CZ303996B6

CZ303996B6 - Polymerní kompozice s ko-kontinuální strukturou, zejména k príprave implantátu se zvýsenou biokompatibilitou

Info

Publication number: CZ303996B6
Application number: CZ20120164A
Authority: CZ
Inventors: Sedlarík@Vladimír; Kucharczyk@Pavel; Sáha@Petr
Original assignee: Univerzita Tomáse Bati ve Zlíne
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-08-07
Also published as: WO2013131499A1; CZ2012164A3

Abstract

Polymerní kompozice s ko-kontinuální strukturou je tvorena vzájemne propojenou kontinuální strukturou nosného skeletu a kontinuální strukturou biresorbovatelné výplne, pricemz nosný skelet je na bázi alespon jednoho bioinertního polymeru a bioresorbovatelná výpln je na bázi alespon jednoho polymeru hydrolyticky anebo enzymaticky rozlozitelného v prostredí zivých organismu, a zároven hmotnostní pomer nosného skeletu a bioresorbovatelné výplne je 20:80 az 80:20. Polymerní kompozice má s výhodou nosný skelet vytvoren na bázi polyolefinu, polyuretanu, polyesteru, vinylových polymeru, polymethylmethakrylátu a/nebo jejich kopolymeru. Bioresorbovatelná výpln pak je s výhodou tvorena materiálem na bázi polylaktidu a/nebo jeho kopolymeru, polyanhydridu, skrobu a/nebo jeho derivátu a ve vode rozpustných polymeru - polyethylenglykolu, polypropylenglykolu, polyvinylalkoholu a/nebo polyvinyl-pyrrolidonu.

Description

Polymerní kompozice s ko-kontinuální strukturou, zejména k přípravě implantátů se zvýšenou biokompatibilitou

Oblast techniky

Vynález se týká polymerní kompozice s ko-kontinuální strukturou, určené zejména k přípravě/úpravě implantátů se zvýšenou biokompatibilitou a dále s možností řízeného uvolňování biologicky aktivních látek. Řešení je určeno pro využití v humánní a veterinární medicíně.

Dosavadní stav techniky

Polymerní implantáty pro ortopedické a dentální aplikace lze rozdělit z pohledu jejich interakce s živým organismem do dvou skupin. První skupina - bioinertní implantáty - je vyrobena z polymerů, které během jejich přítomnosti v organismu nepodléhají chemické dekompozici a plní tedy svůj účel v původním stavu, tvaru a velikosti, za nezměněných mechanických vlastností. Druhá skupina - resorbovatelné implantáty - je připravena z materiálů, které mohou být organismem resorbovány, přičemž jsou postupně nahrazovány tkání, jejíž funkci dočasně převzaly.

Polymerní implantáty první skupiny představují jako takové jednodušší řešení, protože však nejsou ve srovnání například s titanovými implantáty zcela inertní co do působení na okolní tkáň, při dlouhodobém kontaktu může docházet ke zhoršené kompatibilitě materiálu implantátu s vlastní tkání organismu a tím k nežádoucím komplikacím.

Druhá skupina - resorbovatelné implantáty - je výhodná vzhledem k možnosti postupného totálního odbourání dočasné náhrady - implantátu - z těla pacienta, což je v některých aplikacích velmi žádoucí. Nevýhodou těchto implantátů však je těžko odhadnutelný vývoj degradace a souvisejících změn mechanických vlastností vlastního implantátu, což může mít z hlediska jeho funkce fatální důsledky.

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem se objevují snahy vyhovět současně požadavkům na mechanickou pevnost i potřebě bezproblémového začlenění implantátu do tělního prostředí. Z těchto důvodů se volí jako materiál implantátu polymery, které jsou biokompatibilní a přitom v prostředí organismu dostatečně stabilní, tedy bioinertní nebo s velmi pomalou biodegradací, a jejich zakomponování do organismu je posíleno pomocí pórovité struktury, do níž pak postupně prorůstá tělní tkáň. Toto řešení je v mnoha ohledech výhodné, jeho určitým nedostatkem je pokles mechanické pevnosti a dalších důležitých fyzikálně mechanických vlastností, které s sebou nese vytvoření pórovité struktury.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých řešení polymemích implantátů, určených především pro ortopedické a dentální aplikace, do značné míry odstraňuje polymerní kompozice s ko-kontinuální strukturou, zejména k přípravě/úpravě implantátů se zvýšenou biokompatibilitou, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že polymerní kompozice je tvořena vzájemně propojenou kontinuální strukturou nosného skeletu a kontinuální strukturou bioresorbovatelné výplně, přičemž nosný skelet je na bázi alespoň jednoho bioinertního polymeru a bioresorbovatelná výplň je na bázi alespoň jednoho polymeru hydrolyticky anebo enzymaticky rozložitelného v prostředí živých organismů, a zároveň hmotnostní poměr nosného skeletu a bioresorbovatelné výplně je 20:80 až 80:20.

