СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ГУБОК НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ
METHOD FOR MAKING POROUS CHITOSAN SPONGES FOR BONE DEFECT FILLING

Изобретение относится к медицине, а именно для пластической реконструкции поврежденных костных тканей.
Наиболее перспективными для быстрого восстановления костных тканей человека являются пористые 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 биоактивность и резорбируемость возможно за счет использования пористых губок на основе хитозана. Данный полимер кроме высокой резорбируемости и биоактивности, обладает и противовирусными свойствами (Хитин и Хитозан. Получение, свойства и применение. Под ред. академика РАСХН К.Г.Скрябина. Наука, 2002, 365 с.). К преимуществам пористых композиционных материалов на основе хитозана по сравнению с пористой керамикой можно отнести также и их высокую эластичность и возможность получения без использования высокотемпературного обжига. За счет эластичности и пористости хитозановые губки легко заполняют костные дефекты с минимальным зазором между костью и имплантатом.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту являются губки на основе хитозана (ХГ), (Dominique J. GriVon, M. 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). Губки получали при растворении хитозана 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 вакууме. В результате на месте удаленного льда образуются поры. Недостатком полученного ХГ является использование специального оборудования (лиофильной сушки), что приводит к удлинению технологического процесса получения губок и удорожанию конечного продукта. Низкая пористость (около 80%) губок затрудняет возможность деформации губок при заполнении костных дефектов и, как следствие, получению плотного прилегания губки к кости, что может приводить к образованию пустот при формировании костной ткани.
Технический результат предлагаемого изобретения - формирование пористой структуры губок на основе хитозана при физиологических температурах с пористостью более 85%.
Для достижения технического результата предлагается хитозановые губки, состоящие из высокомолекулярного (молекулярная масса более 300000 г/моль) хитозана, получаемые в результате вспенивания водного раствора хитозана при добавлении добавки карбоната аммония с последующей обработкой в растворе этанола и сушкой при температуре до 40°С.
Указанный способ получения ХГ неизвестен. Для получения ХГ в растворе этановой кислоты растворяют высокомолекулярный хитозан при рН от 6 до 6,5. После полного растворения хитозана при перемешивании добавляют порошок добавки карбоната аммония до 20-70 мас.% по отношению к содержанию хитозана в растворе.
В результате взаимодействия кислоты, содержавшейся в исходном растворе, и карбоната аммония происходит вспенивание за счет выделения углекислого газа, и формирование пористой губчатой структуры с одновременным твердением образующейся губки. Полученную губку затем отмывают от избытка воды и остатков кислоты в этаноле и сушат. В результате получают ХГ с пористостью от 85 до 98% в зависимости от состава. При содержании добавки более 70 мас.% в губке образуются многочисленные крупные поры, в результате структура становится рыхлой и хрупкой, что приводит к разрушению губок при деформации. При снижении количества карбоната аммония менее 20 мас.% не происходит формирование твердой пористой губки (твердения) при их вспенивании.
Пример. 1 Порошок высокомолекулярного хитозана (молекулярная масса 400000-500000 г/моль) в количестве 1 г растворили в 20 мл раствора этановой кислоты. Затем при перемешивании добавили 1 г порошка карбоната аммония. Полученную губку промывали этанолом и сушили на воздухе при 20-25°с до удаления жидкости. В результате получили пластичную губку с пористостью 90-95%.
В соответствии с примером также были изготовлены образцы ХГ, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.
№ образца
Молекулярная масса хитозана, г/моль
Содержание Хитозана, мас.%
Содержание добавки, мас.%
Пористость, %
Примечание
1
400000-500000
50
50
90-95
300000-350000
80
20
85-90
Более 500000
30
70
95-98
2
300000-350000
10
90
При деформации губка разрушается
3
более 500000
95
5
Губка не образуется
4
50000-150000
50
50
Губка не образуется
5. прототип
200000
65
-
80