Имплантат для замещения костных дефектов

Изобретение относится к медицине, хирургии и ортопедии. Имплантат для замещения костных дефектов выполнен из углерод-углеродного композиционного материала. Материал содержит пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80%. Материал-наполнитель состоит 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 матрицы. При этом в аморфный углерод внедрены углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода. Изобретение позволяет повысить эффективность применения имплантата для замещения костных дефектов путем повышения коэффициента запаса прочности кости при замещении ее дефекта. 2 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области медицины, а именно к травматологии, ортопедии и восстановительной хирургии, и касается усовершенствований сложных композитных материалов, идущих на изготовление имплантатов для замещения дефектов костей.

При хирургическом лечении костных заболеваний и травм возникает необходимость замещения костных дефектов с помощью имплантатов. В качестве имплантатов используют аллотрансплантаты, то есть донорские ткани, а также эксплантаты, такие как металлические конструкции, силикон, желатиновые губки и пленки, полиметилметакрилат, монолитный политетрафторэтилен, при этом они не смогли решить проблему интеграции имплантата с костной тканью.

В настоящее время для изготовления имплантатов используются материалы различных классов: металлы (титан), керамика (оксиды алюминия и циркония, гидроксоапатит) и некоторые синтетические полимеры (высокомолекулярный полиэтилен, полиметилметакрилат, и т.д.). Металлические, полимерные и керамические материалы, используемые в качестве имплантатов, обладают рядом недостатков. Так, применение металлических имплантатов - особенно при воспалительном заболевании кости - часто приводит к резорбции костной ткани. Полимерные материалы подвержены биологическому старению. Керамические материалы, обладая многими достоинствами, являются слишком хрупкими. Многих указанных недостатков лишены углеродные имплантаты.

Известен имплантат, описанный в патенте РФ 2204361 [20.05.2003, кл. A61F 2/44]. Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон. Имплантат может иметь форму призмы (прямоугольной, с основаниями П- или Г-образными), в виде цилиндра или таблетки. Известные имплантаты обладают достаточным уровнем прочности, хорошей биосовместимостью, после операционного применения хорошо фиксируются в кости.

Недостатком известных имплантатов является несоответствие формы имплантата встречающимся в хирургической практике размерным особенностям ряда костных дефектов. При этом раскрытые в вышеуказанном патенте имплантаты являются неполноценно функционирующими, так как не обладают достаточным сцеплением как внутри, так и на поверхности имплантата, что приводит к снижению их прочности циклическим нагрузкам.

Известен имплантат, описанный в патенте RU 2609832 [06.02.2017, кл. A61F 2/44]. Имплантат для замещения костных дефектов выполнен из пористого углерод-углеродного композиционного материала содержит пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из углеродных волокон и состоит из не менее чем двух составных частей, которые после совмещения образуют необходимую внешнюю форму имплантата и замкнутую полость внутри имплантата, предназначенную для размещения в ней лекарственного вещества. Известный пористый углеродный имплантат для замещения костных дефектов обеспечивает повышение эффективности лечения воспалительных и онкологических заболеваний за счет применения его для пролонгированной доставки лекарственных веществ в оперированную область пациента.

Недостатком известного имплантата является не достаточное сцепление как внутри, так и на поверхности имплантата, что приводит к снижению его прочности циклическим нагрузкам.

Известен имплантат, описанный в патенте РФ 2609827 [06.02.2017, кл. A61F 2/28]. Композиционный имплантат для компенсации костных дефектов выполнен из пористого композиционного материала, содержащего углеродную матрицу, аримирующий каркас из углеродных волокон и открытые поры, объем которых не менее 5% от объема материала, а поры композиционного материала частично или полностью заполнены раствором органического йодсодержащего вещества, не вызывающим токсического действия на организм человека в количестве 0,01-0,1 г на 1 мкг массы человека, при этом содержание вещества составляет не менее 3 мг в 1 см3 композиционного материала.

Известный имплантат обладает повышенной рентгеноконтрастностью и удобен при проведении операций: за счет рентгеноконтрастности материала облегчается контроль за правильностью его установки в костном дефекте.

Однако недостатком данного имплантата является низкое значение его прочности циклическим нагрузкам.

