Карбонаткальциевый цемент для заполнения костных дефектов
CALCIUM CARBONATE CEMENT FOR BONE DEFECTS FILLING

Изобретение относится к медицине, а именно для пластической реконструкции поврежденных костных тканей.
3
Наиболее перспективными для быстрого восстановления костных тканей человека являются керамические и цементные материалы с высокой скоростью биорезорбции. К таким материалам можно отнести кальцийсодержащие материалы, состоящие из карбоната кальция (КК), представленные в виде 3-х основных фаз - кальцита, арогонита и фатерита (В.В. Смирнов, Н.В. Бакунова, С.М. Баринов и др. Влияние времени старения порошков СаСО на спекание и свойства керамики. Неорганические материалы, 2012, т. 48, №4, с. 631-636). Использование цементных материалов имеет ряд существенных преимуществ. В отличие от керамики, цементами можно быстро в ходе операции заполнить костный дефект практически любой формы. Это связано с возможностью получать вязкие цементные растворы в результате смешения цементного порошка с жидкостью. Образующаяся в ходе процесса схватывания цементного раствора пластичная масса легко заполняет костный дефект, схватывается затем за определенное время в прочный цементный камень.
Сложность получения цементов связана с необходимостью прохождения процесса схватывания в определенный период времени, достаточный для смешения компонентов цемента и введения полученного раствора в зону дефекта. При этом важным является, чтобы сроки схватывания также не были велики, так как это приводит к увеличению продолжительности проведения хирургического операционного вмешательства. Кроме того, важным является структура материала. Так, например, присутствие крупных пор (от 50 до 500-1000 мкм) способствует повышению скорости биорезорбии и более равномерному образованию костной ткани по всему объему вводимого цементного материала за счет прорастания кровеносных сосудов в поровое пространство, возможности течения физиологических потоков органических жидкостей и миграции костных клеток.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту являются КК цементы С. Combes, В. Miao, R. Bareille, С. Rey Preparation, physical-chemical characterisation and cytocompatibility of calcium carbonate cements Biomaterials V. 27, №9, 2006, P. 1945-1954. Схватывание цементов происходит в результате прохождения процесса растворения КК в жидкости (вода или 0,9% водный раствор хлорида) с последующей кристаллизацией цемента и образованием цементного камня. КК в данных цементах представляет собой смесь аморфного КК и метастабильной кристаллической фазы КК - фатерита. В результате растворения фатерита и аморфного КК, образуется насыщенный раствор, из которого происходит кристаллизация другой фазы КК - арагонита. В результате схватывания получают цементный материал, состоящий в основном КК в виде арагонита. К недостаткам материала относится отсутствие крупных пор, присутствуют только мелкие поры размером около 1-3 мкм, а также использование технологически сложно получаемого цементного порошка, состоящего из аморфного карбоната кальция и кристаллического фатерита.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании цементного пористого карбонаткальциевого материала.
Техническим результатом изобретения является получение карбонаткальциевого цемента для регенеративной костной медицины, характеризующегося высокой пористостью до 60% с размерами пор до 1000 мкм, прочностью при сжатии не менее 8 МПа, содержанием основной фазы -кальцита, временем схватывания 6-12 минут.
Технический результат достигается тем, что карбонаткальциевый цемент для заполнения костных дефектов согласно изобретению получают, используя порошок кристаллической фазы карбоната кальция – кальцита, и жидкость - водный 30-60% раствор фосфата магния, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
- порошок кальцита - 40-60%;
4
2
2
4
2
2
- водный 30-60% раствор MgHPO⋅3HO и/или Mg(HPO)⋅4HO - 40-60%,
при этом полученный материал характеризуется прочностью при сжатии не менее 8 МПа, пористостью 40-60% с размером пор до 1000 мкм, время схватывания 6-12 минут, основная фаза - кальцит.
Цементный материал указанного состава неизвестен.
При смешении порошка с жидкостью происходит взаимодействие между карбонатом кальция и кислой жидкостью, в результате реакции выделяется углекислый газ, что приводит к вспениванию образующегося цементного раствора. После прохождения процесса схватывания поры внутри затвердевшего цемента остаются, а углекислый газ выделяется во внешнюю среду. Схватывание происходит за счет образования аморфной фазы, которая является продуктом реакции между жидкостью и порошком карбоната кальция. Образующаяся аморфная фаза цементирует частицы карбонаткальциевого цемента между собой, образуя прочный каркас, в котором распределены поры, оставшиеся после вспенивания раствора. При использовании жидкости менее 40% цементный раствор становится очень вязким, что не позволяет его использовать как пластичную массу для формования. При использовании жидкости более 60% время схватывания сильно увеличивается - более 20 минут, прочность образующихся цементных образцов резко снижается - менее 5 МПа при сжатии. Полученные значения выходят за пределы заявленных. При использовании жидкости с концентрацией фосфата магния менее 30% прочность образцов меньше 6 МПа, а пористость снижается до 30%, что ниже заявленных значений. При использовании жидкости с концентрацией фосфата магния более 60% цементные образцы не образуются вследствие быстрого схватывания массы.
2
4
2
2
Пример. Цементы получали при смешении 3 г (60%) порошка кальцита с 2 г (40%) цементной жидкости (60% раствор фосфата магния (Mg(HPO)⋅4HO) в течение 2 минут до образования цементного раствора. После смешения полученный раствор помещали в тефлоновую форму диаметром 8 мм для придания цементным образцам формы. После схватывания полученные образцы вынимали из формы. В результате получали цементные образцы, содержащие кристаллическую фазу 100% кальцит, диаметр образцов 8 мм. Образцы характеризовались 50% пористостью и прочностью при сжатии 12 МПа, размером пор от 50 до 600 мкм, временем схватывания 7 минут. Были изготовлены образцы цементов, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.
5