PL235036B1

PL235036B1 - Composite ceramic-polymer implant, method for preparation and use thereof

Info

Publication number: PL235036B1
Application number: PL403470A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Skórska-Stania; Ia Agn Ieszka Skórska-Stan; Agnieszka Jelonek; K Agn Ieszka Jelone; Joanna Zarzecka; Paweł Myciński
Original assignee: Univ Jagiellonski
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2020-05-18
Also published as: PL403470A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Wynalazek dotyczy kompozytowego implantu ceramiczno-polimerowego o charakterze nośnika leków. Wynalazek dotyczy także zastosowania implantu do regeneracji tkanki kostnej w obrębie twarzoczaszki oraz domiejscowego i kontrolowanego uwalniania lekówThe invention relates to a ceramic-polymer composite implant with a drug carrier character. The invention also relates to the use of an implant for bone tissue regeneration in the craniofacial region and for local and controlled drug release.

W szczególności, rozwiązanie według wynalazku dotyczy dziedziny biomateriałów charakteryzujących się tym, że mogą stanowić nośniki leków i dostarczać lek do ściśle określonego miejsca. Oznacza to, że terapeutyczna dawka leku dozowana jest wyłącznie do miejsca wymagającego leczenia farmakologicznego. Nośniki leków stosowane są w celu ograniczenia toksycznego wpływu leku na organizm, a co za tym idzie minimalizacji prawdopodobieństwa wystąpienia niekorzystnych skutków ubocznych związanych z ogólnoustrojowym działaniem danego leku.In particular, the solution according to the invention relates to the field of biomaterials, characterized in that they can act as drug carriers and deliver the drug to a specific location. This means that the therapeutic dose of the drug is dosed only to the area that requires pharmacological treatment. Drug carriers are used to reduce the toxic effect of a drug on the body, and thus minimize the likelihood of adverse side effects associated with the systemic effect of a given drug.

Wynalazek może znaleźć zastosowanie do uzupełniania ubytków kostnych twarzoczaszki powstałych na skutek urazów, chorób lub zabiegów dentystycznych i chirurgicznych.The invention may find application for the replacement of craniofacial bone defects resulting from trauma, diseases or dental and surgical procedures.

W stomatologii, po ekstrakcji zęba lub jego korzeni powinna nastąpić regeneracja kości, poprzez wszczepienie materiału kościozastępczego w miejscu ubytku. Zabieg ten ma na celu ograniczenie możliwości wystąpienia powikłań pooperacyjnych oraz umożliwia w późniejszym czasie wszczepienie implantów zębów, które wszczepiane są w tkankę kostną.In dentistry, after the extraction of the tooth or its roots, bone regeneration should take place by implanting bone substitutes in the cavity. This procedure is aimed at reducing the possibility of postoperative complications and allows for the implantation of tooth implants later, which are implanted into bone tissue.

W chirurgii plastycznej istnieje wiele zastosowań materiałów kościozastępczych.There are many applications of bone replacement materials in plastic surgery.

W związku z tym, że wygląd twarzy zależy w dużym stopniu od uformowania kości czaszki pod skórą, materiały tego typu znajdują zastosowanie między innymi do podnoszenia policzków, poprawy konturu żuchwy czy też wypełnienia ubytków kostnych powstałych na skutek urazów i chorób. Implanty kostne odgrywają również istotną rolę w zastępowaniu ubytków kości twarzoczaszki po usuniętych torbielach lub guzach.Due to the fact that the appearance of the face depends to a large extent on the formation of the skull bones under the skin, materials of this type are used, among others, to lift the cheeks, improve the contour of the lower jaw or fill bone defects resulting from injuries and diseases. Bone implants also play an important role in replacing craniofacial bone defects after removed cysts or tumors.

Odbudowa i regeneracja tkanki kostnej odbywa się na drodze mechanizmów takich jak: osteogeneza (zdolność osteoblastów do odbudowy tkanki kostnej), osteoindukcja (mechanizm, w którym indukowane jest powstawanie tkanki kostnej) i osteokondukcja.The reconstruction and regeneration of bone tissue takes place through mechanisms such as: osteogenesis (the ability of osteoblasts to rebuild bone tissue), osteoinduction (the mechanism by which the formation of bone tissue is induced) and osteoconduction.