Известен имплантат, описанный в патенте РФ 162540 [10.06.2016, кл. A61F 2/00]. Имплантат для замещения костных дефектов, выполнен из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, при этом он выполнен в виде цилиндрического сегмента усеченного прямого кругового цилиндра, отсеченного плоскостью параллельно цилиндрической оси, при этом длина отсеченного сегмента в плоскости основания цилиндра составляет 0,3-0,8 от диаметра основания цилиндра, а двугранный угол между плоскостями оснований усеченного цилиндра составляет 10-50°.

Известный имплантат имеет форму соответствующую замещаемому костному дефекту, при этом имплантат имеет низкое значение прочности при циклическом нагружении.

Технический результат предложенного решения заключается повышение эффективности применения имплантата для замещении костных дефектов путем повышения коэффициента запаса прочности в зависимости от видов нагружений конкретной кости при замещении ее дефекта.

Данный технический результат достигается тем, что имплантат для замещения костных дефектов, выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, при этом материал 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, а аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.

Кроме того, в техническом решении предлагаются дополнения, направленные на его дальнейшее улучшение.

Так, например, для ускорения формирования костной ткани, имплантат для замещения костных дефектов содержит остеокондуктивные и/или остеоиндуктивные материалы.

При этом остеокондуктивным и/или остеоиндуктивными материалами являются гидроксиапатит кальция, трикальцийфосфат, в том числе с добавками коллагена или белками.

Указанные предпочтительные дополнительные особенности могут сочетаться в имплантате в различных комбинациях.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем.

Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала.

При этом материал 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, а аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.

Входящие в состав углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода обуславливают достижение технического результата в части прочности при циклическом нагружении.

Используемый для изготовления имплантата композиционный материал обладает биосовместимостью, прочностью, остеокондуктивными свойствами.

Предполагаемая форма и размер имплантата определяется хирургом до операции на основании рентгенологической оценки величины получаемого костного дефекта.

При этом также стоит отметить, что форма и размер имплантата зависит от вида конкретной кости и ее дефекта, а также от таких факторов: возраст, телосложение и образ жизни пациента и т.д.

Имплантаты, изготовленные из композиционного материала состава указанного выше, могут быть использованы не только в хирургии длинных костей, остеотомии, но при замещении различных костных дефектов, например, в вертебрологии.

Предлагаемый имплантат отвечает функциональным требованиям назначения костных имплантатов и удобства его имплантирования. Новое сочетание (совокупность) свойств (качественно иное по сравнению с известными решениями) обеспечено у предлагаемого решения: содержание в материале только остеосовместимых с костной тканью компонентов, в т.ч. изоморфных биоминералам кости; пористостью, имитирующей структурные особенности различных слоев кости (кортикальный, спонгиозный). Препараты, вещества, используемые в предлагаемом составе имплантата, не являются токсичными, разрешены к применению в медицине.

Применение имплантата для замещения костных дефектов в клинической практике повышает эффективность лечения за счет полного функционального восстановления поврежденного сегмента и отсутствия необходимости в повторных операциях для удаления имплантата.

Таким образом, применение предлагаемого технического решения обеспечивает получение имплантата для замещения костных дефектов, структура которого сформирована композиционным материалом, состава указанного выше. Имплантат обладает низким коэффициентом трения и величиной износа, повышенной пористостью и прочностью, и является нетоксичным. Тем самым достигается повышение эффективности применения имплантатов при замещении костных дефектов.

1. Имплантат для замещения костных дефектов, выполненный из углерод-углеродного композиционного материала, отличающийся тем, что материал 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, при этом аморфный углерод содержит углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.

2. Имплантат для замещения костных дефектов по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит остеокондуктивные и/или остеоиндуктивные материалы, обеспечивающие ускорение формирования костной ткани.

