способ формирования костного имплантата

Формула изобретения

1. Способ формирования костного имплантата, включающий диспергирование коллагена в водном растворе, синтез гидроксиапатита путем осаждения его на коллагене в микрогетерогенной среде водного раствора ионов кальция, фосфата и гидроксидов при потенциометрическом контроле рН 10,01,0 и реагирующих ионов, при степени диспергирования 1-100 мкм^-1 композита коллагена и осажденного на нем гидроксиапатита, после чего полученный композит центрифугируют, сушат при температуре не выше 45^oС и стерилизуют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в водный раствор диспергированного коллагена дополнительно вводят лекарственные вещества до введения ионов кальция, фосфата и гидроксидов.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве лекарственных веществ используют антибиотики, и/или фактор роста, и/или иммуноподавляющие препараты, и/или антисептики.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что композиту после центрифугирования придают необходимую форму, упаковывают и стерилизуют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и касается способа формирования костного имплантата, который может быть использован при пластике костной ткани как при лечении, так и при протезировании участков кости, пораженной дистрофией, при дефектах костной ткани в результате врожденных или приобретенных заболеваниях.

В настоящее время для восстановления внутрикостных дефектов в травматологии и ортопедии, в хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, в дентальной имплантологии и пародонтологии костные ауто- и аллотрансплантаты с успехом заменяются новыми остеопластическими материалами на основе коллагена и гидроксиапатита.

В связи с этим требуется разработка новых материалов и способов его получения, которые бы стимулировали гистогенезис у самого пациента.

Известен способ получения биокомпозиционных материалов для реконструктивной хирургии на основе "коллаген-гидроксиапатит" путем смешения водного раствора коллагена и порошка гидроксиапатита, замораживания полученной смеси в виде гранул диаметром 3-4 мм в охлажденном до -94^oС гексане. Гранулы фильтрованием отделяют от гексана, подвергают сублимационной сушке. Продукты сублимационной сушки прессуют, структурируют в парах глутарового альдегида или формальдегида, затем проветривают, фасуют и стерилизуют. При необходимости такой материал может содержать любое лекарственное вещество (RU 2174410 С2, опубл. 10.10.2001).

Недостатком этого способа является наличие стадии насыщения продуктов сублимационной сушки парами альдегида и не имеет равномерного распределения гидроксиапатита на коллагене.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу формирования костного имплантата является способ формирования костной ткани на основе "коллаген-гидроксиапатит", согласно которому коллагеновый матрикс помещают в водный раствор, содержащий ионы кальция, фосфата и гидроксида, а осаждение гидроксиапатита на коллаген осуществляют под действием электрофореза. Для предотвращения закисления раствора, содержащего ионы кальция, в него добавляют гидроксид или карбонат кальция, что исключает растворение основного продукта - гидроксиапатита (RU 2174848 С1, опубл. 20.10.2001).

Недостатком этого способа является неравномерное распределение микрокристаллов гидроксиапатита на матриксе коллагена, использование электрохимического реактора, сложность контроля за рН, так как при пропускании электрического тока неизбежно одновременно происходит электролиз раствора соли кальция, в результате которого образуется кислота, что связано с появлением в растворе ионов водорода.

Ca₅(OH)(PO₄)₃+H⁺=5Ca²⁺+3PO₄ ^3-+H₂O

Введение в раствор избытка концентрации гидроксида кальция не позволяет четко контролировать рН среды.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа формирования костного имплантата при получении синтетического костного материала, максимально приближенного к свойствам природной костной ткани.

Технический результат данного изобретения заключается в создании имплантата, стимулирующего гистогенезис у пациента и способствующего регулируемой резорбции костного имплантата в послеоперационном периоде. Это достигается путем формирования материала костного имплантата в однородной микрогетерогенной среде при синтезе гидроксиапатита в водном растворе ионов кальция, фосфата и гидроксидов при температуре не выше 45^oС на коллагене. Микрогетерогенная среда обеспечивается за счет степени диспергирования 1-100 мкм^-1 коллагена и осаждаемого на нем гидроксиапатита. Процесс осуществляется при потенциометрическом контроле рН 10,01,0 и концентрации реагируемых катионов и анионов. Полученный материал по завершении синтеза центрифугируют, промывают дистиллированной водой, сушат при температуре не выше 45^oС, при необходимости придания инплантату определенной формы композит после центрифугирования прессуют, упаковывают и стерилизуют.

При необходимости предлагаемый материал может дополнительно содержать лекарственные вещества и препараты, такие как факторы роста, иммуноподавляющие препараты, антибиотики, антисептики и др., в необходимой концентрации.

Гидроксиапатит (ГАП) - Ca₅(ОН)(РO₄)₃ - минеральное вещество по химическому составу, близкое к основной минеральной составляющей костной ткани.