Proces osteoindukcji polega na pobudzaniu komórek mezenchymalnych do różnicowania się w komórki kostne - osteoblasty. Biomateriałami, które posiadają właściwości osteoindukcyjne są głównie: kość autogenna, niektóre materiały allogenne oraz implanty kostne zawierające białka morfogenetyczne kości (BMP). Fosforany wapnia jak i polilaktyd nie są materiałami osteoindukcyjnymi (Kossler et al., 2009; Ashok Kumar et al., 2011; Kucharski et al., 2008). Jednak odpowiednie zmodyfikowanie implantu kostnego złożonego z tych materiałów może prowadzić do wytworzenia w nim właściwości osteoindukcyjnych. Parametry, których odpowiednia modyfikacja może prowadzić do uzyskania właściwości osteoindukcyjnych wszczepu to: rozmiar cząstek, porowatość, chropowatość, skład chemiczny. Pożądany materiał kościozastępczy powinien być nietoksyczny, nierakotwórczy oraz biozgodny. Do jego pożądanych cech należą również bioaktywność, osteokonduktywność i osteoindukcyjność. Implant kostny powinien z czasem przerosnąć nowo tworzącą się kością lub też zostać całkowicie przez nią zastąpiony.The osteoinduction process is based on stimulating mesenchymal cells to differentiate into bone cells - osteoblasts. Biomaterials with osteoinductive properties are mainly: autogenous bone, some allogeneic materials and bone implants containing bone morphogenetic proteins (BMP). Both calcium phosphates and polylactide are not osteoinductive materials (Kossler et al., 2009; Ashok Kumar et al., 2011; Kucharski et al., 2008). However, appropriate modification of a bone implant composed of these materials can lead to the development of osteoinductive properties therein. The parameters, the appropriate modification of which may lead to the achievement of osteoinductive properties of the implant: particle size, porosity, roughness, chemical composition. The desired bone substitutes should be non-toxic, non-carcinogenic and biocompatible. Its desirable features also include bioactivity, osteoconductivity and osteoinductivity. A bone implant should either overgrow or be completely replaced by the newly formed bone.

Ze stanu techniki znane są różne materiały kościozastępcze, w tym takie, które składają się m.in. z fosforanu wapnia. Są to materiały bioceramiczne o składzie chemicznym zbliżonym do składu mineralnej kości. Cechuje je wysoka odporność chemiczna w środowisku biologicznym, biozgodność, bioaktywność, osteokonduktywność oraz w niektórych przypadkach bioresorbowalność. Bioceramika oparta na fosforanach wapnia jest nietoksyczna i nierakotwórcza. Ograniczeniem w wykorzystaniu materiałów bioceramicznych jest ich wysoki moduł Younga oraz niska odporność na kruche pękanie i niski moduł Weibulla, które sprawiają, że jest to materiał zawodny w miejscach w organizmie przenoszących wysokie naprężenia i pod ich wpływem pęka. Fosforany wapnia mogą być stosowane w postaci proszków, granul i kształtek gęstych lub porowatych. Znane ze stanu techniki jest także zastosowanie fosforanów wapnia jako ceramicznych nośników leków w formie porowatych i gęstych bloków (Cosijns et al., 2007).Various bone substitute materials are known in the art, including those consisting, among others, of from calcium phosphate. These are bioceramic materials with a chemical composition similar to the mineral composition of bone. They are characterized by high chemical resistance in the biological environment, biocompatibility, bioactivity, osteoconductivity and, in some cases, bioresorbability. Calcium phosphate bioceramics are non-toxic and non-carcinogenic. The limitation in the use of bioceramic materials is their high Young's modulus and low fracture toughness and low Weibull modulus, which make the material unreliable in places in the body transmitting high stresses and breaking under their influence. Calcium phosphates can be used in the form of powders, granules, and dense or porous shapes. It is also known in the art to use calcium phosphates as ceramic drug carriers in the form of porous and dense blocks (Cosijns et al., 2007).