Polymerní kompozice s ko-kontinuální strukturou podle vynálezu má s výhodou nosný skelet vytvořen na bázi polyolefinů, polyuretanů, polyesterů, vinylových polymerů, polymethylmeth- 1 CZ 303996 B6 akrylátu a/nebo jejich kopolymeru. Bioresorbovatelná výplň pak je s výhodou na bázi polylaktidu a/nebo jeho kopolymerů, polyanhydridů, škrobu a/nebo jeho derivátů a ve vodě rozpustných polymerů - polyethylenglykolu, polypropylenglykolu, polyvinylalkoholu a/nebo polyvinylpyrrolidonu.

Polymerní kompozice podle vynálezu může mít v bioresorbovatelné výplni začleněnou biologicky aktivní komponentu, například na bázi přírodních antibiotik, silic a/nebo aromatických extraktů z přírodních materiálů.

Polymerní kompozice podle vynálezu může být použita nejen jako samonosný materiál tvořící tělo implantátu, ale může být rovněž aplikována jako biokompatibilní povrchová vrstva na běžném implantátu tvořeném bioinertním polymerem, kovem a/nebo keramikou.

Polymerní kompozice podle vynálezu umožňuje zvýšení biokompatibility implantátů zní vyrobených díky tomu, že je charakteristická dvěma spojitými a navzájem propojenými fázemi nosným skeletem a bioresorbovatelnou výplní. V případě implantátu vyrobeného z takové kompozice dochází v prostředí živého organismu postupně k selektivní degradaci a resorpci kontinuální bioresorbovatelné výplně. Prostor, který byl původně zaujímán bioresorbovatelnou výplní, pak tvoří spojité dutiny v nosném skeletu, které mohou být posléze nahrazeny tkání vrůstající do porézní struktury nově vzniklé z původně celistvého implantátu. Zbývající porézní a postupně zaplňovaný nosný skelet pak působí jako mechanická podpora pro nově vzniklý tkání prorůstající útvar.

Polymerní kompozice podle vynálezu jsou velmi dobře využitelné především v dentální chirurgii, kdy dochází k zachování mechanických vlastností implantátu a zároveň k resorpci velké části jeho hmoty a nahrazení živou tkání.

Další aditivní výhody polymerní kompozice podle vynálezu pak nabývají na významu v případech, kdy je navíc do bioresorbovatelné výplně selektivně inkorporována bioaktivní komponenta, která bude pak během procesu degradace a resorpce výplně uvolňována do okolního tkáňového prostředí. Kromě zvýšení kompatibility dané prorůstáním tkáně dovnitř implantátu pak lze očekávat také podpůrný asimilační či léčebný účinek vlivem postupného uvolňování bioaktivní složky, což urychlí proces hojení v místě implantace a také zamezí možným negativním interakcím způsobených vlivem operačního úkonu, odezvy na implantát jako takové nebo případné nozokomiální infekce.

