Способ получения биоимплантата на основе стерильного деорганифицированного костного матрикса
METHOD FOR PRODUCING BIOIMPLANT BASED ON STERILE DE-ORGANIZED BONE MATRIX

Изобретение относится к медицине, а именно: к травматологии, ортопедии, гнойной хирургии, к другим отраслям восстановительной хирургии для репарации минерализованной соединительной ткани в инфицированных ранах, репродукции тканей и биопротезирования. Может быть применено в работе «костных банков» для обеспечения костными имплантатами и имплантационными препаратами учреждения здравоохранения.
Известны различные технологии получения трансплантатов и имплантатов в зависимости от поставленных задач.
Известны способы получения биоактивных костно-пластических материалов, например материала «Депротекс» (пат. РФ №2232585), материала «Костма» (пат. РФ №2211708),материала «Оргамакс» (пат. РФ №2344826). Для получения этих материалов используют измельченную костную муку.
Данные способы получения костно-пластического материала имеют общий недостаток, а именно, нарушена микроструктура костной ткани, что затрудняет миграцию клеток в процессе остеосинтеза.
Известен комбинированный способ стерилизации костного имплантата (пат РФ №2630464), включающий начальную обработку образцов озоно-воздушной смесью и повторную аналогичную обработку озоно-воздушной смесью перед хранением образцов. Обработку образцов осуществляют озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 6-8 мг/л и продолжительностью 10-20 мин с последующим окончательным радиационным облучением потоком быстрых электронов с величиной поглощенной дозы 11-15 кГр герметично упакованных образцов.
3
Известен способ изготовления костного имплантата (пат. РФ №2526429), включающий механическую обработку гидродинамической струей фрагмента костной ткани, деминерализацию заготовки в растворе неорганической кислоты, нейтрализацию остатков кислоты, промывку заготовки из костного материала, ее стерилизацию и консервацию. Стерилизацию имплантата осуществляют озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 5-50 мг/м в течение 7-10 мин перед механической обработкой и аналогичную окончательную стерилизацию после завершения технологического процесса изготовления имплантата. Данный метод кроме очевидных плюсов имеет недостаток - возможная имунная реакция организма на белковую составляющую органической фазы костного имплантата.
Известен способ получения костного трансплантата (пат РФ №2223104) путем депротеинизации фрагментов в 0,01% растворе химопсина, затем в 10% растворе перекиси водорода в течение 48 часов, обработку жидким эфиром, высушивание и обработку 10% раствором хлористого лития в течение 16 часов и стерилизацию целевого продукта. При этом фрагменты длинных трубчатых костей депротеинизируют в растворе химопсина в течение 96 часов, а при обработке 10% раствором перекиси водорода их помещают в переменное магнитное поле при 45°С. Недостатком метода является возможная антигенная активность деминерализованной кости и отсутствие антимикробных свойств, что затрудняет применение трансплантата в гнойной хирургии при репарации инфицированных ран.
Известен способ получения костного имплантата на основе стерильного деминерализованного костного матрикса (пат РФ №2629664), включающиймеханическую обработку с использованием стерильной рабочей жидкости и последующую стерилизацию и консервацию полученных образцов. Сначала осуществляют стерилизацию костного образца озоновоздушной смесью с концентрацией озона 5÷10 мг/л в течение 10÷12 минут, затем механическую обработку проводят режущими инструментами в рабочей жидкости, в качестве которой используют стерильный, охлажденный до температуры +(4÷6)°С раствор Рингера с содержанием сангвиритрина в концентрации 0,01% в пересчете на активное вещество. После этого полученные образцы повторно стерилизуют озоно-воздушной смесью аналогичным образом. Предлагаемый способ механической обработки костных образцов обеспечивает достижение 100% стерилизации костных образцов при сохранении их остеоиндуктивных свойств после механической обработки, сохранность морфологических и биопластических свойств стерилизуемых объектов, сокращение трудоемкости и времени подготовки имплантатовк их клиническому использованию и образцов для различных физико-химических исследований.