Z literatury znane jest również wykorzystanie ceramicznych granul jako nośników leków. Przykład stanowi materiał hydroksyapatytowy o porach do 15 μm (Min-Ho Hong et al., 2011; Ferraz et al., 2007). Niestety podstawową wadą tego typu materiałów jest ograniczona możliwość kontrolowania przebiegu profilu uwalniania leku. Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie biodegradowalnego polimeru jako matrycy, z której uwalniany będzie lek. Znane jest także zastosowanie polimerów z grupy poli(a-hydroksykwasów) takich jak polilaktydy np. PLLA, PDLLA. Polimery te mogą pełnić funkcję implantów kostnych, płytek i śrub do osteosyntezy, a także nośników leków (Kanellakopoulou et al., 2000;The use of ceramic granules as drug carriers is also known from the literature. An example is hydroxyapatite material with pores up to 15 μm (Min-Ho Hong et al., 2011; Ferraz et al., 2007). Unfortunately, the main disadvantage of such materials is the limited ability to control the course of the drug release profile. The solution to this problem may be the use of a biodegradable polymer as a matrix from which the drug will be released. It is also known to use polymers from the group of poly (α-hydroxy acids) such as polylactides, e.g. PLLA, PDLLA. These polymers can act as bone implants, plates and screws for osteosynthesis, as well as drug carriers (Kanellakopoulou et al., 2000;

PL 235 036 B1PL 235 036 B1

Frank et al., 2004). Znane są kompozyty ceramiczno-polimerowe oparte na połączeniu fosforanów wapnia i polilaktydu zarówno w formie kształtek (Heidemann et al., 2001; Russias et al., 2006) jak i granul (Li Chun et al., 2008, Xueyu et al., 2007). Materiały tego typu mogą znaleźć zastosowanie jako implanty do odbudowy i regeneracji kości, nośniki leków, materiały do osteosyntezy oraz rusztowania w inżynierii tkankowej.Frank et al., 2004). There are ceramic-polymer composites based on the combination of calcium phosphates and polylactide, both in the form of shapes (Heidemann et al., 2001; Russias et al., 2006) and granules (Li Chun et al., 2008, Xueyu et al., 2007 ). Materials of this type can be used as implants for bone reconstruction and regeneration, drug carriers, materials for osteosynthesis and scaffolds in tissue engineering.

Granule ceramiczne pokryte polimerem zostały także opisane między innymi w publikacji autorstwa Ignjatovic'a et al. (2007), w której opisane zostały bardzo małe granule (<200 ąm), w których przypadku zastosowania występuje problem z poręcznością chirurgiczną. Mają one nieregularne kształty i nie przewidziano zastosowania ich jako nośników leków. Paul et al. (1999) w swojej publikacji opisuje również granule pokrywane polimerem. Zostały one zaprojektowane jako nośnik makromolekuł lub leków biologicznych, którą to funkcję pełni porowata faza ceramiczna, polimer ma zaś za zadanie opóźniać uwalnianie się odpowiedniej substancji. Wadą tych implantów jest niska jakość pokrycia polimerowego oraz zastosowanie szkodliwego rozpuszczalnika (dichlorometanu).Polymer-coated ceramic granules have also been described, inter alia, in the publication by Ignjatovic et al. (2007), in which very small granules (<200 µm) have been described, for which there is a problem with surgical compliance when used. They have irregular shapes and are not intended to be used as drug carriers. Paul et al. (1999) also describes polymer coated granules. They were designed as a carrier of macromolecules or biological drugs, which function is performed by the porous ceramic phase, while the polymer is to delay the release of the appropriate substance. The disadvantage of these implants is the low quality of the polymer coating and the use of a harmful solvent (dichloromethane).

Porowate granule zaprojektowane jako implant kostny i nośnik leku opisano również w publikacji autorstwa Jung-Ho et al. (2011). Lek znajduje się w tym przypadku w porach granul, które pokryte są polikaprolaktonem-polimerem o stosunkowo długim czasie degradacji. Często implanty polimerowo-ceramiczne otrzymują formę polimerowej matrycy, uformowanej w kulisty kształt, w której zatopione są cząsteczki ceramiczne. Rozwiązanie takie opisano między innymi w publikacji Lin et al. (2008). Polilaktydowe granule mają w tym wypadku niewielkie rozmiary (około 200 ąm), nie są porowate i nie stanowią nośnika dla leku. Brak jest ceramicznego rusztowania, które nadaje implantowi odpowiednią twardość i sztywność. Podczas otrzymywania granul zastosowano również szkodliwy rozpuszczalnik - dichlorometan.Porous granules designed as a bone implant and drug carrier are also described in Jung-Ho et al. (2011). The drug is in this case in the pores of the granules, which are coated with a polycaprolactone-polymer with a relatively long degradation time. Often polymer-ceramic implants take the form of a polymer matrix, formed into a spherical shape in which ceramic particles are embedded. Such a solution is described, inter alia, in the publication of Lin et al. (2008). The polylactide granules in this case are small (about 200 µm), they are not porous and do not support the drug. There is no ceramic scaffold, which gives the implant adequate hardness and stiffness. A harmful solvent - dichloromethane was also used during the production of granules.

