ИМПЛАНТАТ ДЛЯ ОСТЕОПЛАСТИКИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится преимущественно к медицине, медицинской промышленности. Более конкретно она относится к имплантатам для костной пластики и может использоваться для изготовления имплантатов при замещении любого рода деструкции костной ткани, возникающей при удалении из костной ткани кист и опухолей и т.д., при восстановлении объема органа или ткани, а также в качестве носителя биологически активных веществ, лекарственных средств и клеток.
Известны имплантаты для остеопластики, включающие материалы на основе биологического сырья - нативной кости после соответствующей ее обработки. [RU 2278655 С1, опубл. 27.06.2006].
Известен имплантат для остеопластики, включающий материал на основе биологического сырья - нативной кости, полученный путем очистки, распиливания костной ткани, обезжиривания, обработки раствором мочевины, отмывания, высушивания, упаковки и стерилизации, (патент RU 2104703, 20.02.98)
Недостатком известного технического решения является то, что материал имплантата содержит в основном животное сырье, большую долю животного коллагена, который, как известно, является носителем генетической памяти о заболеваниях. При использовании такого имплантата нельзя исключать возможность проявления иммунной зависимости, других видов негативного воздействия на состояние здоровья.
3
Известен также имплантат для остеопластики, включающий материал на основе биологического сырья - нативной кости, полученный путем очистки костной ткани, распиливания на пластины толщиной 0,1-2,0 см, обработки 20% раствором щелочи (24 ч.), обезжиривания в смеси этанол:хлороформ в соотношении 1:2 (24 ч.), обработки смесью раствора 1% аммиак:1% этанол в соотношении 1:1 (10-16 ч.), отмывки деионизованной водой и насыщении сГАГ от 800 до 1500 мкг/см, отмывки буфера, высушивании, фасовки и стерилизации радиационным облучением. (Патент RU 2278679, опуб. 27.06.2006)
Недостатком известного технического решения является то, что материал имплантата, полученный путем химической обработка нативной кости приводит к частичному разрушению коллагена, а также частичной деминерализации и деструкции минерального остова костной ткани и, вследствие чего, к снижению механической прочности материала. Полученный итоговый продукт представлял собой пористо-волокнистую структуру, в которой минеральный компонент расположен над поверхностью коллагеновых волокон в виде сферических образований вдоль их длины, имел состав: не деминерализованный коллаген из костной ткани - 97-99 мас.%, сульфатированные гликозаминогликаны - 0,08-1,5 мас.%, деионизованная вода - остальное. Недостатками полученного материала также являются: высокое содержание коллагена, что не исключает иммунную зависимость, расположение минерального компонента и коллагеновых волокон таково, что единой структуры они не образуют, механические свойства в этом случае не могут быть высокими, не исключено вымывание минеральной составляющей материала при его использовании in vivo. Кроме того, технология сложная (получение сГАГ, насыщение сГАГ), применение ее для изготовления материала в больших количествах нецелесообразно, минеральный компонент в конечном продукте является крупноразмерным, что не может обеспечить равномерную структуру, а следовательно и высокие механические свойства.
Известны имплантаты для остеопластики, включающие материалы на основе синтетического ГА, смешанного с переработанным костным материалом - источником коллагена (напр., патент US 5425770 от 20.06.1995 г. Известные имплантаты также не свободны от эффекта антигенности.
2+
3-
-
-
4
10
2-х
x
4
6
Известен имплантат, включающий материал для замещения дефектов костной ткани (Патент RU 2274461 С2, опубл. 20.04.2006 - прототип)., представляющий собой пластины, состоящие из искусственно синтезированного фторгидроксиапатита (ФГА) в коллагене, при этом содержание ФГА составляет 40-90% по массе. Способ его получения характеризуется тем, что пористый коллагеновый матрикс помещают между растворами, содержащими 0,2-1 моль хлорида кальция и раствор, содержащий 0,1-1 моль/л фосфата натрия или фосфата аммония и 0,01-0.1 моль/л фторида аммония, а также раствор аммиака или гидроксида натрия. Процесс синтеза ФГА на коллагене проводят при использовании электрофореза с плотностью тока 7-20 мА/см в течение 10-24 ч. В результате происходит взаимодействие: 10 Ca+6PO +xF+(2-x)OH Са(ОН)Н(Р)(PO) и получается фторгидроксиапатит, который осаждается на волокнах белка. При этом материал формируется в виде пористых пластин толщиной 3-10 мм.
Недостатком известного имплантата является присутствие в его материале большого количества коллагена, так как осаждение ФГА происходит на пористом коллагеновом матриксе, а также большие размеры кристаллов ФГА, что не может обеспечить высокие прочностные характеристики материала. Поскольку, пористый коллагеновый матрикс получают из кости животного, не ясно какой объем в кости должны составлять поры для обеспечения прочности материала (из какой именно кости и какого возраста должен быть донор) для получения материала удовлетворительной прочности. Большое количество коллагена в получаемом продукте повышает его антигенность и снижает биосовместимость.