Известен способ получения костного имплантата на основе стерильного деминерализованного костного матрикса (пат РФ №2679121), выбранный в качестве прототипа, включающий деминерализацию заготовки с последующей комбинированной стерилизацией озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 6-8 мг/л и продолжительностью 10-20 мин и радиационным облучением потоком быстрых электронов с величиной поглощенной дозы 11-15 кГр герметично упакованных образцов. При этом механическую обработку костного матрикса проводят с учетом направления остеонных структур кости в стерильном охлажденном до 4°С растворе Рингера с содержанием сангвиритрина 0,01% в пересчете на активное вещество, и дополнительно осуществляют инкубацию деминерализованного костного матрикса в 0,2% растворе сангвиритрина при температуре 37°С в течении 72-144 часов, после чего готовое средство сушат при 20°С и герметично упаковывают.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего морфологическую сохранность микроструктуры костного имплантата, пористость и способность к быстрой биорезорбции, стерильность, инертность по отношению к окружающим тканям и отсутствие антигенной активности костных имплантатов.
Технический результат изобретения состоит в технологии получения деорганифицированных костных имплантатов, обеспечения стерильности и отсутствия антигенной активности деорганифицированного костного матрикса, в придании имплантатам антимикробных свойств за счет иммобилизациилекарственного средства растительного происхождения с выраженными антимикробными свойствами и с оптимальной подобранной концентрацией.
Достижение технического результата возможно при использовании способа получения костного имплантата на основе стерильного костного матрикса, включающий механическую обработку костифрезерованием с учетом направления остеонных структур кости в среде охлажденного до 4°С стерильного раствора, инкубацию костного матрикса в растворе сангвиритрина для его иммобилизации с последующей 2-х этапной комбинированной стерилизацией озоно-кислородной смесью с концентрацией озона 6-8 мг/л и продолжительностью 10-20 мин в проточном режиме на первом этапе и радиационным облучением потоком быстрых электронов с величиной поглощенной дозы 11-15 кГр герметично упакованных образцов на втором этапе. В качестве охлаждающей рабочей жидкости используют 0,9% раствор натрия хлорида, который подают в зону резания в процессе механической обработки кости струей со скоростью 3 литра/мин, осуществляют удаление органической фазы кости в 10% растворе гипохлорита натрия в течение 144 часов при 20°С и соотношении объема имплантат/раствор равного 1/100, с последующей иммобилизацией на полученном минеральном костном матриксе сангвиритрина путем инкубации деорганифицированного имплантата в 0,9% растворе натрия хлорида с концентрацией сангвиритрина 0,05% при температуре 37°С в течении 72 часов.
2
Препарат Сангвиритрин является природным фитоантисептиком. Производитель: ФГБНУ ВИЛАР (Россия) - Фармакопейная статья 42-2444-98. Представляет собой субстанцию в виде суммыбисульфатов двух близких по структуре и физико-химическим свойствам четвертичных бензо[с]фенантридиновых алкалоидов сангвинарина (I 2R=CH) и хелеритрина (IIR=Me) (в виде моногидратов). Важной особенностью сангвиритрина является отсутствие возникновения устойчивости к нему микроорганизмов.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Для реализации предложенного способа получения биоимплантата авторы использовали установку для фрезерования в охлаждающей среде (рисунок 1), включающую корпус (1) с крышкой (2). Корпус в верхней и нижней части снабжен штуцерами (3). В основании корпуса установлена шаровая опора (4) для обеспечения параллельности оси фрезы и обрабатываемого костного фрагмента в случае конической формы диафиза кости (отклонения ее от цилиндрической), закрепленная с помощью шпильки (5), в верхней части которой посредством гайки (6) закреплена специальная пластина (7), используемая для крепления образца (8) и его разметки на переднюю, заднюю, латеральную и медиальную зоны. Обработка образца производили режущим инструментом (9), например плоской отрезной фрезой.
