отверждаемый биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов

Формула изобретения

Отверждаемый биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов на основе фосфатов кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фосфат магния, гидрофосфат кальция, аминокислоту, а в качестве фосфатов кальция биологический гидроксиапатит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гидроксиапатит	45-47
Фосфат магния	32-34
Гидрофосфат кальция	16-19
Аминокислота	1-5

при этом в качестве связующего содержит казеин в виде аммиачного раствора при соотношении аммиачного раствора казеина и порошковой массы биокомпозиционного материала 1:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, в частности к травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, стоматологии, нейрохирургии, а именно к остеопластичным составам биокомпозиционных материалов, предназначенным для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека, и может быть использовано в качестве материала, способного в организме полностью биодеградировать и заменяться новой костной тканью, для регенерации костных клеток, биологического наполнителя при дефектах костной ткани, остеокондуктивного и остеоиндуктивного биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани.

Известно средство для стимуляции роста костной ткани, содержащее гидроксиапатит в виде водной суспензии 18-36 мас. с размером частиц 0,015-0,16 мкм (RU, патент № 2077329, A61K 33/06, Опубл. 20.04.1997 г.).

Недостаток данного средства для стимуляции роста костной ткани заключается в том, что увлажненный материал не обладает пластичностью, не способен фиксироваться в костных полостях и не способен сохранить заданную форму, в связи, с чем не обеспечивается даже минимальная защитаот механических повреждений, необходимая вновь образующимся костным тканям.

Наиболее близким к заявленному материалу является цемент для замещения костных тканей, содержащий аморфный фосфат кальция, дополнительный источник кальция, выбранный из группы: оксид кальция, гидроксид кальция, карбонат кальция или фосфат кальция, и физиологический водный раствор (US, патент № 5782971, C04B 12/02, C01B 25/32, Опубл. 21.07.1998 г.).

Недостаток данного цемента для замещения костных тканей заключается в достаточно широких вариациях составляющих его компонентов (его количественный состав) и в отсутствии указаний на количественное содержание компонентов, что приводит, по сути, к получению неопределенной гаммы различных материалов, обладающих, в конечном итоге, различным составом, характеристиками и структурой. Кроме того, данный цемент не обладает достаточной пластичностью.

В основу изобретения положена задача расширения арсенала биокомпозиционных материалов для замещения костной ткани и фиксации эндопротезов, которые после заполнения дефектов костной ткани в процессе отверждения образует материал, являющийся аналогом неорганической составляющей натуральной кости, и обладающий биосовместимостью, биоактивностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он постепенно замещается натуральной костной тканью, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты. При этом техническим результатом является реализация этого назначения.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что отверждаемый биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов на основе фосфатов кальция дополнительно содержит фосфат магния, гидрофосфат кальция, аминокислоту, в качестве фосфатов кальция - биологический гидроксиапатит при следующем соотношении компонентов, % мас.: гидроксиапатит - 45-47, фосфат магния - 32-34, гидрофосфат кальция - 16-19, аминокислота - 1-5, а в качестве связующего - казеин в виде аммиачного раствора при соотношении аммиачного раствора казеина к порошковой массе биокомпозиционного материала 1:1.

Содержание в отверждаемом биокомпозиционном материале фосфата магния, гидрофосфата кальция, аминокислоты, в качестве фосфатов кальция - биологического гидроксиапатита при следующем соотношении компонентов, % мае: гидроксиапатит - 45-47, фосфат магния - 32-34, гидрофосфат кальция - 16-19, аминокислота - 1-5, а в качестве связующего - казеина в виде аммиачного раствора при соотношении аммиачного раствора казеина к порошковой массе биокомпозиционного материала 1:1, обеспечивает в процессе отверждения образование материала, являющегося аналогом неорганической составляющей натуральной кости, и обладающего биосовместимостью, биоактивностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он постепенно замещается натуральной костной тканью, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты.

Получение отверждаемого биокомпозиционного материала для замещения костных дефектов осуществляется следующим образом.

Подготовка исходных компонентов включает в себя получение фракций порошков гидроксиапатита, фосфата магния, гидрофосфата кальция с размерами частиц от 1-40 мкм. Эта операция заключается в просеивании порошков через сита соответствующих размеров. Порошок фосфата магния готовится смешиванием оксида магния и 70% ортофосфорной кислоты в соотношении 1:1,18. Полученный фосфат магния измельчался в шаровой мельнице. Полученные фракции порошков смешиваются в шаровой мельнице в течение 180 минут.Реактивы, используемые для изготовления биокомпозиционного материала, имеют марку «чда» или «хч». Далее в порошковую смесь добавляется раствор аминокислоты при интенсивном перемешивании. При этом в качестве аминокислоты используются аргинин, орнитин, глутамин. Далее смесь высушивается при температуре 40-60°C в течение 20 минут. Сушка наполнителя при температуре ниже 40°C приводит к более длительному времени обработки, а при температуре выше 60°C идет разложение аминокислоты. К полученной порошковой массе добавляется аммиачный раствор казеина в соотношении 1:1. Биокомпозиционный материал схватывается через 3 минуты. При добавлении казеина меньше 1 порошок биокомпозиционного материала не проявляет эластичных свойств и рассыпается. Добавление же казеина более 1 приводит к длительному времени схватывания порядка 15 минут и расслаиванию системы.

Используемый в качестве связующего казеин получается в результате взаимодействия обезжиренного молока с 10% лимонной кислотой при непрерывном помешивании; казеин осаждается в виде зерен. Температура осаждения 37°C; кислотность массы должна соответствовать рН=4,6-4,8. Кислоту добавляют в течение 8-10 мин. После осаждения выпавший осадок перемешивают 10-15 мин. Для лучшего уплотнения зерен промывают 3-4 раза дистиллированной водой при температуре 30°C. После промывки казеин-сырец содержит около 60% влаги. Перед сушкой эту воду удаляют прессованием. После прессования казеин измельчается. Измельченный казеин сушится при температуре 25-30°C в течение 15-20 часов. Далее для применения казеина в качестве связующего в биокомпозиционном материале готовится 5-10% раствор аммиака для растворения казеина при следующих соотношениях компонентов: 1 вес.ч. казеина и 3 вес.ч. для 5% раствора аммиака. 1 вес.ч. казеина и 1,5 вес.ч. для 10% раствора аммиака. После растворения казеина и получения гомогенной вязкой массы далее добавляется 5% раствор гидрофосфата кальция, растворенного в 10% растворе ортофосфорной кислоты, в количестве 137,5 мл CaHPO₄ на 1 л растворенного казеина.

После изготовления порошок биокомпозиционного материала для стерилизации помещают в полиэтиленовый пакет и запаивают. Затем подвергают облучению дозой 20000 Гр.

При использовании образцов биокомпозиционного материала указанного состава все твердые предварительно высушенные компоненты перемешивают в шаровой мельнице в течение 180 минут. Для формирования рабочей пасты непосредственно перед употреблением к полученному порошку добавляют аммиачный раствор казеина и перемешивают в течение 2-3 мин и оставляют полученный пластичный материал на 15-20 минут для проведения процесса полимеризации. После этого полученный материал помещают в дефект костной ткани. Время схватывания составляет 3 мин. Результаты испытаний показали, что в отличие от известных материалов предложенный биокомпозиционный материал обладает полной биосовместимостью с костной тканью, биодеградируемостью, и создает условия, исключающие необходимость пересадки костной ткани, и сокращения общей длительности хирургического вмешательства.