Остеопластичний композит

Реферат: Остеопластичний композит, що містить синтетичний гідроксилапатит, та додатково містить синтетичний -трикальційфосфат, полілактид, полівініловий спирт. UA 103595 U (54) ОСТЕОПЛАСТИЧНИЙ КОМПОЗИТ UA 103595 U UA 103595 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі композитних матеріалів біомедичного призначення, що може застосовуватись у якості остеопластичного матеріалу у щелепно-лицевій хірургії як біорезорбуючий імплантат. Відомий імплантат для пластики кісткових порожнин на основі колагенової матриці із декальцинованої губчастої кістки, на якому здійснюють іммобілізацію антибактеріальних препаратів культур бластних клітин, стимуляторів біогенеза (наприклад, метилурацил, гідроксилапатит), вітамінів (наприклад, аскорбінова кислота). Для приготування на колагенову матрицю з іммобілізованими на ній препаратами наносять композицію з адгезивними властивостями (біоактивний препарат, вміщуючий полівініловий спирт та плазможелатинову композицію). Спосіб виготовлення даного імплантату достатньо складний (патенту РФ (RU), № 2335258, 21.11.2008). Відома трансплантаційна суміш, що містить (в мас. %): ліофілізовану алогенну кісткову тканину - 65; алогенний гідроксилапатит - 10; тромбоцитарний гель аутокрові пацієнта - 20; метронідазол - 5. Дану суміш в основному застосовують у комплексному лікуванні хворих з парондонтитом (патенту РФ (RU) № 2301684, 21.11.2005). Відома біосумісна композиція для відновлення часткових і повних дефектів хрящевої та кісткової тканини, що включає матрицю, яка містить хітозановий гель і синтетичний гідроксилапатит, водний розчин препарату "Адгелон", вміщуючий глікопротеїн, одержаний з сироватки крові великої рогатої худоби і сіль кальцію при наступних співвідношеннях компонентів в мас. %: хітозановий гель 70,0-90,0 синтетичний гідроксилапатит 10,0-30,0 водний розчин препарату 0,1-1,0. "Адгелон" Дана композиція за показами до застосування найбільш близька до запропонованого нами остеопластичного композиту, тому її вибрано як прототип (Патент РФ № 2385727, 21.11.2008). Недоліком даної композиції є нездатність до контрольованості часу процесу його резорбції у кістковій тканині, ризик зараження пріонними захворюваннями, а також можливість виникнення алергічної реакції, оскільки вона містить компонент, виділений з сироватки великої рогатої худоби. В основу даної корисної моделі поставлена задача створення такого остеопластичного композиту для відновлення часткових і повних дефектів кісткової тканини, який би стимулював регенерацію та відновлення дефектів кісткової тканини після оперативного втручання, був біосумісним, з контрольованим часом біорезорбції, нетоксичним, з відсутністю ризику зараження пріонними захворюваннями. Поставлена задача вирішується тим, що остеопластичний композит, який включає синтетичний гідроксилапатит, згідно з корисною моделлю, додатково містить синтетичний βтрикальційфосфат, полілактид, полівініловий спирт у наступному співвідношенні компонентів, мас. %: синтетичний гідроксилапатит 59-66 синтетичний β15-17 трикальційфосфат полілактид 4-11 полівініловий спирт 8-21. Одержання запропонованого композиту методом мікрокапсулювання створює можливості для взаємодії розвинутої поверхні його мінеральної дисперсної фази, зокрема, кальційфосфатного компоненту (гідроксилапатиту та β-трикальційфосфату) з полімерною матрицею полілактиду (макромолекулами полімеру) за рахунок фізичних сил взаємодії. Для розробки складу композиту нами використано один з різновидів кальцій-фосфатного синтетичного матеріалу марки Кергап, який у даний час випускається під торговою маркою Біомін, зокрема, Біомін ГТ-300 (виробництва ТОВ ЦНТП "Рапід", Україна). Вибір даного компоненту створюваного композиту зумовлено оптимальним його складом, оскільки даний кальцій-фосфатний синтетичний матеріал являє собою комплекс гідроксилапатиту (ГАП) та βтрикальційфосфату (β-ТКФ). Гідроксилапатит – Са10(РО4)6(ОН)2 хімічний та кристалохімічний аналог