PL206394B1 - Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego - Google Patents
Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnegoInfo
- Publication number
- PL206394B1 PL206394B1 PL387872A PL38787209A PL206394B1 PL 206394 B1 PL206394 B1 PL 206394B1 PL 387872 A PL387872 A PL 387872A PL 38787209 A PL38787209 A PL 38787209A PL 206394 B1 PL206394 B1 PL 206394B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- granules
- composite
- water
- per
- curdlan
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229920002558 Curdlan Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000001879 Curdlan Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229940078035 curdlan Drugs 0.000 claims abstract description 13
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 12
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 235000019316 curdlan Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 6
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 claims description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 3
- 239000004068 calcium phosphate ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 229920002498 Beta-glucan Polymers 0.000 abstract description 2
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 26
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 25
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 20
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 9
- 102000009123 Fibrin Human genes 0.000 description 8
- 108010073385 Fibrin Proteins 0.000 description 8
- BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N Fibrin monomer Chemical compound CNC(=O)CNC(=O)CN BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229950003499 fibrin Drugs 0.000 description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 2
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 6-[(5S)-5-[[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]methyl]-2-oxo-1,3-oxazolidin-3-yl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C[C@H]1CN(C(O1)=O)C1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1 CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 244000132059 Carica parviflora Species 0.000 description 1
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 1
- 206010011732 Cyst Diseases 0.000 description 1
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 description 1
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- 108060008682 Tumor Necrosis Factor Proteins 0.000 description 1
- 102000000852 Tumor Necrosis Factor-alpha Human genes 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQBZAOZWBKABNC-UHFFFAOYSA-N [P].[Ca] Chemical group [P].[Ca] ZQBZAOZWBKABNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002266 amputation Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000037176 bone building Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 208000031513 cyst Diseases 0.000 description 1
- 230000002559 cytogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 description 1
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001613 neoplastic effect Effects 0.000 description 1
- CVPJXKJISAFJDU-UHFFFAOYSA-A nonacalcium;magnesium;hydrogen phosphate;iron(2+);hexaphosphate Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Fe+2].OP([O-])([O-])=O.OP([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O CVPJXKJISAFJDU-UHFFFAOYSA-A 0.000 description 1
- 230000002246 oncogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 1
- 230000002188 osteogenic effect Effects 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000000770 proinflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 229910052591 whitlockite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
- A61L27/46—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with phosphorus-containing inorganic fillers
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Description
RZECZPOSPOLITA
POLSKA
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206394 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 387872 (51) Int.Cl.
A61F 2/28 (2006.01) A61L 27/12 (2006.01) A61L 27/20 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 24.04.2009 (54) Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego (73) Uprawniony z patentu:
UNIWERSYTET MEDYCZNY W LUBLINIE, Lublin, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:
12.10.2009 BUP 21/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
(72) Twórca(y) wynalazku:
ANNA BELCARZ, Lublin, PL
GRAŻYNA GINALSKA, Lublin, PL
ANNA ŚLÓSARCZYK, Michałowice, PL ZOFIA PASZKIEWICZ, Kraków, PL
31.08.2010 WUP 08/10 (74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Anna Bełz
PL 206 394 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego.
Tworzywa ceramiczne stosowane są od dawna jako materiały do wypełniania ubytków kostnych w ortopedii lub chirurgii szczękowej. Do tej tzw. bioceramiki należą materiały oparte na fosforanach wapnia, zwłaszcza hydroksyapatytowe (HAp) i whitlockitowe (β-TCP - β-fosforan trójwapniowy) a także materiały dwufazowe (BCP) złożone z HAp i TCP. Inne tworzywa ceramiczne stosowane jako materiały implantacyjne są oparte na tlenkach glinu, cyrkonu i tytanu oraz na węglanie wapnia (szkielety koralowców).