Таким образом, общим недостатком известных имплантатов для остеопластики, включающих материалы получаемые из биологического сырья, или содержащие в составе в качестве компонента биологическое сырье, являются присущий им в той или иной мере эффект антигенности. Следует отметить, что экстракцию неколлагеновых белков мочевиной проводят после удаления жира и частичной деминерализации костной ткани, что приводит к частичному разрушению коллагена и деструкции минерального остова костной ткани. Частичная же потеря минеральной компоненты костной ткани после деминерализации значительно уменьшает ее механические и прочностные характеристики. В то же время при такой обработке часть жиров и неколлагеновых белков остается, повышая тем самым антигенность имплантата и снижая его биосовместимость.
Следует также отметить, что процесс приживления такого имплантата для остеопластики, адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала довольно длительны, поскольку в зоне дефекта при заболеваниях и повреждениях соединительной ткани значительно снижается уровень сГАГ, отвечающих за адаптацию имплантата и адгезию клеток. Недостатком также являются соображения психологического, а подчас этического характера, связанные с использованием нативных объектов для изготовления имплантатов, пусть даже соответствующим образом переработанных, а также - отсутствие у всех перечисленных материалов антисептических свойств. Кроме того, полученные таким образом материалы и используемые для имплантатов имеют крупноразмерную структуру, что не обеспечивает их единой структуры, а следовательно и достаточной механической прочности имплантатов.
Техническая задача полезной модели состоит в получении имплантата для остеопластики, отвечающего требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладающего высокими антисептическими свойствами.
Поставленная цель достигается тем, что в имплантате для остеопластики, включающем материал, имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан; имплантат для остеопластики может быть выполнен из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан; имплантат для остеопластики может быть выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан при частичном использовании в материале наноразмерных частиц; а также - имплантат может быть выполнен из гелиобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан.
Полезная модель имеет следующие отличия от прототипа:
- имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан (вариант 1);
- имплантат может быть выполнен из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан (вариант 2);
- имплантат может быть выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан при частичном использовании в материале наноразмерных частиц (вариант 3);
- имплантат может быть выполнен из гелиобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан. (вариант 4).
Это позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладающий высокими антисептическими свойствами.
В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений, содержащих совокупность указанных отличительных признаков.
Полезная модель применима и будет использована в отрасли в 2008-2009 г.г.
Имплантат изготавливают следующим образом.
ВАРИАНТ 1.
10
4
6
2
10
4
6
2-2х
3
х
10-х+y
4
6-х
3
х
2-х+y
3
4
6
11
4
n
Имплантат изготовливают из материала, содержащего биосовместимые фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са(PO)(ОН), карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са(PO)(ОН)(СО) при 0≤х≤1 или Са(PO)(СО)(ОН) при 0 х≤2,0<y≤1/2, трикальций фосфат (ТКФ) CaPO, а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР). Каррагинан (CHNO), (ТУ 8411-008-00472012-93); Каррагинан является продуктом переработки морских водорослей.
Указанный материал является в отличие от аналогов и прототипа мелкоразмерным с размером частиц 1-5 мм, что обеспечил содержащий его состав.
Материал для имплантата использовали в виде частиц (крупинок) белой пастообразной массы, приобретающей после высыхания на воздухе прочность, сопоставимую с прочностью керамики и нативной кости.
Материал для имплантата использовали в виде кристаллических частиц.
ПРИМЕР 1.
Имплантат изготавливают путем размещения влажной пастообразной массы в предварительно изготовленную в соответствии с формой и геометрическими размерами нативного объекта матрицу, в которой на свежем воздухе ее высушивают. Время высушивания зависит от формы и геометрических размеров нативного объекта, а также - от температуры окружающей среды. После извлечения имплантата из матрицы проводят дополнительную обработку (полировку, шлифование и т.п.), затем стерилизуют и устанавливают в тело пациента в процессе хирургической операции.
Полученный имплантат может иметь форму: объемного объекта, участка кости, сустава, дентального объекта, устройств для крепления костных осколков (винты, пластины разной формы, гранулы и т.п.).
ПРИМЕР 2.
Имплантат изготавливают из кристаллического материала. Такой имплантат выполняют путем засыпки, например, в процессе операции, костных дефектов и нарушенных участков, при этом происходит процесс приживления такого имплантата; адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала.
Полезная модель по ВАРИАНТУ 1 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).
Возможность получения (в отличие от аналогов и прототипа) мелкоразмерного материала, содержащего вышеуказанные компоненты, обеспечивает большую поверхность взаимодействия частиц имплантата с тканями организма, а следовательно - равномерную структуру и активное их приживление и высокую механическую прочность имплантата.
ВАРИАНТ 2.
