УГЛЕРОДНЫЙ ИМПЛАНТАТ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ
CARBON IMPLANTS FOR BONE DEFECTS REPLACEMENT

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано при хирургическом лечении заболеваний кости.
В настоящее время для изготовления имплантатов используются материалы различных классов: металлы (титан), керамика (оксиды алюминия и циркония, ситаллы, гидроксиапатит) и некоторые синтетические полимеры (высокомолекулярный полиэтилен, полиметилметакрилат и др.). Металлические, полимерные и керамические материалы, используемые в качестве имплантатов, обладают рядом недостатков. Так, применение металлических имплантатов - особенно при воспалительных заболеваниях кости - часто приводит к резорбции костной ткани. Полимерные материалы подвержены биологическому старению. Керамические материалы, обладая многими достоинствами, являются слишком хрупкими и имеют высокий модуль упругости по сравнению с костной тканью, что не позволяет плавно передавать нагрузку с имплантата на кость и, в конечном счете, приводит к резорбции кости. Многих указанных недостатков лишены углеродные имплантаты.
Известен углеродный имплантат для замещения костных дефектов (патент РФ №2204361), являющийся наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению. Известный имплантат выполнен из пористого углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армированный каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси стержня. Имплантат имеет форму, наиболее приближенную к форме замещаемого дефекта. В имплантате могут быть выполнены сквозные отверстия (каналы), предназначенные для размещения в них лекарственных веществ, например антибактериальных препаратов.
Недостатком известного технического решения является его ограниченная эффективность при лечении воспалительных и онкологических заболеваний. При лечении таких заболеваний предпочтительно введение в оперированную область лекарственных веществ, подавляющих воспалительные и онкологические процессы в оперированной области. Известный имплантат обеспечивает такую возможность размещением лекарственных веществ в выполненных в имплантате отверстиях и каналах и доставку лекарственных веществ в оперированную область совместно с имплантатом. Однако эффективность такой доставки лекарственного вещества имеет ограниченную эффективность, связанную с тем, что лекарственное вещество располагается в широких каналах и быстро удаляется из имплантата в окружающие ткани, а затем и из оперированной области. Тем самым не в полной мере реализуется необходимое для лечения пролонгированное воздействие лекарства на очаг заболевания.
Задачей изобретения является создание имплантата, повышающего эффективность лечение воспалительных и онкологических заболеваний.
Технический результат достигается тем, что имплантат для замещения костных дефектов выполнен из пористого углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из углеродных волокон, и состоит из не менее чем двух составных частей, которые после совмещения образуют необходимую внешнюю форму имплантата и замкнутую полость внутри имплантата, предназначенную для размещения в ней лекарственного вещества.
Предпочтительно, что открытая пористость материала, по крайней мере, одной из составных частей имплантата составляет 5-25% об.
Предпочтительно, что замкнутая полость имплантата соединена с поверхностью имплантата одним или несколькими отверстиями диаметром не более 25% от диаметра имплантата.
Предпочтительно, что замкнутая полость заполнена лекарственным веществом из группы: антибактериальные лекарственные средства, противовоспалительные лекарственные средства, противоопухолевые лекарственные средства, иммуномодулирующие лекарственные средства.
Предпочтительно, что в замкнутой полости установлен лекарственный контейнер, состоящий из пористой основы и расположенного в порах основы лекарственного вещества.
Техническое решение поясняется фигурой (фиг. 1), на которой изображен вариант исполнения цилиндрического имплантата по предлагаемому техническому решению в разрезе. Обозначения на фиг. 1: 1 и 2 - составные части имплантата, 3 - замкнутая полость.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем:
Предлагаемый имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего армирующий каркас из углеродных волокон, и пироуглеродную матрицу, связывающую углеродные волокна в единый композиционный материал. Углеродные волокна в армирующем каркасе ориентированы в разных направлениях, что повышает изотропность композиционного материала и придает ему устойчивость к расслоению при механических нагрузках.
Композиционный материал имплантата пористый. Предпочтительно, чтобы его пористость составляла от 5 до 25% об.
Имплантат состоит не менее чем из двух частей, которые после совмещения образуют необходимую форму имплантата. Составные части сконструированы так, что после сборки имплантата из составных частей в объеме имплантата формируется замкнутая полость. Это поясняется фиг. 1, на которой изображен разрез цилиндрического имплантата, как варианта реализации предлагаемого технического решения. Приведенный на фиг. 1 имплантат состоит из двух частей, которые будучи вставлены друг в друга образуют цилиндр. Цилиндр имеет внутреннюю замкнутую полость.
Перед установкой имплантата пациенту, до соединения частей имплантата, в полость помещают лекарственное вещество. Оно может быть помещено, например, в виде раствора, геля, порошка, пилюли, а также в виде лекарственного контейнера, содержащего пористую основу, поры которой заполнены лекарственным веществом, например, описанным в патенте РФ №2406536. После этого имплантат собирают в окончательную форму и устанавливают хирургическими методами на место замещаемого костного дефекта.
В оперированной области происходит заполнение пор имплантата и замкнутой полости кровью, растворение лекарственного вещества в крови, проникшей в замкнутую полость, и постепенное выделение находящегося в имплантате лекарственного вещества за счет его диффузии через поры имплантата. Малые коэффициенты диффузии лекарственных веществ в относительно узких порах имплантата обеспечивают длительную, пролонгированную доставку лекарств в ткани, окружающие имплантат, например, в костную и мышечную ткань, что обеспечивает необходимый лечебный эффект непосредственно в оперированной области не нанося при этом вредного воздействия на другие ткани и органы организма пациента.
Для лечения воспалительных и онкологических заболеваний целесообразно заполнять замкнутую полость имплантата лекарственным веществом из группы: антибактериальные лекарственные средства, противовоспалительные лекарственные средства, противоопухолевые лекарственные средства, иммуномодулирующие лекарственные средства или их смесями.
Для обеспечения доставки лекарственного средства из замкнутой полости на поверхность имплантата материал, из которого изготовлен имплантат, должен быть пористым. При повышенной пористости материала имплантата наблюдается более высокая скорость выделения лекарственного вещества, но снижается общее время его выделения за счет быстрого истощения источника лекарственного вещества. Наоборот, при малой пористости материала имплантата снижается скорость выделения лекарственного вещества, но увеличивается время его выделения. Предпочтительная пористость составляет от 5 до 25%об., что обеспечивает оптимальное соотношение скорости выделения лекарственного средства и общего времени его выделения.
В ряде случаев предпочтительно формирование в имплантате сквозных отверстий, связывающих замкнутую полость с поверхностью имплантата. При наличии таких отверстий ускоряется процесс выделения лекарственных веществ из имплантата. Количество таких отверстий может быть одно или несколько, что зависит от конструкции, внешней формы и размеров имплантата. Но диаметр отверстий предпочтительно небольшой - не более 25% от размера замкнутой полости, т.к. в случае больших по размеру отверстий скорость выделения становится слишком большой и сокращается время пролонгированной доставки лекарственного вещества в оперированную область.
Таким образом, применение предлагаемого технического решения обеспечивает создание пористого углеродного имплантата для замещения костных дефектов, обеспечивающего повышение эффективности лечения воспалительных и онкологических заболеваний за счет применения его для пролонгированной доставки лекарственных веществ в оперированную область пациента.