Bioceramika HAp zajmuje szczególne miejsce wśród nowoczesnych materiałów implantacyjnych. Jest szeroko wykorzystywana w chirurgii szczękowo-twarzowej, m. in. do powiększania zanikłej krawędzi kości wyrostka zębodołowego, do uzupełniania ubytków kości po zabiegach hemisekcji, radektomii, amputacji korzenia zęba lub po operacji cyst korzeniowych, w stomatologii w leczeniu głębokich kieszonek kostnych, w ortopedii do wypełniania ubytków kostnych powstałych w wyniku urazów i chorób nowotworowych oraz w operacjach rekonstrukcyjnych w obrębie stawu biodrowego i kolanowego. Preferowanie tego materiału przez chirurgów jest spowodowane podobieństwem chemicznym i mineralogicznym do substancji nieorganicznych kości i zębów oraz braku cytogennego i onkogennego oddziaływania na organizm ludzki. Bioceramikę HAp charakteryzuje ponadto wysoka biozgodność i osteokonduktywność w stosunku do tkanek kostnej i chrzęstnej, a ze względu na obecność jonów wapnia i fosforanowych - ma ona korzystne oddziaływanie w procesie odbudowy i gojenia kości. Wykorzystywane medycznie preparaty hydroksyapatytowe mają najczęściej postać porowatą i są aplikowane w formie kształtek i granul.
Ze względu na wymienione atuty bioceramika HAp jest dobrym materiałem implantacyjnym w substytucji ubytków kostnych. W przypadku leczenia tego typu ubytków zaletą jej jest porowatość, gdyż po implantacji pory materiału są przerastane przez żywą tkankę kostną, przez co dochodzi do silniejszego biologicznego połączenia implantu z kością (Lu J.X. i wsp. J. Mater. Sci. Mater. Res. 10, 111-120, 1999; Liu D.M. Sci. Forum 250, 183-208, 1997). Istotnym warunkiem trwałego połączenia implantu z kością warunkującym efektywne osadzenia implantu HAp w ubytku jest odpowiednio duży rozmiar otwartych makroporów (minimum 100 μm), co umożliwia wrastanie w nie żywej tkanki. Makropory przyczyniają się do osteogenezy poprzez ułatwianie transportu osteoblastów i jonów do wnętrza porowatych granul (Bignon A. i wsp. J. Mater. Sci. Mater. Med. 14, 1089-97, 2003; Hulbert S.F. i wsp. J. Biomed. Mater. Res. 6, 347-374, 1972) czy kształtek. Ponadto istnienie makroporowatej mikrostruktury implantów warunkuje tworzenie nowych naczyń krwionośnych (Henno S. i wsp. Biomaterials 24, 3173-3181, 2003; Freyman TM. i wsp. Prog. Mater. Sci. 46, 273-282, 2001; Jones J.R. i wsp. J. Sol-Gel Sci. Tech. 29, 179-188, 2004). W procesie wygajania się implantów ważną rolę odgrywa też mikroporowatość (pory rzędu kilku mikrometrów), która cechuje również ceramikę HAp, gdyż mikropory stanowią punkt zaczepienia dla osteoblastów (Bignon A. i wsp. J. Mater. Sci. Mater. Med. 14, 1089-1097, 2003) oraz zwiększają powierzchnię dla adsorpcji białek (Hing K.A. i wsp. J. Mater. Sci. Mater. Med. 16, 467-475, 2005). Istnieją doniesienia o niekorzystnym wpływie małych drobin proszku hydroksyapatytowego. Niektóre źródła podają, że cząstki o rozmiarze około 1 μm mogą stymulować makrofagi do wydzielania prozapalnego czynnika TNFa i tym samym stymulować proces zapalny w miejscu wszczepienia implantu. Cząstki hydroksyapatytu już o rozmiarze 15 μm nie wykazują tego szkodliwego efektu (Nadra I. i wsp. Artheriosclerosis 196, 98-105, 2008).
