Самосхватывающаяся композиция для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека и способ получения кальцийфосфатного матрикса на её основе
SELF-BINDING COMPOSITION FOR PRODUCING A CALCIUM PHOSPHATE MATRIX FOR REPLACING BONE DEFECTS OF THE HUMAN MUSCULOSKELETAL SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING A CALCIUM PHOSPHATE MATRIX BASED THEREON

Изобретение относится к области медицины, к хирургической остеологии, а именно к самосхватывающейся композиция для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека и способу его получения и может быть использовано при хирургическом лечении пациентов с повреждением костных тканей в условиях травматолого-ортопедических, стоматологических, хирургических и других стационаров.
Известен композиционный материал на основе кальцийфосфатного цемента для заполнения костных дефектов на основе реакционно-твердеющего порошка, содержащий в качестве основы порошок α-трикальцийфосфата и наполнитель, (см. патент РФ №2484850, МПК F61L 24/02, 20.06.2013).
Однако, известный композиционный материал при своем использовании при заполнении костных дефектов имеет следующие недостатки:
- не обеспечивает достаточную способность к прорастанию сосудов и новообразованной костной ткани при замещении костных дефектов опорно-двигательной системы человека,
- не обеспечивает остеоинтеграцию на границе контакта имплантата с костной ткань пациента,
- не обеспечивает заданного сочетания пористости с прочностными характеристиками при использовании в процессе замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека,
- не обеспечивает надежное восстановление анатомической и функциональной целостности костного дефекта с заполнением дефекта костных тканей собственными тканями.
Задачей изобретения является создание самосхватывающейся композиция для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека.
Техническим результатом при использовании самосхватывающейся композиция для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека является надежное обеспечение способности к прорастанию сосудов и новообразованной костной ткани при замещении костных дефектов опорно-двигательной системы человека, обеспечение остеоинтеграции на границе контакта имплантата с костной ткань пациента, обеспечение заданного сочетания пористости с прочностными характеристиками при использовании в процессе замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, обеспечение надежного восстановления анатомической и функциональной целостности костного дефекта с заполнением дефекта костных тканей собственными тканями.
Технический результат достигается тем, что предложена самосхватывающаяся композиция для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, характеризующаяся тем, что содержит в качестве основы α-трикальцийфосфат с размером порошковых частиц от 5 до 50 мкм и органических соединений с размером гранул от 100 до 1000 мкм, при этом в качестве органических соединений используют гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля при следующем содержании компонентов, масс. %:
гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля
2,8-24,0
α-трикальцийфосфат
остальное до 100%.
При этом самосхватывающаяся композиция может дополнительно содержать карбонат кальция и/или смесь карбонат кальция с моногидратом однозамещенного фосфата кальция в количестве 4,6-56,2 масс. %. При этом содержание моногидрата однозамещенного фосфата кальция в его смеси с карбонатом кальция выбрано от 18 до 38 масс. %. При этом содержание гранул парафина в их смеси с гранулами полиэтиленгликоля выбрано от 17 до 82 масс. %.
Среди признаков, характеризующих предложенную самосхватывающуюся композицию для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, существенными являются:
- содержание в качестве основы α-трикальцийфосфат с размером порошковых частиц от 5 до 50 мкм и органических соединений с размером гранул от 100 до 1000 мкм, при этом в качестве органических соединений используют гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля при следующем содержании компонентов, масс. %:
гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля
2,8-24,0
α-трикальцийфосфат
остальное до 100%,
- дополнительное содержание карбоната кальция и/или смеси карбоната кальция с моногидратом однозамещенного фосфата кальция в количестве 4,6-56,2 масс. %,
- выбор содержания моногидрата однозамещенного фосфата кальция в его смеси с карбонатом кальция от 18 до 38 масс. %,
- выбор содержания гранул парафина в их смеси с гранулами полиэтиленгликоля от 17 до 82 масс. %.
Экспериментальные исследования и практическое клиническое использование предложенной самосхватывающейся композиции для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека показали ее высокую эффективность. Было установлено, что предложенная самосхватывающаяся композиция для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека надежно обеспечивает способность к прорастанию сосудов и новообразованной костной ткани при замещении костных дефектов опорно-двигательной системы человека, обеспечивает остеоинтеграцию на границе контакта имплантата с костной ткань пациента, обеспечивает заданное сочетание пористости с прочностными характеристиками при использовании в процессе замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, а также обеспечивает надежное восстановление анатомической и функциональной целостности костного дефекта с заполнением полости дефекта костных тканей собственными тканями.
Технология изготовления предложенной самосхватывающейся композиции для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека изложен ниже не требует применения специфического технологического оборудования. В таблице 2 представлены технологические приемы способа получения кальцийфосфатного матрикса на основе самосхватывающейся композиции.
