Резорбируемый пористый кальцийфосфатный цемент
RESORBABLE POROUS CALCIUM PHOSPHATE CEMENT

Изобретение относится к области медицины и касается цементных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Кальцийфосфатные цементы состоят из порошковой смеси двух или более фосфатов кальция и затворяющей жидкости (ЗЖ), при смешивании которых образуется цементное тесто, твердеющее за счет химического взаимодействия компонентов порошка и жидкости. Исходный порошок представляет смесь кислых и основных фосфатов. При добавлении в смесь ЗЖ компоненты начинают взаимодействовать между собой через жидкую фазу по механизму растворения-осаждения с образованием нейтральных (рН~7) фосфатов. В качестве исходной смеси используют смесь «кислого» (монокальцийфосфат моногидрат) и «основного» (α- или β-трикальцийфосфат) фосфатов кальция и сульфата кальция семигидрата. В качестве ЗЖ используют воду, водные растворы фосфатов щелочных металлов или магния (Moseley et al. USPatent 8,025,903; Barralet etal. USPatent7,473,312). В качестве ЗЖ используют воду или растворы солей щелочных металлов, а также магния. При смешении смеси порошков фосфата кальция с ЗЖ образуется тестоподобная масса, которая со временем схватывается до образования прочного цементного камня, состоящего из кристаллического брушита.
Предложенные материалы могут быть использованы в качестве цементных паст для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов.
Наиболее близким по технической сущности и результату к предлагаемому способу является патент РФ №2485978 «Пористый кальцийфосфатный цемент» Баринова С.М. и др. Компонентами цементного порошка являются β-трикальцийфосфат, монокальцийфосфат моногидрат, гранулы карбонатгидроксиапатита (КГА). В качестве ЗЖ используют водный раствор лимонной кислоты. Основной кристаллической фазой цемента после твердения является брушит, пористость в цементе создается за счет взаимодействия КГА с лимонной кислотой. Недостатком данных материалов является использование затворяющей жидкости с большой кислотностью, даже незначительный избыток такой ЗЖ приводит к сильному закислению цемента и к ацидозу окружающих тканей при имплантации цемента.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является оптимизация состава цементного порошка для получения нейтрального цемента с рН, близким к физиологическому (рН 7), придания цементу антибактериальных свойств за счет введения в состав ТКФ ионов цинка или железа, проявляющих бактерицидные свойства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание пористого кальций-фосфатного цемента с общей пористостью 45-60%, имеющего кислотность, близкую к физиологической (рН 7±0,4).
Технический результат достигается тем, что резорбируемый пористый кальцийфосфатный цемент, состоящий из смеси порошков фосфатов кальция, гранул карбонатгидроксиапатита (КГА), и затворяющую жидкость, согласно изобретению, порошок состоит из железо- или цинксодержащего β-трикальцийфосфата, монокальциевого фосфата моногидрата (МКФМ), гранул карбонатгидроксиапатита и порошка лимонной кислоты, а затворяющей жидкостью является вода, при этом содержание компонентов в смеси составляет, мас.%:
железо- или цинксодержащий β-трикальцийфосфат
45-60
МКФМ
10-20
гранулы КГА
5-10
цитрат аммония
10-30
лимонная кислота
0,5-5,0
открытая пористость цемента составляет 40-60%, кислотность цемента близка к физиологическим значениям и находится на уровне
6,5-7,5
Сущность изобретения заключается в том, что при добавлении затворяющей жидкости (воды) к цементному порошку, содержащему твердый порошок лимонной кислоты и гранулы КГА, между этими компонентами происходит химическое взаимодействие, приводящее к выделению газообразного углекислого газа, создающего в цементе систему взаимосвязанных пор. Поскольку затворяющей жидкостью является вода, то количество ЗЖ не влияет на кислотность цемента, а влияет только на время схватывания. Таким образом, введение избытка ЗЖ не приводит к изменению кислотности цементного камня. Образующийся в результате данного взаимодействия цитрат кальция, а также цитрат аммония, входящий в состав порошка, увеличивают прочность формирующегося цементного камня.
Бактерицидные свойства цементу придают ионы цинка или железа, которые входят в структуру β-ТКФ.
Пример 1.
Для получения цементного порошка смешивали 16,0 г железо- или цинксодержащего β-ТКФ, 6,5 г МКФМ, 1,5 г лимонной кислоты и 7,0 г цитрата аммония, 1,7 г гранул КГА. 0,5 г цементного порошка смешивали с 0,15 мл воды, формировалось цементное тесто пастообразной консистенции. В течение 8-9 мин происходило схватывание цемента, что заключалось в утрате пластичности цементного теста и формировании цементного камня. рН цементного камня, который измеряли сразу после схватывания и через 10 мин после схватывания, составлял 6,5 и 6,9, соответственно. Прочность цементного камня при сжатии, которую измеряли через 3 суток после формования цемента, составила 15 МПа. Бактерицидную активность цемента изучали, помещая сформованный цементный образец в чашку Петри с культурой E.Coli. Оценку бактерицидной активности проводили по диаметру светлого кольца, образующегося вокруг образца. В качестве образца сравнения использовали цемент, содержащий незамещенный ТКФ вместо железо- или цинкзамещенного ТКФ. Светлое кольцо вокруг образца сравнения не образовывалось, в то время как вокруг образца с цинксодержащим ТКФ наблюдалось кольцо толщиной 2 мм, вокруг образца с железосодержащим ТКФ формировалось кольцо диаметром 1,5 мм, что свидетельствует о бактерицидной активности железо- и цинксодержащих цементов.
Пример 2.
0,5 г цементного порошка, полученного по примеру 1, смешивали с 0,20 мл воды, формировалось жидкое цементное тесто. В течение 15 мин происходило схватывание цемента, что заключалось в утрате пластичности цементного теста и формировании цементного камня. рН цементного камня, который измеряли сразу после схватывания и через 10 мин после схватывания, составлял 6,6 и 6,9, соответственно. Прочность цементного камня при сжатии, которую измеряли через 3 суток после формования цемента, составила 14 МПа.
Пример 3.
0,5 г цементного порошка, полученного по примеру 1, смешивали с 0,15 мл воды, формировалось цементное тесто пастообразной консистенции. В течение 8-9 мин происходило схватывание цемента, что заключалось в утрате пластичности цементного теста и формировании цементного камня. рН цементного камня, который измеряли сразу после схватывания и через 10 мин после схватывания, составлял 6,9 и 7,3, соответственно. Прочность цементного камня при сжатии, которую измеряли через 3 суток после формования цемента, составила 16 МПа. Пористость цемента составила 40%.