Mimo wielu zalet granule HAp nie są jednak idealnym materiałem implantacyjnym. Ze względu na swoją sypkość wykazują tzw. nieporęczność chirurgiczną rozumianą jako łatwość wydzielania się z miejsca implantacji lub przemieszczania w miejscu wszczepienia. Właściwości mechaniczne ceramiki HAp, zwłaszcza tej porowatej, również nie są zbyt korzystne. Dotyczy to zarówno granulatów jak i spiekanych kształtek. Są one zbyt kruche i mało sprężyste, aby stać się satysfakcjonującym materiałem implantacyjnym. Moduł Younga dla kości ludzkiej jest rzędu 20 GPa, podczas gdy dla tworzywa HAp jest on około 5-10 razy wyższy, co świadczy o małej sprężystości tego materiału.
Dotychczasowe badania nad poprawą wymienionych parametrów ceramicznego hydroksyapatytu ograniczają się do jego modyfikacji poprzez uplastycznienie proszku hydroksyapatytowego przy pomocy wodnej zawiesiny kurdlanu, wygrzewanego w 40°C (United States Patent 5132255). Metoda powyższa pozwala na uzyskanie plastycznej kompozycji, która jednak jest nieodporna na obciążenia mechaniczne. Ponadto zastosowanie proszku o wielkości cząsteczek około 1 mikrometra nie pozwala
PL 206 394 B1 na uzyskanie porowatości w mikrostrukturze uzyskanego kompozytu. Modyfikacja tej metody, polegająca na wypalaniu uzyskanej plastycznej masy w temperaturze nie mniejszej niż 800°C, prowadzi do powstania twardych kształtek (United States Patent 5132255). Autorzy patentu nie podają danych dotyczących wytrzymałości przygotowanych próbek, należy jednak przypuszczać, że ze względu na tak wysoką temperaturę, próbki są pozbawione spalonej i ewaporowanej frakcji biopolimerowej, a zatem są nieplastyczne i niesprężyste. Podobna metoda wypalania w celu uzyskania ceramicznych kształtek została opracowana dla kompozycji granul fosforowo-wapniowych oraz metylocelulozy jako czynnika wiążącego, ulatniającego się w trakcie wypalania (United States Patent 6187046).
Inna koncepcja spajania granul ceramicznych czynnikiem wiążącym dotyczyła zastosowania siateczkowatego żelu fibrynowego, znanego z własności stymulujących angiogenezę (Takei A. i wsp. In Vitro Cell Dev Biol Anim 31, 467-472, 1995). Doświadczenia związane z użyciem żelu fibrynowego prowadzili między innymi Nakamura i wsp. (Biomaterials 19, 1901-1907, 1998), którzy dokonali spajania produktu termicznego rozpadu hydroksyapatytu przy pomocy żelu fibrynowego i wykazali osteogenne własności otrzymanego kompozytu, nie podając jednak parametrów dotyczących jego wytrzymałości mechanicznej. Podobne eksperymenty wykonali Abiraman S. i wsp. (Biomaterials 23, 30233031, 2002), którzy uzyskali kompozyt z żelu fibrynowego oraz granul hydroksyapatytowych i wszczepili go śródmięśniowo myszom. Autorzy ci jednak również nie podali własności mechanicznych wytworzonego biomateriału. Należy jednak wspomnieć, że długoterminowa (do 8 lat po operacji) ocena efektów implantacji kompozytu złożonego z porowatych granul HAp i żelu fibrynowego u ludzi wykazała dobre wrastanie naturalnej tkanki kostnej do implantu (Fortunato G. i wsp. J. CranioMaxillofacial Surg. 25, 124-135, 1997).
