Способ получения костно-пластического материала

Изобретение относится к области медицины и раскрывает cпособ получения костно-пластического материала. Способ характеризуется тем, что кость очищают, распиливают на фрагменты с размером частиц 0,5-1,5 см, промывают водой, проводят делипидизацию, депротеинизацию, измельчение костных фрагментов и соединение полученной костной массы при температуре 38-40°C с коллагенсодержащим раствором в виде раствора химически чистого желатина, приготовленного на консервирующем растворе с добавлением антибактериального препарата, и стерилизацию. Изобретение может быть использовано для получения биоактивного костно-пластического материала для замещения значительных костных дефектов на основе составляющих биологического происхождения, пластичной консистенции, обладающего остеогенными свойствами, с местным антибактериальным эффектом. 1 пр.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к заготовке и консервации костной ткани, и может быть применено в работе "костных банков" для обеспечения костно-пластическим материалом учреждений здравоохранения.

Известен способ получения костного трансплантата (Э.А. Рамих, В.Т. Подорожная, Ю.В. Этитейн Авторское свидетельство СССР 1724206). Однако использование депротеинизированной губчатой кости (ДПГК), которая является карбонатгидроксилапатитом биологического происхождения, не всегда удобно, вследствие стабильной формы, сложностей ее моделирования, что приводит к повышению возможности прорезывания трансплантата через мягкие ткани и вероятности неполного заполнения костного дефекта. Период формирования регенерата достаточно продолжительный за счет отсутствия коллагеновой добавки (для стимуляции остеогенеза).

Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления биоактивного костно-пластического материала "депротекс" по патенту РФ №2232585 (МПК A61K 35/32, A61F 2/28, A61L 27/00, A61L 27/54, А61Р 19/00, опубл. 20.07.2004). В данном способе депротеинизированную кость после промывки стерильной дистиллированной водой измельчают до размера частиц 0,1-0,5 мм, полученную депротеинизированную костную муку соединяют при температуре 38-40°C с 9% раствором желатина, приготовленным на консервирующем растворе с добавлением антибактериального препарата, консервируют при температуре -20°C и стерилизуют. Антибактериальный препарат, например рефлин, добавляют в дозе соответствующей оптимальной местной антибактериальной.

По аминокислотному составу желатин относится к неполноценным белкам и содержит много остатков глицина, пролина, оксипролина, аланина (т.е. веществ, которые принимают участие в построении новой кости), что снижает риск возникновения иммунологических реакций. Использование материала «депротекс» позволяет повысить конечные результаты костно-пластических операций, оптимизировать процессы репарации и восстановить костную структуру, поврежденную патологическим процессом. Преимущественная область применения костно-пластического материала по патенту РФ №2232585 - замещение незначительных по объему костных дефектов, например, в стоматологии.

К недостаткам способа по патенту №2232585 следует отнести невозможность его использования при проведении костно-пластических операций на больших костных дефектах, например, в ортопедии и травматологии, онкологии. Это обусловлено использованием депротеинизированной костной муки, частицы которой могут вымываться потоками крови из значительных по объему костных дефектов. Кроме того, мелкие частицы костной муки не обеспечивают высоких прочностных свойств, необходимых при замещении больших костных дефектов.

Задача (технический результат) изобретения - получение биоактивного костно-пластического материала для замещения значительных костных дефектов на основе составляющих биологического происхождения, пластичной консистенции, обладающего остеогенными свойствами, с местным антибактериальным эффектом.

Поставленная задача решается тем, что для получения костно-пластического материала (КПМ) осуществляют очистку кости, распилку на фрагменты, промывку водой, делипидизацию, депротеинизацию, измельчение костных фрагментов и соединение полученной костной массы при температуре 38-40°C с коллагенсодержащим раствором в виде раствора химически чистого желатина, приготовленного на консервирующем растворе с добавлением антибактериального препарата, и стерилизацию. Согласно изобретению костные фрагменты измельчают до размера частиц 0,5-1,5 см, соединение костной массы с коллагенсодержащим раствором осуществляют путем равномерного перемешивания с 20-30%-ным раствором химически чистого желатина, после чего полученную костную массу соединяют с 30-35%-ным раствором химически чистого желатина, а затем костную массу формируют, подвергают лиофилизации и стерилизуют.