мінеральної речовини кістки ссавців, що зумовлює його унікальні біологічні властивості: абсолютну імунну сумісність та біоактивність - здатність стимулювати остеогенез, зрощуватись з кісткою, слугувати будівельним матеріалом для синтезу кістки та входити до складу кісткової тканини, заміщуючи імплантат з ГАП. 1 UA 103595 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 β-трикальційфосфат (β-ТКФ) - β-Са3(РО4)2 хімічний аналог мінеральної речовини кісткової тканини, володіє абсолютною біосумісністю, але за рахунок невідповідності кристалічної структури та підвищеної розчинності у порівнянні з ГАП, швидше резорбується в організмі. У даний час найбільш популярна двухфазна кераміка на основі ГАП и β-ТКФ, за рахунок створення градієнтної структури імплантату при взаємодії з фізіологічним середовищем. При розчиненні більш розчинної фази β-ТКФ, зберігається каркас з ГАП, при цьому збільшується його пористість, що призводить до збільшення площі контакту з кістковими клітинами. Цей процес покращує протікання регенерації кісткової тканини. Співвідношення у Біоміні ГАП до βТКФ складає 80 %: 20 %. Вибір Біоміну у якості активного компоненту створюваного композиту пояснюється тим, що розміри основної частки його гранул становлять від 200 до 400 мкм і є близькими до оптимальних для заповнення переважно невеликих дефектів кісткової тканини 3 (0,5-1,5 см ). Одним із важливих напрямків створення остеопластичних композитів пролонгованої дії з точки зору контрольованості параметрів вивільнення активних речовин є вивчення можливостей їх уведення в біорезорбуючі полімери. Серед синтетичних біорезорбуючих полімерів особливий інтерес викликають полілактиди - полімери і кополімери молочної кислоти, оскільки вони нетоксичні, мають здатність до регулювання часу біорезобції завдяки вибору відповідної молекулярної маси (довжини полімерного ланцюга), а також товщини полілактидної оболонки остеопластичного композиту, оскільки оптимальна швидкість вивільнення фосфатів кальцію для забезпечення високих остеоінтегруючих властивостей регулюється товщиною оболонки і розміром часток композиту. Приймаючи до уваги все вищезазначене, полілактиди використовують у технології резорбуючих хірургічних імплантатів та імплантованих лікарських форм. Застосування їх в медицині на сьогоднішній день різноманітно і широко (операції на кістках, щелепно-лицьова хірургія, фармакологічні препаративні форми з контрольованим вивільненням: імплантати, мікросфери, наносфери, вакцини). Біологічна сумісність полілактидів робить їх чудовими основами для клітинного росту і тканинної регенерації (патент Франції FR 98/01241, 12.06.1998). Для створення остеопластичного композиту у якості полімерного біорезорбуючого полімеру використали полілактиди марки Purasorb, наприклад, Purasorb PL-18, PDLG 7507 (виробництва компанії "Purac", Нідерланди), оскільки вони широко застосовуються для створення як виробів медичного призначення, так і лікарських засобів, є нетоксичними. Виробництво даних полімерів здійснюється з додержанням вимог міжнародних стандартів ISO 9001:2008 та ISO 14001 (розробка, виробництво та реалізація біоматеріалів). У якості поверхнево-активної речовини (ПАР) композиту застосовували полівініловий спирт (ПВС) з М.м. 30 000, оскільки він широко застосовується в технології інкапсулювання біологічно активних речовин у якості ефективного об'ємного стабілізатора дисперсії на стадії капсулювання, який створює структурно-механічний бар'єр між частками мінерального компоненту композиту. Застосування остеопластичного композиту спрямоване на забезпечення покращення умов для відновлення втраченого об'єму кісткової тканини у дефекті, скорочення термінів остеорегенерації, оптимізацію процесів диференціювання та дозрівання структур новоутвореної кістки з відновленням її повноцінної морфологічної структури. Остеопластичний композит здатний забезпечити дані показники ефективності остеорегенерації за рахунок властивостей компонентів запропонованого