Kolejne doświadczenia związane z zastosowaniem żelu fibrynowego do spajania bioceramiki wykonano z użyciem pokrewnych hydroksyapatytowym granul fosforanowo-wapniowych z TCP (Le Nihouannen D. i wsp. Biomaterials 27, 2716-2722, 2006) i potwierdzono, że w tak uzyskanym kompozycie następuje indukcja mineralizacji włókien fibrynowych. Jednak autorzy nie podali własności mechanicznych otrzymanego kompozytu, a jedyna informacja odnośnie jego parametrów wytrzymałościowych dotyczyła modułu Younga określonego dopiero po 1,5-miesięcznym okresie implantacji, czyli dopiero gdy wszczepy zostały już poddane przerastaniu przez tkankę kostną. Moduł Younga dla pobranej z implantu próbki wynosił wówczas około 7 GPa (Le Nihouannen D. i wsp. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 18, 225-235, 2007).
W przypadku wymienionego kompozytu niekorzystne było jego przygotowanie, gdyż w przypadku żelu fibrynowego złożonego z dwu składników niezbędna była ich oddzielna sterylizacja oraz przed implantacją konieczne mieszanie z granulami HAp. Wadą był również stosunkowo długi czas polimeryzacji. Wymienione czynniki wpływają na krytyczną ocenę wytworzonego biomateriału tym bardziej, że ryzyko śródoperacyjnej kontaminacji implantowanego kompozytu przez bakterie w tym przypadku wzrasta.
Celem obecnego wynalazku jest wytworzenie kompozytu o wysokiej poręczności chirurgicznej oraz parametrach mechanicznych i biologicznych zbliżających go do optymalnych, cechujących naturalną kość ludzką.
Cel ten osiągnięto opracowując nową kompozycję fosforanowo-wapniowo-policukrowcową, zawierającą w odpowiednich proporcjach porowaty granulat fosforanowo-wapniowy oraz β-1,3-glukan zwany dalej kurdlanem.
Kompozyt według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera e-1,3-glukan zwany dalej kurdlanem oraz bioceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul (HAp, HAp-TCP, TCP, HAp modyfikowany) o rozmiarze 0,1-1,0 mm i o porowatości otwartej 50-70%, przy czym składniki występują w ilościach (gramy na 100 g wody) ujętych proporcją:
x = _8,1 + 25_ y = 2 + (0,0701x2 - 5,8175x + 120,68)(*) gdzie :
x - masa kurdlanu (w g na 100 g wody) y - masa granul (w g na 100 g wody)
Dla uzyskania kompozytów o dobrych własnościach mechanicznych najkorzystniej jest, gdy masa granul oznaczona y wynosi 95-100% ilości wynikającej ze wzoru (*): y = 0,0701x2 - 5,8175x + 120,68.
PL 206 394 B1
Kurdlan, według wynalazku, pełni funkcję lepiszcza wiążącego granule dla uzyskania zwięzłej kompozycji.
Wytworzony według wynalazku kompozyt, osiągając dużo lepsze parametry biologiczno-mechaniczne w porównaniu z samym granulatem fosforanowo-wapniowym, staje się dobrą, nową generacją materiału implantacyjnego do wypełniania ubytków kostnych. Gotowy kompozyt można przycinać do pożądanego kształtu przy pomocy noża lub skalpela. Kompozyt w stanie wysuszonym (24 godziny w 40°C) nie jest podatny na porastanie pleśnią i może być przechowywany przez minimum 12 miesięcy bez zmiany swoich właściwości. Suchy kompozyt, po namoczeniu w płynie (woda, sól fizjologiczna, roztwór gentamycyny, roztwór białka) przez 1-60 minut (w zależności od wielkości i kształtu próbki) wchłania wodę, odzyskując swoje sprężyste własności i może być dalej przechowywany, pod warunkiem wysterylizowania.
Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania kompozytu fosforanowo-wapniowo-kurdlanowego.
