СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТЬЮ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ
METHOD FOR PRODUCING BIODEGRADABLE COMPOSITE MATERIALS WITH OPEN POROSITY FOR BONE TISSUE RECOVERY

Изобретение относится к способам получения биодеградируемых пористых полимерных композиционных материалов на основе гидроксиапатита (ГА) и сополимера лактида и гликолида (СЛГ), которые могут быть использованы для пластической реконструкции повреждённых плоских и смешанных костей.
Известен способ изготовления имплантатов, в котором материалы получают послойным электроплазменным напылением титана и гидроксиапатита на металлическую основу (патент RU 2529262; МПК A61L27/30, A61F2/02, C23C18/42; опубл. 27.09.2014). Недостатком способа является применение дорогостоящего специфического оборудования. Кроме того, такие материалы требуют замены и повторной операции, а из-за своей металлической основы способны вызывать аллергические реакции.
Известен способ получения пористых полимерных биодеградируемых изделий для регенерации костной ткани, в котором композиты из смеси полилактида и гидроксиапатита получают методом вакуумирования раствора в форме (патент RU 2327709; МПК C08G63/08, C08L101/16, A61L27/58; опубл. 27.06.2008). Способ позволяет добиться высокой пористости материала, однако для получения раствора используются высокотоксичные фторсодержащие растворители. Это усложняет процесс получения, т.к. требуется контроль удаления растворителя.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является способ получения пористой керамики для лечения дефектов костной ткани из фосфатов кальция, в котором пористую керамику получают пропитыванием полиэтиленовой матрицы керамическим шликером ГА с последующим отжигом матрицы и спеканием керамики. В результате получается пористая гидроксиапатитная керамика с варьируемой пористостью (патент RU 2578435; МПК A61L27/10, A61L27/02, A61F2/28; опубл. 27.03.2016). Способ принят за прототип.
Использование чистой керамики не обеспечивает требуемой прочности и резорбируемости. Так же существенным недостатком является использование полиэтиленовых матриц, что значительно усложняет процесс получения материала.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения биодеградируемых керамических материалов со сквозной объемной пористостью не ниже 30% на основе ГА, СЛГ и порообразующего агента (хлорида натрия). Основное преимущество метода заключается в упрощении создания и регулирования пористости c использованием простого порообразователя – хлорида натрия и стандартного лабораторного оборудования. Пропитка СЛГ позволяет улучшить механические характеристики, а так же повышает резорбируемость материала.
Поставленная задача решается за счет того, что пористую керамику получают прессованием гидроксиапатита и порообразующего агента хлорида натрия в количестве 10-50 масс.%, которые спекают при температуре 700 °С в течение 5 ч. с последующим растворением хлорида натрия и образованием открытой объемной пористости 30-45%, после чего пористую керамику пропитывают раствором сополимера лактида и гликолида молекулярной массой 10-100 кДа при одновременном воздействии ультразвуком, что позволяет добиться более равномерной пропитки.
Технический результат достигается за счет получения биосовместимого материала на основе покрытой СЛГ под действием ультразвука керамики на основе ГА с использованием нетоксичного вымываемого порообразователя, регулируя количество которого, можно контролировать пористость материала.
Костно-протезный материал накладывают на дефектную часть кости, заполняя её. Материал постепенно абсорбируется живым организмом и со временем полностью заменяется новой костной тканью. Процесс восстановления начинается с момента прикрепления клеток-остеобластов к поверхности протезного материала. При этом существенно, чтобы материал обладал высокой биосовместимостью и биорезорбируемостью. Подходящими свойствами обладают ГА и СЛГ в качестве основных компонентов. Получаемый материал имеет сквозные макроразмерные поры 50-300 мкм и общую объемную пористость более 30%, достаточную для пролиферации тканей.
Процесс получения материала включает три этапа:
Этап 1. Формирование каркаса смешением ГА и хлорида натрия в количестве от 10 до 50 масс.% до образования гомогенной смеси с последующим прессованием (P = 200 Бар). Сформированный каркас прокаливают в муфельной печи при температуре 700°С в течение 5 часов.
Этап 2. Формирование открытой пористости. Полученные на первом этапе каркасы выдерживают в дистиллированной воде 1 сутки с постоянной сменой воды через каждые 6 часов, после чего пористую гидроксиапатитную керамику высушивают в вакууме до полного удаления влаги.