складу, завдяки особливостям специфічної мінералполімерної структури композиту та контрольованості часових показників процесу його резорбції у кістковій тканині. Спосіб одержання остеопластичного композиту здійснюють методом іммобілізації полімерами активних речовин, який проводять розчиненням біорезорбуючого полімеру у відповідному органічному розчиннику, введенням в суміш водного розчину поверхнево-активної речовини ПАР; проведення інкапсуляції активної речовини в біорезорбуючий полімер з видаленням органічного розчинника; відділення інкапсульованого остеопластичного композиту (препарату) з суміші. Одержання остеопластичного композиту пояснюється прикладом: Приклад 1. У хімічній склянці змішують 200 мг кальцій-фосфатний компоненту (гідроксилапатиту та βтрикальційфосфату) з 12,5 мл 0,32 % водним розчином полівінілового спирту та 2,5 мл води за допомогою магнітної мішалки зі швидкістю 500 об./хв. при температурі 40-45 °C. У суміш, при постійному перемішуванні, по краплям вносять піпеткою хлороформний розчин 0,7 мл 3 % розчину полілактиду зі швидкістю 30 кр./хв. Після внесення розчину полілактиду швидкість перемішування збільшують до 700-750 об./хв… Перемішування проводять протягом 5-7 хв. при 2 UA 103595 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температурі 40-45 °C до випаровування хлороформу, а згодом перемішують при температурі 55-65 °C ще протягом 4-5 хв. Склянку знімають з мішалки, охолоджують до кімнатної температури. Надосадову рідину фільтрують через фільтрувальний папір. Осад промивають водою і висушують при кімнатній температурі до постійної маси. Осад обережно знімають шпателем з фільтрувального паперу і поміщають в скляний флакон ємністю 10 мл, який поміщають в ультразвукову баню і озвучують протягом 15-20 хв. Утворюються гранули (мікросфери) остеопластичного композиту. Спосіб одержання остеопластичного композиту достатньо простий, який не вимагає складного обладнання і особливих умов приготування. Всі компоненти заявленого остеопластичного композиту являються доступними, нетоксичними, відсутній ризик зараження пріонними захворюваннями. Остеопластичний матеріал дозволяє розширити асортимент ефективних засобів для лікування кісткових дефектів. Регулювання часу резорбції остеопластичного композиту пояснюється прикладом. Приклад 2. Метод мікрокапсулювання, за допомогою іммобілізації полімерами активних речовин кальцій-фосфатного матеріалу (гідроксіапатиту і β-трикальційфосфату) полілактидами, дозволяє регулювати швидкість резобції остеопластичного композиту. Для зразків композиту з середнім розміром часток 310-320 мкм час вивільнення іонів кальцію з остеопластичного композиту у воду з товщиною його полілактидної оболонки 4,5 мкм у 14,5 раз більше за час вивільнення іонів кальцію з кальцій-фосфатного матеріалу. В той час як даний показник остеопластичного композиту з товщиною полілактидної оболонки 8,7 мкм у 21 раз більше у порівнянні з кальцій-фосфатним матеріалом та у 1,5 рази більше у порівнянні з остеопластичним композиту з товщиною полілактидної оболонки 4,5 мкм. Таким чином, збільшення товщини полілактидної оболонки остеопластичного композиту сприяє зростанню часу резорбції. Ефективність застосування остеопластичного композиту для закриття кісткових дефектів в ході експериментальних доклінічних досліджень підтверджена наступним прикладом. Приклад 3. Одержаний остеопластичний композиту застосовували для закриття кісткових дефектів. У експерименті вивчали ефективність застосування композиту для остеопластики штучно змодельованих дефектів кістки для визначення можливостей відновлення втрачених кісткових структур та загальний вплив запропонованого матеріалу на перебіг остеорегенерації. Для проведення експерименту за умов імплантації матеріалів у нижньощелепну кістку було виділено 40 піддослідних кролів породи "Білий велетень", масою 2,9-3,5 кг. Під кетаміновим наркозом в асептичних умовах у ділянці кута нижньої щелепи формували наскрізні дірчасті дефекти діаметром 