Sposób według wynalazku polega na tym, że do wodnej zawiesiny e-1,3-glukanu zwanego dalej kurdlanem, w ilości 8,1 : 25 g na 100 g wody, dodaje się bioceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul, o rozmiarze 0,1-1,0 mm i o porowatości otwartej 50-70% (w zakresie 0,05-1,0 μm) i miesza się dokładnie, przy czym składniki użyte są w proporcjach określonych proporcją:
x = _8,1: 25_ y = 2 : (0,0701x2 - 5,8175x + 120,68)° gdzie:
x - masa kurdlanu (w g na 100 g wody) y - masa granul (w g na 100 g wody) przy czym najkorzystniej gdy masa granul oznaczona y wynosi 95-100% ilości wynikającej ze wzoru (*): y = 0,0701x2 - 5,8175x + 120,68, po czym mieszaninę dobranych składników umieszcza się w formach chemoodpornych, ściśle ubijając aby uniknąć wprowadzenia pęcherzyków powietrza, zamyka lub przykrywa i ogrzewa przez 5-30 minut w temperaturze 80-100°C.
Zaletą wynalazku jest prosty sposób otrzymywania kompozytowego materiału implantacyjnego fosforanowo-wapniowo-kurdlanowego do wypełnień ubytków w kościach, który według wynalazku osiąga korzystną wartość modułu Younga oraz dobrą poręczność i spoistość bez ryzyka wydzielania się i przesuwania z miejsca implantacji. Kompozyt taki jest bioaktywny ze względu na zawartość ceramiki fosforanowo-wapniowej, która po implantacji może uwalniać do środowiska śródkostnego jony wapniowe i fosforanowe, służące następnie do syntezy natywnej fazy nieorganicznej budującej kość. Kompozyt ten charakteryzuje również dobra spójność zapewniana przez mikroporowatość fazy ceramicznej, dzięki której faza biopolimerowa wnika do porów granul i wiąże kompozyt w całość. Uzyskuje on korzystną plastyczność, dzięki czemu można go do pewnego stopnia dopasować przez nacisk do kształtu ubytku i uszczelnić miejsce łączenia implantu z kością (odkształcenie przy ściskaniu w momencie zniszczenia dla kompozytu wynosiło od 20% do 42%). Kompozyt fosforanowo-wapniowo-kurdlanowy w przypadku implantacji zwiększy tempo odtwarzania naturalnej żywej tkanki kostnej. Odbywać się to będzie poprzez oddziaływania mechaniczne z krawędziami miejsca urazu oraz biostymulację procesów angiogenezy, proliferacji komórek i ich różnicowania.
Przedmiot wynalazku ilustrują przedstawione poniżej przykłady.
P r z y k ł a d I. 0,625 g kurdlanu wymieszano z 5 ml wody dejonizowanej, a następnie mieszano przez 10 minut z 3 g mikroporowatych granul HAp (mieszanina granul frakcji 0,2-0,3 mm : 0,5 - 0,6 mm w stosunku 1:3). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczono w zamkniętych rurkach szklanych o średnicy 8 mm i przez 10 minut poddawano ogrzewaniu w 95°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z rurek i wysuszono w 45°C przez 24 godziny. Moduł Younga dla próbek suchych i moczonych przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej wynosił odpowiednio około 0,8 GPa i około 0,2 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu w momencie zniszczenia dla tych próbek wynosiło odpowiednio około 23% i około 42%, a wytrzymałość na ściskanie odpowiednio około 6 MPa i około 0,3 MPa. Kompozyt w stanie wysuszonym był przechowywany w temperaturze pokojowej i nie uległ zniszczeniu wskutek kolonizacji bakteryjnej lub grzybowej.
PL 206 394 B1
P r z y k ł a d II. 0,625 g kurdlanu wymieszano z 5 ml wody dejonizowanej, a nastę pnie mieszano przez 10 minut z 3 g porowatych granul HAp-TCP (frakcja 0,2 - 0,3 mm). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczano w zamkniętych rurkach szklanych o średnicy 8 mm i przez 7 minut poddawano ogrzewaniu w 95°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z rurek i wysuszono w 45°C przez 24 godzin. Moduł Younga dla próbek suchych i moczonych przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej wynosił odpowiednio około 0,6 GPa i około 0,2 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu dla tych próbek wynosiło odpowiednio około 24% i około 32%, a wytrzymałość na ściskanie odpowiednio około 5 MPa i około 0,2 MPa.