Измельчение костных фрагментов до размера частиц 0,5-1,5 см позволяет получить высокие прочностные свойства полученного материала и обеспечивает надежное удерживание материала внутри большого костного дефекта.

Использование 30-35% раствора химически чистого желатина предназначено для надежного скрепления крупных частиц костной ткани, что также обеспечивает его удерживание внутри костного дефекта. А предварительное равномерное перемешивание с 20-30%-ным раствором желатина обеспечивает гарантированную связь всех участков костных частиц с желатином.

Лиофилизация костной массы придает конечному материалу гидрофильность. После пропитывания полученного гидрофильного материала, например, кровью пациента или донора он становится пластичным, что позволяет моделировать его в соответствии с объемом и конфигурацией костного дефекта. Это обеспечивает максимальное заполнение всего объема костного дефекта и, следовательно, надежное удержание костно-пластического материала внутри дефекта.

Способ осуществляют следующим образом.

Кости очищают, распиливают на фрагменты и промывают водой. Осуществляют делипидизацию и депротеинизацию фрагментов кости. Измельчают костные фрагменты до размера частиц 0,5-1,5 см и путем равномерного перемешивания соединяют полученную костную массу при температуре 38-40°C с коллагенсодержащим 20-30%-ным раствором химически чистого желатина, приготовленным на консервирующем растворе с добавлением антибактериального препарата. После чего полученную костную массу соединяют с 30-35%-ным раствором химически чистого желатина, а затем костную массу формируют, подвергают лиофилизации и стерилизуют.

Пример конкретного осуществления заявляемого способа. Аллогенные или ксеногенные фрагменты головок и мыщелков бедер (эпифизмы длинных трубчатых костей) освобождают от мягких тканей и распиливают на фрагменты размером 3×2×1 см. В течение 4 часов подвергают механической очистке путем промывания холодной проточной водой, очищенной, например, через фильтр «Аквафор». Материал заливают 10% раствором перекиси водорода и помещают в термостат при 37°C на 24-48 часов со сменой раствора 2-3 раза. Отсутствие элементов костного мозга свидетельствует о полной депротеинизации костной ткани, что определяется макроскопически. Далее материал промывают в холодной проточной воде и помещают в раствор спирт-эфира в соотношении 1:1 на 6 часов, меняя реактивы каждые 2 часа, при комнатной температуре, высушивают в стерильном боксе под вентилятором 15 мин. Помещают под вентилятор на 4-6 часов в стерильном боксе. Затем с помощью костных кусачек измельчают до размеров частиц 0,5-1,5 см.

В термостойкую колбу, содержащую 0,9% раствор NaCl, вносят химически чистый желатин из расчета, чтобы получился 20-30% раствор. Колбу помещают на водяную баню и нагревают до температуры 38-40°C для полного расплавления желатина. Во время нагревания необходимо производить периодическое перемешивание содержимого колбы путем взбалтывания.

Аналогично готовят 30-35% раствор химически чистого желатина.

Раствор желатина охлаждают и смешивают с антибиотиком, например рефлином, в соотношении 0,5 мг на 10 мл 20-30% раствора. Соединяют костный материал с 20-30% раствором желатина и равномерно перемешивают. Полученную массу соединяют с 30-35% раствором желатина и снова перемешивают, охлаждают до комнатной температуры. Фасуют по 0,25 и 0,5 г. Полученную костную массу формируют, например в чашках Петри с диаметром 50 мм, размещают в морозильной камере при температуре 40°С на 2 суток с целью лиофилизации нижней поверхности конгломерата, затем упаковывают и осуществляют стерилизацию, например, газообразной окисью этилена или потоком быстрых электронов β-лучей.