3. Имплантат для замещения костных дефектов по п. 2, отличающийся тем, что остеокондуктивным и/или остеоиндуктивными материалами являются гидроксиапатит кальция, трикальцийфосфат, в том числе с добавками коллагена или белками.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, ортопедии. Головка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала.
Изобретение относится к медицине, а именно ортопедии. Ножка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала.
Изобретение относится к медицине, ортопедии. Чашка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала.
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.
Группа изобретений относится к медицине, конкретно к пористому двухфазному материалу фосфата кальция/гидроксиапатита (ФК/ГАП) в качестве заменителя кости, содержащему спеченный ФК стержень и по меньшей мере один однородный и замкнутый эпитаксически выращенный слой нанокристаллического ГАП, нанесенный поверх спеченного ФК стержня, при этом эпитаксически выращенные нанокристаллы имеют такой же размер и структуру, как и костный минерал человека, т.е.

Группа изобретений относится к медицине. Описан композитный материал, подходящий для имплантации в тело человека, содержащий полимерный гель и множество поверхностно обработанных добавок, причем указанные добавки подвергнуты поверхностной обработке молекулой, выбранной из группы, состоящей из жирной кислоты с длинной цепью, полистиролов, органофункциональных силанов, цирконатов и титанатов, где указанные поверхностно обработанные добавки содержат поверхность, характеризуемую реактивной сшивающей группой для сшивания с указанным гелем, так что указанные поверхностно обработанные добавки поперечно связываются с указанным гелем; где указанный полимерный гель содержит по меньшей мере две реактивные сшивающие группы на полимерную молекулу указанного полимерного геля для сшивания с указанными добавками и указанным гелем.

Изобретение относится к медицине. Описано имплантируемое медицинское устройство, которое содержит корпус, имеющий внешнюю поверхность, образующую внешний профиль устройства.
Изобретение относится к медицине. Описан двухфазный материал заменителя костной ткани на основе фосфата кальция / гидроксиапатита (САР/НАР), включающий ядро из спеченного CAP и как минимум один равномерный и закрытый эпитаксически нарастающий слой нанокристаллического НАР, нанесенный сверху на ядро из спеченного CAP, причем эпитаксически нарастающие нанокристаллы имеют такой же размер и морфологию, что и у минерала костей человека, то есть длину от 30 до 46 нм и ширину от 14 до 22 нм.

Изобретение относится к медицине, а именно к составу пористой биостеклокерамики, содержащей мелкодисперсное натрийсиликатное стекло, гранулы синтетических минералов - фосфатов кальция, входящих в состав нативной костной ткани, волластонита, образующегося при кристаллизации натрийсиликатного стекла, а также добавку карбоната и углеродсодержащего порообразователя.
Изобретение относится к медицине, ортопедии. Головка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала.
Изобретение относится к медицине, а именно ортопедии. Ножка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала.
Изобретение относится к медицине, ортопедии. Чашка эндопротеза тазобедренного сустава выполнена из композиционного материала.
Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии, ортопедии и общей хирургии, и предназначено для обеспечения антибактериального покрытия для ортопедических имплантатов из титана и нержавеющей стали.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и представляет собой полимерный вкладыш ацетабулярного компонента, который используется в эндопротезах тазобедренных суставов.

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.
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, хирургии. Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано при хирургическом лечении заболеваний кости. Описан имплантат для замещения костных дефектов, который выполнен из пористого углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из углеродных волокон и состоит из не менее чем двух составных частей, которые после совмещения образуют необходимую внешнюю форму имплантата и замкнутую полость внутри имплантата, предназначенную для размещения в ней лекарственного вещества.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для изготовления костных имплантатов в восстановительной хирургии. Описан способ изготовления имплантата из углеродного материала формированием волокнистой армирующей основы в виде каркаса, построенного из стержней, с последующим осаждением пироуглеродной матрицы последующей механической обработкой блока для придания имплантату требуемого размера и формы и последующей обработкой имплантата на воздухе при температуре 250-350°C или парами воды при температуре 450-650°C.

Изобретение относится к медицине, хирургии и ортопедии. Имплантат для замещения костных дефектов выполнен из углерод-углеродного композиционного материала. Материал содержит пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80. Материал-наполнитель состоит 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 матрицы. При этом в аморфный углерод внедрены углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0 от массы аморфного углерода. Изобретение позволяет повысить эффективность применения имплантата для замещения костных дефектов путем повышения коэффициента запаса прочности кости при замещении ее дефекта. 2 з.п. ф-лы.

Наверх