Композиційний залізовмісний гідроксіапатитний матеріал

1. Композиційний залізовмісний гідроксіапатитний матеріал, який містить склофазу, який відрі C2 1 3 вищі організму людини, приймають участь в його обмінних процесах і сприяють утворенню нової кісткової тканини. До них відносять кальційфосфатні матеріали: біоскло, синтетичний гідроксиапатит, трикальційфосфат, біологічний гідроксиапатит. Керамічні композиційні біоматеріали, які вміщують вище вказані сполуки кальцію, проявляють високу біологічну активність, яка може бути виражена як стимуляція швидкості відновлення кісткової тканини в післяопераційний період. Проте ця швидкість регенерації ушкоджених ділянок кісток може бути збільшеною за рахунок наявності іонів заліза в матеріалі для імплантування. В роботі [Скоблин А.П., Белоус A.M. "Микроэлементы в костной ткани", М.: 1968, - 232с.] показано, що наявність заліза при внутрішньовенному введенні заліза тваринам позитивно впливає на створення біоапатиту в остеоїдній субстанції піддослідних тварин. На основі заліза можуть бути створені препарати медичного призначення для направленого транспорту ліків, для вибіркової сорбції на клітинах з метою їх стимуляції [автореферат Кущевська Н.Ф. "Фізико-хімічні умови синтезу нанокомпозиційних феромагнітних порошків для біомедичного використання", Київ, ІПМ НАНУ: 2003-39с.]. Такі препарати створюють у вигляді мазей та гелей, тому використовувати їх для заміни ушкоджених ділянок кісток не є можливим в зв'язку з відсутністю певної геометричної форми та відповідної механічної міцності. Аналогом винаходу, що заявляється, є "Залізо-декстранова сполука для профілактики або лікування дефіциту заліза, спосіб її приготування (варіанти)", [Патент №70939 авторів Берг А.Г. DK, Ларе К. DK публікація від 15.11.2004 бюл.№11, А61К47/48, А61КЗЗ/26, А61Р7/06], де використовують залізо-декстранову сполуку шляхом парентерального введення для профілактики або лікування дефіциту заліза у клітинах тварин і людей. Проте такий засіб введення заліза до організмів людей не є ефективним для остеопластики при необхідності введення і/або дефіциті іонів заліза в ділянки ушкодження кісткових тканин для достатньої швидкості їх регенерації і/або при потребі регульованого вивільнення заліза і/або його сполук. Прототипом винаходу, що заявляється, є "Композиційний матеріал та спосіб його одержання" [Патент України №23250, публ. від 15.09.2003 бюл.№9, м.кл. А61КЗЗ/00, А61К35/32, А61Р43/00] в якому запропоновано матеріал типу гідроксиапатит-склофаза та спосіб його виготовлення. Проте, запропонований матеріал у прототипі не є достатньо ефективним для остеопластики. В прототипі композиційний матеріал містить % мас: - гідроксиапатит (мінеральна - 1,50¸30,00 фаза нативної кістки ссавців) - суміш оксидів натрію Na2O і - 16,40¸43,34 кальцію СаО - суміш оксидів кремнію SiO2 та бору В2О3 - решта. 82764 4 Задачею винаходу, що заявляються "Композиційний легований залізом гідроксиапатитний матеріал", є створення композиційного легованого залізом матеріалу. Винахід дозволяє одержати композиційний матеріал, що може бути використаний в медичній практиці в галузі ортопедії, травматології, стоматології та ортопедичній онкології як імплантаційний матеріал для заміни дефектів кісткових тканин. Проте, на відміну від прототипу, наявність в певній кількості такого мікроелементу як залізо в матеріалі для імплантації дає змогу поповнювати водночас дефіцит заліза в організмі людини і створювати локальне магнітне поле в зоні імплантації, яке може сприятливо впливати на швидкість процесів регенерації ушкоджених ділянок кістки. Задача створення нового способу одержання композиційного легованого залізом гідроксиапатитного матеріалу з остеокондуктивною дією вирішується шляхом додавання порошку заліза і/або його сполук з киснем до вихідної шихти для приготування композиційного гідроксиапатитного матеріалу або до готового гідроксиапатитного матеріалу. Поставлена задача досягається тим, що композиційний матеріал, який заявляється, містить гідроксиапатит природний (мінерал вулканічних осадових порід чи мінеральну фазу нативної кістки ссавців) або синтетичний у кількості від 28 до 83мас.% і склофазу від 70 до 15мас.%, додатково містить залізо або залізовміщуючу сполуку у кількості від 0,01 до 2мас.%. При цьому композиційний матеріал має склад, мас.%: - легуюча добавка Fe - 0,009¸2. - склофаза: - оксид кремнію SiO2 - 22,695¸33 - оксид натрію Na2O - 8,82¸15 - оксид калію К2О - 0,009¸0,63 - оксид кальцію СаО - 0,009¸0,21 - оксид бору В2О3 - 0,009¸14,432. - гідроксиапатит - решта. Для цілеспрямованого введення іонів заліза в місця ушкодження кісток доцільно вводити залізо або його сполуки, а саме до його складу додається оксид заліза Рез04 безпосередньо в матеріал для імплантування. Сполуки, що містять іони Fe+, Fe3+ відносяться до феромагнітних матеріалів. Наявність іонів з феромагнітними властивостями в легованому матеріалі контролювалась замірами магнітної сприйнятливості c, см3/г. Для оцінки впливу іонів заліза на рівень біологічної активності леговані зразки матеріалу занурюються у фізіологічний розчин, фіксується