P r z y k ł a d III. 0,625 g kurdlanu wymieszano z 5 ml wody dejonizowanej, a następnie mieszano przez 10 minut z 3 g porowatych granul TCP (frakcja 0,3-0,4mm). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczano w zamkniętych rurkach szklanych o średnicy 8 mm i przez 15 minut poddawano ogrzewaniu w 90°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z rurek i wysuszono w 45°C przez 24 godziny. Moduł Younga dla próbek suchych i moczonych przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej wynosił odpowiednio okoł o 0,6 GPa i okoł o 0,2 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu dla tych próbek wynosiło odpowiednio około 24% i około 22%, a wytrzymałość na ściskanie odpowiednio około 5 MPa i około 0,3 MPa.
P r z y k ł a d IV. 0,5 g kurdlanu wymieszano z 5 ml wody dejonizowanej, a następnie mieszano przez 10 minut z 3,5 g mikroporowatych granul modyfikowanego HAp (mieszanina granul frakcji 0,2-0,3 mm: 0,5-0,6 mm w stosunku 1:3). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczano w zamkniętej rurce szklanej o ś rednicy 12 mm i przez 9 minut poddawano ogrzewaniu w 100°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z rurki i wysuszono w 45°C przez 24 godziny. Moduł Younga dla próbek suchych i moczonych przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej wynosił odpowiednio około 0,5 GPa i około 0,2 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu dla tych próbek wynosiło około 20%, a wytrzymałość na ściskanie odpowiednio około 5 MPa i około 0,25 MPa. Kompozyt został wysterylizowany metodą parową w autoklawie (20 minut w 121°C), co nie zmieniło jego właściwości mechanicznych.
P r z y k ł a d V. 1 g kurdlanu wymieszano z 10 ml wody dejonizowanej, a następnie mieszano przez 10 minut z 7 g mikroporowatych granul HAp węglanowy o porowatości 60% i średnim rozmiarze porów 0,25 μm (frakcja 0,2-0,3 mm). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczano w zamkniętym naczyniu szklanym o średnicy 38 mm i przez 15 minut poddawano ogrzewaniu w 95°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z naczynia i wysuszono w 45°C przez 24 godziny. Moduł Younga dla próbek suchych i moczonych przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej wynosił odpowiednio około 0,4 GPa i około 0,2 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu dla tych próbek wynosiło około 20%, a wytrzymałość na ściskanie odpowiednio około 3 MPa i około 0,15 MPa. Kompozyt wysterylizowano metodą z tlenkiem etylenu (55°C, 5 godzin, z całonocnym wentylowaniem próbki w celu odprowadzenia tlenku etylenu po procesie sterylizacji). Tak wysterylizowany kompozyt nie zmienił swoich właściwości mechanicznych.
P r z y k ł a d VI. 0,5 g kurdlanu wymieszano z 5 ml wody dejonizowanej, a następnie mieszano przez 10 minut z 3,5 g porowatych granul HAp (frakcja 0,3-0,4 mm). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczano w zamkniętych rurkach szklanych o średnicy 10 mm i przez 10 minut poddawano ogrzewaniu w 95°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z rurek i wysuszono w 45°C przez 24 godziny. Moduł Younga dla próbek suchych wynosił około 0,4 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu dla tych próbek wynosiło około 23%, a wytrzymałość na ściskanie około 4 MPa. Tak otrzymany wysuszony kompozyt został nasączony roztworem soli fizjologicznej przez 2 godziny, wskutek czego odzyskał swoje właściwości małoplastyczne.
