ПОРИСТЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ХИТОЗАН-ЖЕЛАТИНОВЫЙ МАТРИКС ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ
POROUS COMPOSITE CHITOSAN-GELATIN MATRIX FOR BONE DEFECT FILLING

Изобретение относится к медицине, а именно пластической реконструкции поврежденных костных тканей.
Наиболее перспективными для быстрого восстановления костных тканей человека являются пористые композиционные керамические материалы. Высокая пористость способствует более быстрой резорбции материалов и как следствие более быстрому восстановлению костной ткани. Наличие развитой поровой структуры способствует также формированию новых костных тканей по всему объему в порах и каналах пористых материалов. Повысить биактивность и резорбируемость возможно за счет использования пористых композитов, содержащих хитозан (хитозановых матриксов). Данный полимер обладает биоактивными и противовирусными свойствами. К преимуществам пористых композиционных материалов на основе хитозана по сравнению с пористой керамикой можно отнести также и их высокую эластичность и возможность их получения без использования высокотемпературного обжига. За счет эластичности и пористости хитозановые матриксы легко заполняют костные дефекты с минимальным зазором между костью и имплантатам.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту являются матриксы на основе хитозана (ХГ), (Dominique J. GriVon, М. Reza Sedighi, David V. SchaeVer,b, Jo Ann Eurell, Ann L. Johnson, Chitosan scaffolds: Interconnective pore size and cartilage engineering // Acta Biomaterialia 2 (2006) 313-320). Матриксы получали при растворении хитазана в растворе уксусной кислоты. Затем из раствора удаляли избыток воды методом сушки - вымораживания. В процессе сушки происходит удаление замороженного растворителя путем сублимации. При замораживании из исходного раствора в виде частиц льда кристаллизуется водный раствор, который затем удаляют при сушке. В результате на месте удаленного льда образуются округлые поры размером до 100 мкм. Недостаток полученных матриксов является их недостаточная растворимость, что препятствует быстрому восстановлению костных тканей, а также низкая пористость. Низкая пористость (около 80%) губок затрудняет возможность деформации губок при заполнении костных дефектов и как следствие ведет к получению плотного прилегания губки к кости, что может приводить к образованию пустот при формировании костной ткани.
Технический результат предлагаемого изобретения - получение пористых хитозан-желатиновых матриксов (ХЖМ), обладающих более высокой растворимостью и пористостью более 90%, с размером округлых пор от 20 до 400 мкм в диаметре и вытянутых пор от 20 до 3000 мкм в длину и от 10 до 200 мкм в диаметре.
Технический результат достигается тем, что пористый композиционный хитозан-желатиновый матрикс для заполнения костных дефектов согласно изобретению содержит желатин в количестве до 60 мас.% и лаурилсульфат натрия 0,2-0,4 мас.% и имеет пористость более 90% с размерами округлых пор диаметром от 20 до 400 мкм и вытянутых пор от 20 до 3000 мкм в длину и от 10 до 200 мкм в диаметре.
Указанный состав ХЖМ не известен. Для получения ХЖМ в растворе этановой кислоты растворяют хитозан и желатин при pH от 4 до 5. После полного растворения в раствор добавляют пенообразователь - добавку карбонат аммония и лаурилсульфат натрия.
При взаимодействии с этановой кислотой карбоната аммония происходит выделение пузырьков углекислого газа с образованием пор округлых форм.
Полученный вспененный раствор замораживают и подвергают сублимационной сушке. В процессе замораживания и сублимационной сушки формируется окончательная равномерная структура матрикса, характеризующаяся высокой пористостью более 90% с размером округлых пор до 400 мкм в диаметре и канальных пор до 3000 мкм в длину и до 200 мкм в диаметре. Затем полученные матриксы промывали и сушили при температуре до 80°C, при этом оставшийся карбонат аммония полностью удаляется. В результате получают пористые композиционные матриксы с различным составом и пористостью с различным размером в зависимости от концентрации в растворе исходных компонентов.
При содержании более 60 мас.% желатина при выдержке в воде губки очень быстро растворяются с частичным или полным разрушением. При содержании лаурилсульфата натрия менее 0,2 мас.% структура получается с неравномерным распределением пор, бóльшее содержание не эффективно, т.к. структура практически не меняется и снижается эластичность и прочность матриксов.
Пример. 1 Порошок хитозана 1 г и желатина 1 г растворили в 20 мл раствора этановой кислоты при pH=4-4,5. Затем в раствор при перемешивании добавили 1 г карбоната аммония и лаурилсульфата натрия 0,008 г. После замораживания при температуре ниже минус 18°C вспененную массу поместили в сублимационную сушилку. После сублимационной сушки, промывки и сушки на воздухе при 80°C получили пластичный композиционный матрикс с пористостью 95-98% и размером пор округлой формы - 20-300 мкм в диаметре. Растворимость через 7 суток составляла 11-13 мас.%.
Растворимость определяли по потере массы при выдерживании ХЖМ в воде. Образцы массой 0,5 г выдерживали в 50 мл дистиллированной воды при 37°C в течение 7 суток, после чего их извлекали, сушили при 60-80°C до полного высыхания, когда масса образцов становилась неизменной. Расчет растворимости производили по формуле:
1
2
1
P=(m-m)/m×100%,
1
где m - масса ХЖМ до испытания на растворимость;
2
m - масса ХЖМ после испытания на растворимость.
В соответствии с примерами также были изготовлены образцы ХЖМ, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.