После закрепления образца в установке при герметично закрытой крышке (2) в корпус подается через верхний штуцер (3) озоновоздушная смесь с концентрацией озона 8 мг/л. Обдув объекта производят непрерывно в течение 10 минут. Затем в корпус заливают охлажденный раствор 0.9% натрия хлорида и при открытой крышке проводят механическую обработку образца. После окончания механической обработки костного образца раствор сливается через нижний штуцер (3), закрывается крышка, и в камеру снова подается озоно-кислородная смесь для предварительной стерилизации образца.
Пример 1 Получение костного имплантата
С периостальной поверхности диафиза кости удаляют мягкие ткани, отделяют диафиз, который разделяют на 3 части, из костно-мозгового канала и его эндостальной поверхности удаляют костный мозг. Заготовки помещают в 3% раствор перекиси водорода для удаления компонентов крови.
- Проводят предварительную стерилизацию заготовок обдувом в проточном режиме озоно-кислородной смесью с концентрацией озона 8 мг/л в течение 10 минут.
- С использованием установки (см. рис. 1), фрагмент диафиза погружают в охлаждающую среду 0.9% натрия хлорида, закрепляют и методом фрезерования с использованием цилиндрических фрез получают цилиндрические заготовки имплантатов диаметром 5 мм. Фрезеровка производится с экспериментально установленными оптимальными параметрами фрезерования кости - скорость вращения шпинделя станка - 600 об/мин., скорость подачи фрезы - 5 мм/мин. В качестве охлаждающей среды используют раствор 0,9% натрия хлорида, охлажденный до 4°С. Торцевые поверхности полученных цилиндрических заготовок обрабатывают с использованием плоской отрезной фрезы (140×0,3 мм) с алмазным напылением с подачей охлаждающей среды в один проход. Обработка торцевых поверхностей имплантата производится с экспериментально установленными оптимальными параметрами резания костной ткани - скорость вращения шпинделя станка - 2000 об/мин., скорость подачи фрезы - 5 мм/мин. В качестве охлаждающей среды в зону резания подают струей раствор 0,9% натрия хлорида, охлажденный до 4°С в количестве 3 литра/мин.
- Полученные костные заготовки помещают в 10%) раствор гипохлорита натрия для удаления органической фазы костной ткани. Содержание активного хлора - 100 г/л, максимальная продолжительность деорганификации - 144 часа при 20°С. Соотношение объема имплантат/раствор равно 1/100, что позволяет не производить замену раствора в процессе деорганификации (удаление органической фазы кости). Изменение содержания органического матрикса на различных этапах обработки контролируют с помощью световой микроскопии и элементного анализа с использованием рентгеновской спектроскопии.
- Полученные деорганифицированные образцы отмывают в дистиллированной воде и инкубируют в раствор 0,9% натрия хлорида с концентрацией сангвиритрина 0,05% для его иммобилизации при температуре 37°С в течение 72 часов. После удаления органической составляющей остается только минеральная фаза кости деорганифицированный костный матрикс.
- Полученные деорганифицированные имплантаты с адсорбированным сангвиритрином высушивают при температуре 37°С, закладывают в незапечатанную упаковку и проводят первый этап комбинированной стерилизации - обработку имплантата озоно-кислородной смесью с концентрацией озона 6-8 мг/л в течение 10 минут в проточном режиме совместно с упаковкой. Проводят кондиционирование имплантата в асептических условиях в течение 15 минут при 20°С. С использованием термоаппарата F70-400 (Нидерланды) герметично запаивают имплантаты в упаковке и проводят второй этап стерилизации герметично упакованных имплантатов - радиационным облучением с величиной поглощенной дозы 11-15 кГр.
Контрольные образцы деорганифицированных имплантатов контролируют по основным показателям качества и оценки безопасности костных имплантатов (Таблица 1).