0,5 см. Тварин виводили із досліду шляхом передозування кетаміну через 21, 30, 60 та 90 діб після операції. Нижні щелепи тварин видаляли та після макроскопічного і рентгенологічного досліджень виготовляли гістологічні зрізи товщиною близько 10 мкм, які фарбували гематоксилін-еозином та вивчались методом світлової мікроскопії для аналізу об'єктивної гістоморфологічної картини. Період від імплантації до планового виведення їх з експерименту проходив без особливостей - тварини поводили себе активно, добре приймали їжу, а запальних явищ у навколощелепних ділянках не спостерігалось. На 21 добу експерименту зовнішній вигляд оголених ділянок кісткових дефектів з імплантатом - регенерат щільно-еластичної консистенції, інтимно спаяний з кістковою поверхнею ложа пластики. Візуально і пальпаторно на 30 добу після втручання - м'якотканинний неоднорідний регенерат щільної консистенції з включеннями матеріалу, що непорушно був зв'язаний з кістковою тканиною ложа пластики. Через 60 діб від початку експерименту кістково-тканинний регенерат у всіх дослідних дефектах з пластичними матеріалами був однорідної консистенції, вкритий волокнистою плівкою фіброзного типу. Через 90 діб кісткові дефекти були виповнені твердою кістково-тканинною структурою регенерату щільної консистенції як у центральних, так і у периферичних ділянках. Проведена рентгенологічна оцінка змін у кісткових дефектах з метою визначення динаміки процесів резорбції та кісткоутворення. На 21 добу на рентгенограмі визначалась незначна втрата чіткості країв за рахунок контрастування дефектів, тіні новоутвореної кісткової тканини, яка оточувала рентгенологічно контрастний частково резорбований матеріал. На 30 добу експерименту спостерігались нерівномірно розподілені частинки матеріалу, згладженість і зменшення чіткості контурів країв дефекту кістки, тінь новоутвореної остеоїдної тканини стає більш інтенсивною, що особливо помітно по периферії дефектів. Через 60 діб чітко виявлялися рентгенологічні ознаки репаративного остеогенезу переважно по периферії дефектів з середньою інтенсивністю тіні кістково-тканинного регенерату. Серед структури регенерату у 3 UA 103595 U 5 10 15 просвіті дефектів кістки виявляються окремі частинки матеріалу, що частково резорбувався. На 90 добу експериментального дослідження на місці колишніх штучно створених кісткових дефектів нижніх щелеп рентгенологічно спостерігалися інтенсивні контури кісткового регенерату, на тлі яких чітко визначалися залишки неоднорідного і не повністю резорбованого композитного матеріалу. Наявне фактично повне відновлення цілісності кісткової тканини і часткове злиття тіні регенерату з оточуючою непошкодженою кісткою щелепи. Результати гістоморфологічного вивчення отриманих мікроскопічних препаратів показали, що при використані для пластики дефектів щелеп композитного матеріалу у жодному випадку процес утворення нових структур кісткової тканини в регенераті не проходив через хрящову стадію, таким чином скорочуючи терміни формування молодої остеоїдної тканини та її перебудову у зрілі кісткові структури пластинчастого типу. Характерними рисами остеорегенерації при заміщенні штучно створених кісткових дефектів композитним матеріалом був ранній розвиток остеобластоїдної тканини та раннє формування кістково-тканинного регенерату, скорочення термінів остеорегенерації не тільки по периферії дефекту, але й у його центральній частині, оптимізація процесів диференціювання новоутвореної кісткової тканини, а також повна остеоінтеграція з тканинами ложа пластики. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Остеопластичний композит, що містить синтетичний гідроксилапатит, який відрізняється тим, що додатково містить синтетичний -трикальційфосфат, полілактид, полівініловий спирт у наступному співвідношенні компонентів, мас. %: синтетичний гідроксилапатит 59-66 синтетичний 15-17 трикальційфосфат полілактид 4-11 полівініловий спирт 8-21. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4