Результаты экспериментального исследования предлагаемого костно-пластического материла.

В условиях in vitro с целью имитации выполнения импакционной костной пластики было произведено моделирование заполнения ацетабулярной впадины (в качестве последней выступала чаша эндопротеза тазобедренного сустава) костно-пластическим материалом, с последующей его импакцией в чаше и обработкой фрезой до гомогенной структуры, равномерно покрывающей внутренний контур чаши.

Для этого два исследуемых образца заявляемого костно-пластического материала были обработаны донорской кровью в количестве 20 мл (политы сверху, с целью смачивания и улучшения упругоэластических свойств, время экспозиции составило 2 минуты). Это привело к пропитыванию кровью материала и его переходу в пластичное состояние, позволяющее поместить его в заданный объем для восполнения дефекта костной ткани, например, в ацетабулярной впадине. В качестве модели ацетабулярной впадины в проведенном эксперименте была использована ацетабулярная чаша эндопротеза ТБС.

Затем была произведена импакция КПМ к внутренним стенкам внутреннего объема чаши эндопротеза (гладкая сторона костно-пластического материала при этом была обращена к чаше), с последующей фрезовой обработкой до получения гомогенной структуры, равномерно покрывающей внутренний контур чаши, что было сделано для моделирования процесса восстановления костного дефекта ацетабулярной впадины.

Вслед за этим было выполнено успешное нанесение на полученную из материала «Депротекс» гомогенную структуру полиметилметакрилатного цемента в количестве 40 граммов, с последующей установкой полиэтиленового вкладыша эндопротеза в чашу для имитации установки чаши (в качестве которой выступал вкладыш) в ацетабулярную впадину (роль которой выполняла собственно чаша).

Последующий осмотр образца производили спустя 3 суток. Разделение между собой чаши эндопротеза и конгломерата из импактированного костно-пластического материала и полиметилметакрилатного цемента происходит без существенного сопротивления. Измерения механико-прочностных свойств конгломерата, полученного в ходе импакции фрагментов материала, не проводили по причине их нецелесообразности, однако при субъективной оценке прочность фиксации импактированного материала такова, что требует приложения определенного усилия для отделения его фрагментов от полиметилметакрилатного цемента. Прочность адгезии полиметилметакрилатного цемента и полиэтиленового вкладыша субъективно очень прочная, требующая приложения значительного усилия для получения фрагментов (сколов) материала образца.

Таким образом, экспериментально на модели ацетабулярной впадины была подтверждена возможность достижения равномерного покрытия материалом стенок внутреннего объема чаши эндопротеза тазобедренного сустава (выступавшей в качестве модели ацетабулярной впадины) путем импакции КПМ и последующей импрегнации полиметилметакрилата и установкой полиэтиленового вкладыша, что идентично тем действиям, которые были бы произведены в условиях in vivo при восполнении дефекта костной ткани методом импакционной костной пластики в ходе ревизионного эндопротезирования с использованием полиметилметакрилатного костного цемента.

Способ получения костно-пластического материала, включающий очистку кости, распилку на фрагменты, промывку водой, делипидизацию, депротеинизацию, измельчение костных фрагментов и соединение полученной костной массы при температуре 38-40°C с коллагенсодержащим раствором в виде раствора химически чистого желатина, приготовленного на консервирующем растворе с добавлением антибактериального препарата, и стерилизацию, отличающийся тем, что костные фрагменты измельчают до размера частиц 0,5-1,5 см, соединение костной массы с коллагенсодержащим раствором осуществляют путем равномерного перемешивания с 20-30%-ным раствором химически чистого желатина, после чего полученную костную массу соединяют с 30-35%-ным раствором химически чистого желатина, а затем костную массу формируют, подвергают лиофилизации и стерилизуют.