P r z y k ł a d VII. 0,5 g kurdlanu wymieszano z 5 ml wody dejonizowanej, a następnie mieszano przez 10 minut z 3,5 g porowatych granul HAp (frakcja 0,5-0,6 mm). Starannie wymieszaną porcję kompozytu umieszczano w zamkniętych rurkach szklanych o średnicy 8 mm i przez 20 minut poddawano ogrzewaniu w 86°C. Kompozyt wystudzono do temperatury pokojowej, wyjęto z rurek i wysuszono w 45°C przez 24 godziny. Moduł Younga dla próbek suchych i moczonych przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej wynosił odpowiednio około 0,6 GPa i około 0,2 GPa. Odkształcenie przy ściskaniu dla tych próbek wynosiło około 19%, a wytrzymałość na ściskanie odpowiednio około 4 MPa i około 0,2 MPa. Wysuszone próbki zostały namoczone w PBS pH 7,4 przez 30 minut, wskutek czego odzyskały swoje właściwości małoplastyczne.
PL 206 394 B1
Claims (3)
- Zastrzeżenia patentowe1. Kompozyt bioaktywny na bazie fosforanu-wapnia, znamienny tym, że zawiera e-1,3-glukan zwany dalej kurdlanem oraz bioceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul o rozmiarze 0,1-1,0 mm i o porowatości 50-70%, przy czym składniki występują w ilościach (gramy na 100 g wody) ujętych proporcją:x = _8,1: 25_ y = 2 : (0,0701x2 - 5,8175x +120,68)(*) gdzie :x - masa kurdlanu (w g na 100 g wody) y - masa granul (w g na 100 g wody)
- 2. Kompozyt wg zastrz. 1, znamienny tym, że masa granul oznaczona y wynosi 95-100% masy wynikającej ze wzoru (*).
- 3. Sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego na bazie ceramiki fosforanowo-wapniowej, znamienny tym, że do wodnej zawiesiny e-1,3-glukanu zwanego dalej kurdlanem, w ilości 8,1 : 25 g na 100 g wody, dodaje się ceramikę fosforanowo-wapniową w postaci mikroporowatych granul, o rozmiarze 0,1-1,0 mm i o porowatości 50-70% i miesza się dokładnie, przy czym składniki użyte są w ilo ś ciach okre ś lonych proporcj ą :x = _8,1: 25_ y = 2 : (0,0701x2 - 5,8175x +120,68)(*) gdzie :x - masa kurdlanu (w g na 100 g wody) y - masa granul (w g na 100 g wody) przy czym najkorzystniej, gdy masa granul oznaczona y wynosi 95-100% masy wynikającej ze wzoru (*), po czym mieszaninę dobranych składników umieszcza się w formach chemoodpornych, ściśle ubijając aby uniknąć wprowadzenia pęcherzyków powietrza, zamyka lub przykrywa i ogrzewa przez 5-30 minut w temperaturze 80-100°C.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL387872A PL206394B1 (pl) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego |
| ES10726639.7T ES2538158T3 (es) | 2009-04-24 | 2010-04-26 | Compuesto bioactivo y procedimiento para la producción del compuesto bioactivo |
| PCT/PL2010/050015 WO2010123389A2 (en) | 2009-04-24 | 2010-04-26 | Bioactive composite and process for the production of the bioactive composite |
| EP10726639.7A EP2421570B1 (en) | 2009-04-24 | 2010-04-26 | Bioactive composite and process for the production of the bioactive composite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL387872A PL206394B1 (pl) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL206394B1 true PL206394B1 (pl) | 2010-08-31 |
Family
ID=42561061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL387872A PL206394B1 (pl) | 2009-04-24 | 2009-04-24 | Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2421570B1 (pl) |
| ES (1) | ES2538158T3 (pl) |
| PL (1) | PL206394B1 (pl) |