Přehled obrázků na výkresech

K bližším objasnění podstaty vynálezu slouží příklad polymerní kompozice s kontinuální strukturou, znázorněnou na přiložených výkresech, kde obr. 1 představuje snímek z elektronového mikroskopu, zachycující strukturu nosného skeletu na bázi polyamidu 6 (PA6) po selektivním odstranění bioresorbovatelné výplně na bázi polylaktidu (PLA), jak je popsáno v příkladu 1. Obr. 2 představuje analogický snímek struktury nosného skeletu na bázi nízkohustotního polyetylénu (LDPE), což odpovídá příkladu 2.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Byly připraveny částečně rozložitelné polymerní kompozice na bázi polyamidu 6 (PA6) a polymeru kyseliny mléčné (PLA) v různých koncentračních poměrech v koncentračním rozmezí 50 až 60 hmotn. % PLA. Jednotlivé kompozice PA6/PLA byly podrobeny analýze na detekci vzniku

-2CZ 303996 B6 ko-kontinuální struktury. Plně rozvinutá ko-kontinuální struktura P6/PLA byla nalezena u kompozice o hmotnostním poměru PA6/PLA 40/60 - viz obr. 1.

Příklad 2

Byly připraveny částečně rozložitelné polymemí směsi na bázi nízkohustotního polyetylénu (LDPE) a polymeru kyseliny mléčné (PLA) v různých koncentračních poměrech. Jednotlivé kompozice LDPE/PLA byly podrobeny analýze na detekci vzniku ko-kontinuální struktury. Plně rozvinutá ko-kontinuální struktura LDPE/PLA byla nalezena u kompozice o hmotnostním poměru 50/50 - viz obr. 2.

Příklad 3

Byly připraveny polymemí kompozice dle příkladu 1 stím rozdílem, že navíc obsahovaly 1 hmotn. % krystalové violeti (CV), vztaženo na celkovou hmotnost obou polymerů. Takto připravené směsi byly podrobovány hydrolytické degradaci při různých pH (3, 7, 9) a byla sledována koncentrace uvolněné CV. Výsledky ukázaly, že maximální množství CV bylo uvolněno z kompozice vykazující ko-kontinuální strukturu detekovanou v příkladu 1.

Příklad 4

Byly připraveny polymemí kompozice dle příkladu č. 2 s tím rozdílem, že navíc obsahovaly 1 hmotn. % krystalové violeti (CV), vztaženo na celkovou hmotnost obou polymerů. Takto připravené směsi byly podrobovány hydrolytické degradaci při různých pH (3, 7, 9) a byla sledována koncentrace uvolněné CV. Výsledky ukázaly, že maximální množství CV bylo uvolněno z kompozice vykazující ko-kontinuální strukturu detekovanou v příkladu 2.

Průmyslová využitelnost

Polymemí kompozice s ko-kontinuální strukturou podle vynálezu je využitelná zejména v humánní a veterinární medicíně. Představuje materiál s vlastnostmi předurčujícími jej k přípravě implantátů se zvýšenou biokompatibilitou. Přítomnosti bioresorbovatelné složky je zároveň možno využít k řízenému uvolňování biologicky aktivních látek.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Polymemí kompozice s ko-kontinuální strukturou, zejména k přípravě/úpravě implantátů se zvýšenou biokompatibilitou, vyznačující se tím, že je tvořena vzájemně propojenou kontinuální strukturou nosného skeletu a kontinuální strukturou bioresorbovatelné výplně, přičemž nosný skelet je na bázi alespoň jednoho bioinertního polymeru a bioresorbovatelná výplň je na bázi alespoň jednoho polymeru hydrolyticky anebo enzymaticky rozložitelného v prostředí živých organismů, a zároveň hmotnostní poměr nosného skeletu a bioresorbovatelné výplně je 20 : 80 až 80 : 20.
2. Polymemí kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že nosný skelet je na bázi polyolefmů, polyuretanů, polyesterů, vinylových polymerů, polymethylmethakrylátu a/nebo jejich kopolymerů.

-3 CZ 303996 B6
3. Polymemí kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že bioresorbovatelná výplň je na bázi polylaktidu a/nebo jeho kopolymerů, poiyanhydridů, škrobu a/nebo jeho derivátů a ve vodě rozpustných polymerů - polyethylenglykolu, polypropylenglykolu, polyvinylalkoholu

5 a/nebo polyvinylpyrrolidonu.
4. Polymemí kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že bioresorbovatelná výplň obsahuje biologicky aktivní komponentu, zejména na bázi přírodních antibiotik, silic a/nebo aromatických extraktů z přírodních materiálů.
5. Polymemí kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymemí kompozice tvoří biokompatibilní povrchovou vrstvu na běžném implantátu tvořeném bioinertním polymerem, kovem a/nebo keramikou.