Этап 3. Пропитка каркасов полимером. Сополимер растворяют в хлороформе для получения растворов полимера с разной молекулярной массой (10-100 кДа) и погружают каркасы в растворы СЛГ с их одновременной обработкой ультразвуком. Подобная обработка ультразвуком необходима для более полного удаления пузырьков воздуха из пористого каркаса с целью получения однородного покрытия и такая обработка позволяет существенно сокращает время пропитки.
Одними из вариантов реализаций способа могут быть следующие.
Пример 1. Гидроксиапатит смешивают в мельнице с хлоридом натрия в массовом соотношении 90:10 в течение 1 минуты, полученную смесь помещают в пресс-форму, прессуют при давлении 200 Бар и спекают 5 ч при 700 - 800 °С. Полученный каркас выдерживают 1 сутки в дистиллированной воде со сменой жидкости каждые 6 часов, после чего высушивают 3 ч при 100 °С. Готовят раствор СЛГ с молекулярной массой 10 кДа в хлороформе (концентрация = 1 г/мл). Высушенный каркас помещают в раствор с одновременной обработкой его ультразвуком (40 кГц) в течение 30 мин. при комнатной температуре. Через 30 минут материал извлекают из раствора и сушат в вакууме при 30 °С. Средний размер пор в полученном материале составляет 80 мкм; объёмная пористость – 39 %.
Пример 2. Гидроксиапатит смешивают в мельнице с хлоридом натрия в массовом соотношении 90:10 в течение 1 минуты, полученную смесь помещают в пресс-форму, прессуют при давлении 200 Бар и спекают 5 ч при 700 °С. Полученный каркас выдерживают 1 сутки в дистиллированной воде со сменой жидкости каждые 6 часов, после чего высушивают 3 ч при 100 °С. Готовят раствор СЛГ с молекулярной массой 100 кДа в хлороформе (концентрация = 1 г/мл). Высушенный каркас помещают в раствор с одновременной обработкой его ультразвуком (40 кГц) в течение 30 мин. при комнатной температуре. Через 30 минут материал извлекают из раствора и сушат в вакууме при 30 °С. Средний размер пор в полученном материале составляет 50 мкм; объёмная пористость – 30 %.
Пример 3. Гидроксиапатит смешивают в мельнице с хлоридом натрия в массовом соотношении 50:50 в течение 1 минуты, полученную смесь помещают в пресс-форму, прессуют при давлении 200 Бар и спекают 5 ч при 700 °С. Полученный каркас выдерживают 1 сутки в дистиллированной воде со сменой жидкости каждые 6 часов, после чего высушивают 3 ч при 100 °С. Готовят раствор СЛГ с молекулярной массой 10 кДа в хлороформе (концентрация = 1 г/мл). Высушенный каркас помещают в раствор с одновременной обработкой его ультразвуком (40 кГц) в течение 30 мин при комнатной температуре. Через 30 мин материал извлекают из раствора и сушат в вакууме при 30 °С. Средний размер пор в полученном материале составляет 200 мкм; объёмная пористость – 45 %.
Пример 4. Гидроксиапатит смешивают в мельнице с хлоридом натрия в массовом соотношении 90:10 в течение 1 минуты, полученную смесь помещают в пресс-форму, прессуют при давлении 200 Бар и спекают 5 ч при 700-800 °С. Полученный каркас выдерживают 1 сутки в дистиллированной воде со сменой жидкости каждые 6 часов, после чего высушивают 3 ч при 100 °С. Готовят раствор СЛГ с молекулярной массой 100 кДа в хлороформе с концентрацией 1 г/мл. Каркас помещают на 30 - 40 мин в раствор при комнатной температуре с одновременной обработкой его ультразвуком 40 кГц. Через 30-40 минут материал извлекают из раствора и сушат в вакууме при 30 °С. Средний размер пор в полученном материале составляет 155 мкм; объёмная пористость – 40 %.
Техническим результатом изобретения является получение пористого керамического материала на основе ГА с порообразователем NaCl, пропитанного СЛГ с размером пор 50-200 мкм и открытой пористостью 30-45%, которую можно контролировать, варьируя количество хлорида натрия.