В таблице 1 представлены экспериментальные составы предложенной самосхватывающейся композиции для получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека и одновременно представлено сочетание пористости и прочностных характеристик экспериментальных изделий на основе кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, изготовленных из предложенной самосхватывающейся композиции.
Известен способ получения композиционного материала для замещения костных дефектов с использованием гидролитической конверсии, включающий подготовку порошковой смеси, содержащей в качестве основы порошок α-трикальцийфосфата, подготовку пасты при добавлении жидкости затворения, осуществление формования пасты и гидролитическую экстракцию сформованной пасты, (см. патент РФ №2599022, МПК A61L 27/02, 10.10.2016).
Однако, известный способ получения композиционного материала для замещения костных дефектов при своем использовании имеет следующие недостатки:
- не обеспечивает достаточную способность к прорастанию сосудов и новообразованной костной ткани при замещении костных дефектов опорно-двигательной системы человека,
- не обеспечивает остеоинтеграцию на границе контакта имплатата с костной ткань пациента,
- не обеспечивает заданного сочетания пористости с прочностными характеристиками при использовании в процессе замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека,
- не обеспечивает надежное восстановление анатомической и функциональной целостности костного дефекта с заполнением дефекта костных тканей собственными тканями.
Задачей изобретения является создание способа получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека на основе самосхватывающейся композиции.
Техническим результатом при использовании способа получения самосхватывающейся композиция на основе кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека является надежное обеспечение способности к прорастанию сосудов и новообразованной костной ткани при замещении костных дефектов опорно-двигательной системы человека, обеспечение остеоинтеграции на границе контакта имплантата с костной ткань пациента, обеспечение заданного сочетания пористости с прочностными характеристиками при использовании в процессе замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, обеспечение надежного восстановления анатомической и функциональной целостности костного дефекта с заполнением дефекта костных тканей собственными тканями.
2
2.
Технический результат достигается тем, что предложен способ получения самосхватывающейся композиция на основе кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, характеризующийся тем, что осуществляют смешивание исходных порошков α-трикальцийфосфат с размером порошковых частиц от 5 до 50 мкм и 2,8-24.0 масс. % гранул парафина и/или полиэтиленгликоля в качестве органических соединений с размером гранул от 100 до 1000 мкм с жидкостью затворения, в качестве которой используют дистиллированную воду или 5-20% раствор неорганических солей, в качестве которых используют растворы гидрофосфата натрия, гидрофосфата натрия 12-водного, силиката натрия 5-водного, силиката натрия 9-водного, дигидрофосфата натрия, дигидрофосфата натрия 2-водного, при этом соотношение жидкости затворения к порошковой смеси α-трикальцийфосфата и гранул парафина и/или полиэтиленгликоля выбрано равным 0,2-0,5, затем полученную массу смеси исходных порошков с жидкостью затворения формуют с использование формы, экстрагируют гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля органическими растворителями при температурах их кипения в течение 12-24 часов с получением кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы, при этом при экстракции гранул парафина в качестве органического растворителя используют диэтиловый эфир, дихлорметан, хлороформ, пентан, гептан или толуол, при экстракции гранул полиэтиленгликоля в качестве органического растворителя используют этиловый спирт, метиловый спирт, хлороформ или толуол, а при экстракции смеси гранул парафина и полиэтиленгликоля в качестве органического растворителя используют хлороформ или толуол, полученную композицию на основе кальцийфосфатного матрикса дополнительно очищают в среде сверхкритического СО. При этом полученную массу смеси исходных порошков с жидкостью затворения формуют с использованием формы в свободном состоянии или с использование прессования под давлением до 200 МПа. При этом полученный кальцийфосфатный матрикс выдерживают при температуре 20°С-80°С в течение от 1 до 120 часов в дистиллированной воде или в растворе неорганической соли, идентичной использованной соли жидкости затворения. При этом полученный кальций-фосфатный матрикс очищают в среде сверхкритического СО в проточном реакторе при перемешивании в течение 6-12 часов при температуре 70-95°С и давлении 8-12 МПа.
Способ осуществляется следующим образом. Выполняют смешивание до получения гомогенного состояния исходных порошков α-трикальцийфосфат с размером порошковых частиц от 5 до 50 мкм и 2,8-24.0 масс. % гранул парафина и/или полиэтиленгликоля в качестве органических соединений с размером гранул от 100 до 1000 мкм с жидкостью затворения. При этом в качестве жидкости затворения используют дистиллированную воду или 5-20% раствор неорганических солей. Причем в качестве раствора неорганических солей используют 5-20% растворы гидрофосфата натрия, гидрофосфата натрия 12-водного, силиката натрия 5-водного, силиката натрия 9-водного, дигидрофосфата натрия, дигидрофосфата натрия 2-водного. А соотношение жидкости затворения к порошковой смеси α-трикальцийфосфата и гранул парафина и/или полиэтиленгликоля выбрано равным 0,2-0,5.
