолекулярных соединений, и может быть использовано в медицине для изготовления имплантатов, в том числе винтов, пластин и зубных имплантатов.

Изобретение относится к медицине. Стент изготавливают из термопластичного полимерного материала - полиэфирблокамида в виде изогнутых, имеющих боковые фиксаторы трубчатых отрезков с наружным диаметром от 1,0 до 4,0 мм и длиной от 30 до 180 мм, снабженных отверстиями для сбора и проведения панкреатического секрета при установке в поджелудочную железу.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий синтез кремнийзамещенного гидроксиапатита методом осаждения из водного раствора реагентов, содержащих ортофосфорную кислоту, гидроксид кальция и тетраэтилортосиликат, отстаивание, выделение осадка, высушивание и термообработку осадка, отличающийся тем, что термообработку осадка ведут при температуре 200-250°С в течение 2-3 часов, затем его охлаждают в течение 1-2 часов, размалывают в течение 15 мин и производят фракционирование до 90 мкм.

Изобретение относится к композиционному материалу, выполненному в форме нити, на основе термопластичного полимера с добавлением биоактивного керамического компонента и может быть использовано для осуществления 3D-печати биорезорбируемых конструкций медицинского назначения методом наплавления нитей. Предложенный композиционный материал в виде биоактивной полимерной нити содержит полилактид и гидроксиапатит при следующем соотношении компонентов, масс.: полилактид - 55-80, гидроксиапатит - 20-45. При этом размер частиц гидроксиапатита находится в диапазоне от 200 до 1000 нм, а диаметр биоактивной полимерной нити составляет 1,7 мм. Изобретение обеспечивает возможность формирования биорезорбируемых конструкций медицинского назначения с повышенной остеокондуктивностью методом послойной 3D-печати при повышении точности послойного наплавления нити при формировании изделий из нее. Эксплуатация изделий, выполненных из указанной нити, возможна до температуры 60°C без изменения функциональных характеристик. 7 ил., 1 табл., 2 пр.

Наверх