зміна рівня рН розчину з матеріалом. Вказаний експеримент «in vitro» моделює іонний обмін між імплантаційним матеріалом та безпосереднім внутрішнім середовищем організму. Спосіб одержання композиційного легованого залізом гідроксиапатитного матеріалу з остеокондуктивною дією вирішується шляхом додавання порошку Fe (або як альтернативний варіант додається як легуюча добавка оксид заліза Fе3О4) у кількості від 0,1 до 2% мас. до вихідної шихти для приготування композиційного гідроксиапатитного матеріалу або до готового гідроксиапатитного ма 5 82764 теріалу, ретельного сухого змішування у барабанному змішувачі протягом не менше 6 годин з подальшим формуванням та спікання на повітрі або вакуумі при температурі в діапазоні 500-800°С. Приклади здійснення матеріалу. Приклад 1 (див. табл.1, №1). Готовий композиційний легований залізом гідроксиапатитний матеріал з вмістом гідроксиапатиту 50% мас., решта - склофаза (22,695% SiO2, 13,006% Na2O, 12,025% В2О3, 0,009% К2О, 0,009% СаО), у вигляді порошку з розмірами частинок менше 160мкм змішували з 2% мас. Fе3О4 у вигляді порошку з розмірами частинок 9нм, змішували у барабанному змішувачі протягом 6 годин, пресували зразки циліндричної форми, спікали в атмосфері повітря при Т=400°С протягом 1год. Одержані зразки мали низький фактор спікання, що проявлялось в неоднорідності спеченого матеріалу та його високій крихкості. Вказані ознаки не задовольняють вимоги до властивостей готових зразків легованого матеріалу. Приклад 2 (див. табл.1, №2). Композиційний легований залізом гідроксиапатитний матеріал з вмістом гідроксиапатиту 57% мас., а в якості легуючої добавки використовували 1% мас. порошку заліза з розмірами частинок 60нм. Спікання проводили при Т = 500°С протягом 1год. Значення АрН фізіологічного розчину змінювалось від 0,04 через 5хв після занурювання легованого зразка композиту до 1,88 через 40хв. перебування у розчині. Зазначимо, що для аналогічного композиційного матеріалу без легуючої добавки (як у прототипі) АрН фізіологічного розчину змінювалось від 0,24 через 5хв після занурювання легованого зразка композиту до 1,79 через 40хв. Тобто леговані зразки композиту вже після 40хв контакту з фізіологічним розчином характеризуються більш значною зміною рівня рН, що прогнозує їх більший рівень біологічної активності при використання у якості імплантату. 6 Приклад 3 (див. табл.1, №3). Композиційний легований залізом гідроксиапатитний матеріал з вмістом гідроксиапатиту 50% мас. і добавкою 2% мас. порошку Fе3O4 з розміром частинок 9нм. і спікання проводили при Т = 780°С протягом 1 год. Значення DрН у фізіологічному розчині змінювалось від 0,08 через 5хв після занурювання до 1,83 через 40хв. перебування у розчині. Значення DрН фізіологічного розчину для аналогічного композиційного матеріалу, що не містить легуючої добавки змінювалось від 1,07 через 5хв після занурювання легованого зразка композиту до 1,56 через 40хв. Приклад 4 (див. табл.1, №4). Композиційний легований залізом гідроксиапатитний матеріал з вмістом гідроксиапатиту 57% мас., а в якості легуючої добавки використовували 1% мас. порошку заліза з розмірами частинок 60нм. Спікання проводили при Т = 800°С протягом 1год. Значення DрН фізіологічного розчину змінювалось від 0,43 через 5хв після занурювання легованого зразка композиту до 3,04 через 40хв. перебування у розчині. Приклад 5 (див. табл.1, №5). Композиційний легований залізом гідроксиапатитний матеріал з вмістом гідроксиапатиту 50% мас., а в якості легуючої добавки використовували 1% мас. порошку заліза з розмірами частинок 60нм. Спікання проводили при Т = 1000°С протягом 15хв. Одержаний матеріал мав чорне забарвлення, що обумовлено окисленням заліза до ступеню окислення Fe3+. Такий ступінь окислення заліза у композиті є шкідливим для організму людини. Наведені приклади підтверджують, що композиційний матеріал і спосіб його одержання, що заявляються, забезпечують досягнення технічного результату і вирішення поставленої задачі. В результаті використання спрощеного способу одержання, що заявляється, вдалося отримати гідроксиапатитний композиційний матеріал, легований залізом, з підвищеним рівнем біологічної активності у порівнянні з нелегованим. Таблиця 1 Вміст інгредієнтів, мас. % № 1 2 3 4 5 6 ГідроксиFe Fe3O4 SiO2 апатит 50 2 22,695 57 0,724 0,009 22,695 50 1,448 1 22,695 57 1 2 23,52 50 1 0,009 22,695 50,256 0,009 22,695 Na2O K2O CaO В2О3 13,006 13,006 13,006 8,82 13,006 13,006 0,009 0,009 0,009 0,63 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 0,21 0,009 0,009 12,025 9,096 12,577 8,82 13,025 14,025 DрН фізіологічного роз- Магнітна t2, Порис- чину зі зраз- сприйнятТ2,°С ливість год тість,% ками через cх104,см3/г 5хв. 40хв. 400 1 500* 1 780 1 800* 1 1000 0,25 780 2 52 41 54 40 0,04 1,07 0,08 0,43 0,24 1,88 1,56 1,83 3,04 1,79 0,21 2000,0 0,24-1,25 858,0 0,06 0,24-0,48 * - спікання в вакуумі. Вказаний матеріал може бути використаний в медичних закладах при хірургічних операціях, які передбачають заміну дефектних ділянок кісткової тканини. 7 Комп’ютерна верстка В. Клюкін 82764 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601