Затем полученную массу смеси исходных порошков с жидкостью затворения формуют с использование формы и высушивают течение одних суток. При этом полученную массу смеси исходных порошков с жидкостью затворения формуют с использованием формы в свободном состоянии или с использование прессования под давлением до 200 МПа.
2
Экстрагируют гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля органическими растворителями при температурах их кипения в течение 12-24 часов с получением кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы. При этом при экстракции гранул парафина в качестве органического растворителя используют диэтиловый эфир, дихлорметан, хлороформ, пентан, гептан или толуол. При экстракции гранул полиэтиленгликоля в качестве органического растворителя используют этиловый спирт, метиловый спирт, хлороформ или толуол. При экстракции смеси гранул парафина и полиэтиленгликоля в качестве органического растворителя используют хлороформ или толуол, полученную композицию на основе кальцийфосфатного матрикса дополнительно очищают в среде сверхкритического СО.
Полученный кальцийфосфатный матрикс выдерживают при температуре 20°С-80°С в течение от 1 до 120 часов в дистиллированной воде или в растворе неорганической соли, идентичной использованной соли жидкости затворения при соотношении матрикс/жидкость равным 1:5.
2
Полученный кальцийфосфатный матрикс очищают в среде сверхкритического CO. в проточном реакторе при перемешивании в течение 6-12 часов при температуре 70-95°С и давлении 8-12 МПа.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенный способ получения самосхватывающейся композиция на основе кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, отличительными являются:
- осуществление смешивания исходных порошков α-трикальцийфосфат с размером порошковых частиц от 5 до 50 мкм и 2,8-24.0 масс. % гранул парафина и/или полиэтиленгликоля в качестве органических соединений с размером гранул от 100 до 1000 мкм с жидкостью затворения,
- использование в качестве жидкости затворения дистиллированной воды или 5-20% раствора неорганических солей, в качестве которых используют растворы гидрофосфата натрия, гидрофосфата натрия 12-водного, силиката натрия 5-водного, силиката натрия 9-водного, дигидрофосфата натрия, дигидрофосфата натрия 2-водного,
- выбор соотношения жидкости затворения к порошковой смеси α-трикальцийфосфата и гранул парафина и/или полиэтиленгликоля равным 0,2-0,5,
- выполнение экстрагирования гранулы парафина и/или полиэтиленгликоля органическими растворителями при температурах их кипения в течение 12-24 часов с получением кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы,
- использование при экстракции гранул парафина в качестве органического растворителя диэтилового эфира, дихлорметана, хлороформа, пентана, гептана или толуола,
- использование при экстракции гранул полиэтиленгликоля в качестве органического растворителя этилового спирта, метилового спирта, хлороформа или толуола,
- использование при экстракции смеси гранул парафина и полиэтиленгликоля в качестве органического растворителя хлороформа или толуола,
2
- очистка полученного кальцийфосфатного матрикса в среде сверхкритического СО,
- формование полученной массы смеси исходных порошков с жидкостью затворения с использованием формы в свободном состоянии или с использование прессования под давлением до 200 МПа,
- выдерживание полученного кальцийфосфатного матрикса при температуре 20°С-80°С в течение от 1 до 120 часов в дистиллированной воде или в растворе неорганической соли, идентичной использованной соли жидкости затворения.
2
- очистка полученного кальцийфосфатного матрикса в среде сверхкритического СО в проточном реакторе при перемешивании в течение 6-12 часов при температуре 70-95°С и давлении 8-12 МПа.
Экспериментальные и клинические исследования предложенного способа получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека на основе самосхватывающейся композиции показали его высокую эффективность. Предложенный способ получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека на основе самосхватывающейся композиции при своем использовании надежно обеспечивает способность к прорастанию сосудов и новообразованной костной ткани при замещении костных дефектов опорно-двигательной системы человека, обеспечивает остеоинтеграцию на границе контакта имплантата с костной ткань пациента, обеспечивает заданное сочетание пористости с прочностными характеристиками при использовании в процессе замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека, а также обеспечивает надежное восстановление анатомической и функциональной целостности костного дефекта с заполнением полости дефекта костных тканей собственными тканями.
Реализация предложенного способа получения кальцийфосфатного матрикса для замещения костных дефектов опорно-двигательной системы человека на основе самосхватывающейся композиции иллюстрируется технологическими примерами практического изготовления, приведенными в таблице 2.