Коллаген - белок, присутствующий практически в любой ткани человека, формирует внеклеточный каркас тканей и активно влияет на репаративные процессы поврежденной соединительной ткани, ускоряя ее заживление. В данном изобретении может использоваться любой биологически совместимый коллаген, например, фармацевтический - ВФС 42.

Антибиотики - это специфические химические вещества, образуемые микроорганизмами и способные в малых количествах оказывать избирательное токсическое действие на болезнетворные микроорганизмы. Антибиотики применяются для инактивации болезнетворных микроорганизмов с целью профилактики и лечения инфекционных осложнений в зоне травмы.

Антисептики - химические вещества немикробиологической природы, обладают антивоспалительным действием.

В зависимости от выбранной тактики лечения предлагаемый костный имплантат может дополнительно содержать антибиотик (например, гентамицин, линкомицин и т.д.) или антисептик (диоксидин, фурацилин и т.д.).

Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Для получения коллагенового матрикса берут нативный коллаген, диспергируют его в водном растворе в соотношении вода к коллагену по массе 1: 20 соответственно. Затем реактор заполняют буферным раствором с рН 10,01,0 с диспергированным в нем коллагеном. Концентрация коллагена составляет 5% от массы воды. После чего с постоянной скоростью вводят с одной стороны реактора водный раствор, содержащий ионы кальция Са²⁺, а с другой стороны - водный раствор, содержащий ионы фосфата РO₄ ^3- и гидроксида ОН^-. Содержание солевого компонента в растворе соответствует стехиометрическому соотношению вступающих в реакцию компонентов. В реакторе непрерывно обеспечивается равномерное распределение реагентов и продуктов синтеза по коллагену (например, перемешиванием). В результате синтез гидроксиапатита происходит в однородной микрогетерогенной среде, которую создают за счет достижения степени диспергирования 1-100 мкм^-1 коллагена и осаждаемого на нем гидроксиапатита (коллаген-апатитового композита). При этом происходит реакция:

5Ca₂+3PO₄ ^3-+OH^-=Ca₅(OH)(PO₄)₃.

Образующийся гидроксиапатит равномерно осаждается на диспергированном коллагене. Полученный коллаген-апатитовый композит по завершении синтеза центрифугируют для отделения жидкости, содержащей продукты реакции синтеза, промывают дистиллированной водой, сушат при температуре не выше 45^oС. Затем материал упаковывают и стерилизуют гамма-излучением.

Данный способ позволяет получить образец костного имплантата, стимулирующего гистогенезис у пациента, способствующего регулированию резорбции костного имплантата в послеоперационном периоде.

Пример 2. Способ формирования костного имплантага осуществляют в соответствии с примером 1. Добавление антибиотика или антисептика осуществляют в раствор диспергированного коллагена до смешения с гидроксиапатитом.

Остеокондуктивность, то есть эффект постепенного замещения зоны дефекта собственной костной тканью, подтверждали экспериментально. С этой целью у подопытных самцов беспородных крыс формировали дефект бедренной кости около 1 см, а затем в зону дефекта накладывали полученный заявленным способом костный имплантат. Рану послойно ушивали кетгутовыми швами. Через 15 дней, 1, 3 и 6 месяцев после операции животных выводили из эксперимента и проводили гистологическое исследование зоны травмированного участка. Гистологические исследования показали, что через 15 дней после операции костный имплантат вживился, граница трепанации отверстия слабо прослеживалась, на микроуровне наблюдалась структура, практически идентичная структуре нормальной бедренной кости.

Через 1 месяц после операции граница трепанации кости не прослеживалась, костный дефект не определялся.

Пролонгированное действие введенных в разработанный имплантат лекарственных веществ подтверждали микробиологически. Для этого стандартную подложку с питательной средой и бактериальной флорой (золотистый стафилококк и кишечная палочка) наносили на имплантат с антибиотиком. Сроком действия препарата считали время, когда активность препарата составляла менее 50%. Активность имплантата с антибиотиком выражалась временем задержки роста бактерий. Проведенное исследование показало, что антимикробная активность имплангата сохранялась в течение 3-7 суток, тогда как антимикробная активность контрольного раствора антибиотика сохранялась не более 3-4 часов.

Пример 3. Пациентка Д. 1961 года рождения поступила с множественными оскольчатыми переломами нижней челюсти. При хирургическом вмешательстве осколки были скреплены композитом, полученными в соответствии с примером 2. Содержание гентамицина составило 0,1 мас.%. Через месяц рентгенологически в зоне стыков определена костная ткань. Через 4,5 месяца после операции рентгенологически в зоне травмы определена монолитная костная ткань.

Таким образом, клиническое применение имплантата, полученного предложенным способом, обеспечивает стимулирование процессов замещения зоны дефекта собственной вновь образованной костной тканью не только при обычных переломах, но и замедленном срастании при осколочном переломе, что приводит к существенному сокращению сроков реабилитации пациентов.