ИМПЛАНТАТ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ

Полезная модель относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии и ортопедии и может быть использовано при хирургическом лечении воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также костных травм.
При хирургическом лечении костных заболеваний и травм возникает необходимость компенсации (замещении) костных дефектов с помощью имплантатов. В качестве имплантатов используют костные фрагменты пациента или искусственные материалы, обладающие биосовместимостью и достаточным уровнем прочности.
Известен имплантат, описанный в патенте РФ №2204361 [приор. 04.07.2000, Кл. A61F 2/44]. Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней. Имплантат может иметь форму призмы (прямоугольной, с основаниями П- или Г-образными), а также в виде цилиндра. Известный имплантат обладает достаточным уровнем прочности, хорошей биосовместимостью, после операционного применения хорошо фиксируется в кости.
Недостатком известного имплантата является относительно медленное прорастание его костной тканью, что увеличивает сроки постельного режима и реабилитацию больных, перенесших операцию с установкой костного имплантата.
Задачей полезной модели является имплантат, обеспечивающий ускорение формирования костной ткани на поверхности имплантата и восстановления опороспособности костного скелета.
2
Поставленная задача решается тем, что имплантат выполнен в виде блока цилиндрической или призматической формы, основа которого выполнена из композиционного материала, содержащего многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней и углеродную матрицу, которая покрыта слоем богатой тромбоцитами аутоплазмой крови с содержанием 0,02-0,5 г богатой тромбоцитами аутоплазмой крови на 1 см поверхности основы.
2
Содержание богатой тромбоцитами аутоплазмой крови менее 0,02 г на 1 см поверхности основы нецелесообразно, т.к. ее содержание слишком мало для эффективного ускорения формирования костной ткани на поверхности имплантата.
2
Содержание богатой тромбоцитами аутоплазмой крови более 1 г на 1 см поверхности основы нетехнологично, т.к. слой аутоплазмы в этом случае оказывается довольно большой толщины, что затрудняет проведение хирургической операции.
Сущность изобретения состоит в следующем. Имплантат, предлагаемый в данном техническом решении, состоит из углеродной основы и слоя богатой тромбоцитами аутоплазмой крови, покрывающего основу. Углеродная основа обеспечивает механические свойства имплантата, необходимые для формирования опороспособности костного скелета. Слой богатой тромбоцитами аутоплазмой крови, содержащей комплекс факторов роста, нанесенный на поверхность углеродной основы, значительно ускоряет процессы формирования новообразованной кости.
3
2
2
Следует отметить, что используемый в качестве основы углеродный материал определяет высокую биосовместимость основы имплантата, имеющей гетерогенную структуру, которая сформирована углеродными волокнами и углеродной связкой, связывающей углеродные волокна в единый композит. Структура углерода в углеродных волокнах и углеродной связке различна. Это связано с особенностями их получения. Углеродные волокна являются продуктом высокотемпературной обработки (карбонизации и последующей графитации) полимеров (полиакрилонитрил, вискоза и др.), тогда как углеродное связующее сформировано путем высокотемпературного разложения газообразных углеводородов. Различные методы получения обеспечивают различие в содержании углеродных атомов с разной гибридизацией валентных электронов (sp, sp, sp) в структуре волокон и связующего. Гетерогенная структура материала обеспечивает хорошую адгезию растущих клеток костной ткани на поверхности материала. Это связано с возможностью клеток к локализации на поверхности тех или иных фрагментов структуры, а также на границе раздела углеродных фаз. Сформированный на поверхности основы слой богатой тромбоцитами аутоплазмы крови (с содержанием 0,02-0,5 г аутоплазмой на 1 см поверхности основы) индуцирует формирование новообразованной костной ткани. Богатая тромбоцитами аутоплазма крови - это собственная плазма пациента с содержанием в ней тромбоцитов до 1000000 в 1 мл. В оперированной области, т.е. на поверхности углеродной основы, тромбоциты в имеющей консистенцию желе плазме, дегранулируются с освобождением большого количества факторов роста (TGF, PDGF, EGF и др.), что обеспечивает значительную остеоиндукцию (воздействие на полипотентные клетки предшественники). При этом эффект остеогенеза приводит к формированию зрелой костной ткани на поверхности имплантата. За счет этого значительно сокращаются сроки восстановления пациента.
Таким образом, предлагаемые имплантаты сочетают в себе биологическую совместимость, опороспособность, остеоиндуктивные свойства. Все это обеспечивает хорошее сочетание имплантатов с костным окружением и быстрое прорастание имплантатов новообразующейся костной тканью и формирование костно-углеродного блока. За счет этого обеспечивается биофиксация имплантата в организме пациента без применения других материалов для их фиксирования или костной аутопластики. Особенности состава и структуры материала имплантатов позволяют эффективно использовать их при различных заболеваниях кости.
Следующий пример характеризует сущность предлагаемого изобретения:
2
Имплантат для компенсации костных дефектов в виде прямоугольной призмы (параллелепипеда) размером 5×5×10 мм состоит из углеродной основы, покрытой слоем богатой тромбоцитами аутоплазмой крови. Основа имплантата состоит из углеродных волокон (объемное содержание 28%об.) и углеродного связующего. Пористость основы имплантата - 9%об. Углеродная основа имплантата получена путем сборки заготовки из углеродных стержней диаметром 1,2 мм, сформованных из углеродных волокон, в четырех направлениях (три из которых лежат в одной плоскости и образуют угол 60° друг по отношению к другу, а четвертое - ортогонально первым трем) и последующего формирования в заготовки углеродного связующего. Формирование связующего проводят из газообразных углеводородов - метана - при температуре 1000°С до обеспечения указанной выше пористости. Поверхность имплантата покрыта слоем богатой тромбоцитами аутоплазмой крови (содержание в ней тромбоцитов не менее 750000 в 1 мл) с содержанием 0,1 г на 1 см поверхности основы.
Экспериментальные исследования по замещению костных дефектов хирургическим путем на 4 кроликах показали, что предлагаемый имплантат не вызывает каких-либо отрицательных реакций со стороны костного ложа, прочно фиксируется в нем, благодаря быстрому формированию косно-углеродного блока за счет новообразованной костной ткани.
Таким образом, применение предлагаемого изобретения обеспечивает возможность эффективного замещения костных дефектов различного типа, что важно для повышения качества лечения воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, костных травм, и для обеспечения здоровья нации.