10
4
6
2
10
4
6
2-2х
3
х
10-х+y
4
6-x
3
х
2-х+y
3
4
Имплантат изготавливают из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са(PO)(ОН), карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са(PO)(ОН)(СО) при 0≤х≤1 или Са(PO)(СО)(ОН) при 0≤х≤2,0≤y≤1/2, трикальций фосфат (ТКФ) CaPO, а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР).
Указанный материал содержит частицы с размерами от 1 нм до 100 нм.
ПРИМЕР 3.
ПРИМЕР выполняют по ПРИМЕРУ 1 при использовании пастообразного материала, состоящего из наноразмерных частиц, содержащих синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан (КАР).
ПРИМЕР 4
ПРИМЕР выполняют по ПРИМЕРУ 2 при использовании кристаллического материала, состоящего из наноразмерных частиц, содержащих синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан (КАР).
Полезная модель по ВАРИАНТУ 2 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).
Использование для имплантата материала, состоящего из наноразмерных частиц обеспечивает однородную структуру материала, увеличение в 100 и 1000 раз поверхности взаимодействия материала с тканями организма, а следовательно значительно интенсифицирует (в сравнении с ВАРИАНТОМ 1) процесс приживления такого имплантата; адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала происходит очень активно.
ВАРИАНТ 3.
10
4
6
2
10
4
6
2-2х
3
х
10-х+y
4
6-х
3
х
2-х+y
3
4
Имплантат изготавливают из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са(PO)(ОН), карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са(PO)(ОН)(СО) при 0≤x≤1 или Са(PO)(СО)(ОН) при 0 x≤2,0≤y≤1/2, трикальций фосфат (ТКФ) CaPO, а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР) при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.
ПРИМЕР 5.
ПРИМЕР выполняют по ПРИМЕРУ 1 при использовании пастообразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан (КАР) при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.
ПРИМЕР 6.
ПРИМЕР выполняли по ПРИМЕРУ 2 при использовании кристаллического материала, состоящего из частиц, содержащих синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан (КАР) при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.
Полезная модель по ВАРИАНТУ 3 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).
Использование для имплантата материала, состоящего частично из наноразмерных частиц обеспечивает однородную структуру материала, увеличение поверхности взаимодействия материала с тканями организма, а следовательно значительно интенсифицирует процесс приживления такого имплантата; адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала происходит очень активно, но при этом полезная модель по ВАРИАНТУ 3 позволяет осуществить направленное воздействие на свойства имплантата в соответствии с задачами медицинской практики (регулирование механических характеристик, управление характером и особенностями метаболизма, придания определенных свойств имплантату в зависимости от задач его применения. Размер и количество используемых наноразмерных частиц в материале имплантата зависит от многих факторов, в частности, от характера травмы, от объема поврежденного органа и т.д.).
ВАРИАНТ 4.
10
4
6
2
10
4
6
2-2х
3
х
10-х+y
4
6-x
3
х
2-х+y
3
4
Имплантат изготавливают из гелеобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са(PO)(ОН), карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са(PO)(ОН)(СО) при 0≤x≤1 или Са(PO)(СО)(ОН) при 0≤х≤2,0≤y≤1/2, трикальций фосфат (ТКФ) CaPO, а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР).
ПРИМЕР 7.
Гелеобразный материал вводят в труднодоступные полости, например, шприцом или впрыскивают.
ПРИМЕР 8.
Гелеобразный материал наносят намазыванием на поврежденный участок.
ПРИМЕР 9.
Гелеобразный материал наносят путем окунания в него, например, титанового протеза и т.д.
Полезная модель по ВАРИАНТУ 4 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).
Преимущество ВАРИАНТА 4 состоит в том, что материал имплантата может быть введен в труднодоступные полости (например, в трещины…).
В табл.1 представлен фазовый состав продуктов синтеза ОМК ГА/КАР.
На фиг. представлены рентгеновские данные (результаты исследования ОМК ГА/КАР), полученные с использованием дифрактометра Дрон-4.
Таблица 1.
Фазовый состав продуктов синтеза ОМК ГА/КАР до (А) и после (В) термически обработки.
Образец
Термообработка
Неорганическая фаза
Массовая доля(%)
а, А
с, А
D; нм
D; Нм
А
Нет
Са<sub>10</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>6</sub>(ОН)<sub>2</sub>
100
9,442
6,878
56,8
13,6
В
900°С, 1 ч
Са<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>
100
10,430
37,396
255,8
Таблица 1.
Фазовый состав продуктов синтеза ОМК ГА/КАР до (А) и после (В) термически обработки.
Образец
Термообработка
Неорганическая фаза
Массовая доля(%)
а, А
с, А
D||; нм
D⊥; Нм
А
Нет
Са<sub>10</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>6</sub>(ОН)<sub>2</sub>
100
9,442
6,878
56,8
13,6
В
900°С, 1 ч
Са<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>
100
10,430
37,396
255,8
Таким образом, использование полезной модели позволяет получить имплантат для остеопластики, который отвечает требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладает высокими антисептическими свойствами.