| WO (1) | WO2010123389A2 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL239781B1 (pl) * | 2018-12-04 | 2022-01-10 | Medical Inventi Spolka Akcyjna | Maszyna do formowania masy kompozytu i sposób wytwarzania kompozytu na bazie ceramiki |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5017627A (en) * | 1980-10-09 | 1991-05-21 | National Research Development Corporation | Composite material for use in orthopaedics |
| ATE92904T1 (de) | 1988-01-20 | 1993-08-15 | Takeda Chemical Industries Ltd | Plastische mischungen anorganischer pulver und gesinterte koerper daraus. |
| JP3679570B2 (ja) | 1997-03-14 | 2005-08-03 | ペンタックス株式会社 | 骨補填材及びその製造方法 |
| US7022522B2 (en) * | 1998-11-13 | 2006-04-04 | Limin Guan | Macroporous polymer scaffold containing calcium phosphate particles |
-
2009
- 2009-04-24 PL PL387872A patent/PL206394B1/pl unknown
-
2010
- 2010-04-26 EP EP10726639.7A patent/EP2421570B1/en active Active
- 2010-04-26 WO PCT/PL2010/050015 patent/WO2010123389A2/en not_active Ceased
- 2010-04-26 ES ES10726639.7T patent/ES2538158T3/es active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010123389A2 (en) | 2010-10-28 |
| ES2538158T3 (es) | 2015-06-17 |
| EP2421570B1 (en) | 2015-02-25 |
| WO2010123389A3 (en) | 2011-04-21 |
| EP2421570A2 (en) | 2012-02-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shanmugam et al. | Bioceramics—An introductory overview | |
| Dorozhkin | Medical application of calcium orthophosphate bioceramics | |
| Yuan et al. | Osteoinduction by calcium phosphate biomaterials | |
| Low et al. | Calcium phosphate‐based composites as injectable bone substitute materials | |
| US6027742A (en) | Bioresorbable ceramic composites | |
| US6287341B1 (en) | Orthopedic and dental ceramic implants | |
| EP0987032B1 (en) | Ceramic material for osteoinduction comprising micropores in the surface of macropores | |
| Tadic et al. | Mechanically stable implants of synthetic bone mineral by cold isostatic pressing | |
| Zhang et al. | Repair of rabbit femoral condyle bone defects with injectable nanohydroxyapatite/chitosan composites | |
| Pina et al. | Ceramic biomaterials for tissue | |
| US20020136696A1 (en) | Orthopedic and dental ceramic implants | |
| Baino | Ceramics for bone replacement: Commercial products and clinical use | |
| do Nascimento et al. | Biomaterials applied to the bone healing process | |
| Zhu et al. | Cemented injectable multi-phased porous bone grafts for the treatment of femoral head necrosis | |
| KR20130115781A (ko) | 인체뼈 유래 무기질을 포함하는 천연 골재생재 | |
| Dorozhkin | Calcium orthophosphate bioceramics | |
| RU2349289C1 (ru) | Композиция, биоактивный микропористый материал, имитирующий натуральные костные структуры, и способ его изготовления | |
| PL240725B1 (pl) | Biomateriał na bazie naturalnego polisacharydu-β-1,3-glukanu (kurdlanu) i ceramiki do zastosowań w inżynierii tkankowej kości oraz sposób jego otrzymywania | |
| PL236369B1 (pl) | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne | |
| PL206394B1 (pl) | Kompozyt bioaktywny oraz sposób wytwarzania kompozytu bioaktywnego | |
| US20110153029A1 (en) | Bioresorbable and flexible membranes exhibiting asymmetric osteoconductive behavior in both faces | |
| Popescu et al. | Novel developments in advanced materials fields: porous and non-porous biomaterials used in regenerative medicine and tissue engineering | |
| Mishchenko et al. | Synthetic Calcium–Phosphate Materials for Bone Grafting. Polymers 2023, 15, 3822 | |
| Epple | Biomimetic bone substitution materials | |
| Dorozhkin | Calcium Orthophosphate (CaPO4)-Based Bioceramics: Preparation, Properties, and Applications. Coatings 2022, 12, 1380 |