Celem wynalazku było opracowanie poręcznego chirurgicznie kompozytowego implantu kostnego o charakterze nośnika leków, który stanowiłby alternatywę dla dotychczas stosowanych materiałów. W wyniku prowadzonych badań nieoczekiwanie otrzymano nowy kompozytowy biomateriał o charakterze nośnika leków, który mógłby znaleźć zastosowanie w chirurgii twarzoczaszki ze względu na bezpieczeństwo stosowania tego biomateriału u pacjentów ze względu na wysoką poręczność chirurgiczną oraz niski koszt jego wytworzenia. Dodatkowo uzyskany materiał dobrze wypełniał uzupełniany ubytek kostny i nie zmieniał objętości w trakcie gojenia i możliwie szybko łączyć się z nowo powstającą kością. Dodatkowym atutem materiału jest możliwość inkorporowania do niego leku. Aby zapewnić ww. właściwości w wynalazku zastosowano jako polimer poli(D,L-laktyd) jest materiałem biodegradowalnym w organizmie (ulega hydrolitycznemu rozkładowi do kwasu mlekowego), biokompatybilnym, o stosunkowo wysokiej wytrzymałości mechanicznej.The aim of the invention was to develop a surgically handy composite bone implant with a drug carrier character, which would be an alternative to the materials used so far. As a result of the conducted research, a new composite biomaterial as a drug carrier was unexpectedly obtained, which could be used in craniofacial surgery due to the safety of using this biomaterial in patients due to its high surgical convenience and low cost of its production. In addition, the obtained material filled the bone defect to be replaced well and did not change its volume during the healing process, and it would connect with the newly formed bone as quickly as possible. An additional advantage of the material is the possibility of incorporating a drug into it. To provide the above-mentioned properties in the invention used as a polymer poly (D, L-lactide) is a material that is biodegradable in the body (it undergoes hydrolytic decomposition to lactic acid), is biocompatible, and has relatively high mechanical strength.

Z punktu widzenia inżynierii materiałowej idealny biomateriał kościozastępczy powinien być: nietoksyczny, nierakotwórczy, biokompatybilny i bioaktywny (tworzyć wiązanie chemiczne z kością), a jego skład chemiczny powinien być zbliżony do składu chemicznego mineralnej fazy kości. Powinien również cechować się odpowiednią wytrzymałością mechaniczną i poręcznością chirurgiczną. Kolejne ważne cechy implantów kostnych to: porowatość otwarta (minimalny rozmiar porów dla penetracji wszczepu przez komórki kostne to 20 ąm), osteokonduktywność i osteoindukcyjność. Materiał o porach otwartych, o odpowiedniej wielkości, może tworzyć biologiczne wiązanie z nowo powstającą kością (kość przerasta implant). Osteokonduktywny materiał zapewnia odpowiednie warunki dla wrastania w niego nowo powstającej kości, zaś osteoindukcyjny materiał powoduje przekształcanie komórek niezróżnicowanych (mezenchymalnych) w komórki kostne (osteoblasty), a tym samym indukuje powstawanie nowej kości. Ponieważ implant kostny powinien pełnić także funkcję nośnika leków dodatkowym wymaganiem jest możliwość inkorporowania leku, który będzie uwalniany w odpowiedniej dawce i w określonym czasie po wszczepieniu.From the material engineering point of view, an ideal bone substitute biomaterial should be: non-toxic, non-carcinogenic, biocompatible and bioactive (creating a chemical bond with bone), and its chemical composition should be similar to the chemical composition of the bone mineral phase. It should also have adequate mechanical strength and surgical flexibility. Other important features of bone implants are: open porosity (the minimum pore size for penetration of the implant through bone cells is 20 µm), osteoconductivity and osteoinductivity. Appropriately sized open-pore material can create a biological bond with the newly formed bone (the bone overgrows the implant). The osteoconductive material provides the right conditions for the new bone to grow into it, and the osteoinductive material transforms undifferentiated (mesenchymal) cells into bone cells (osteoblasts), and thus induces the formation of new bone. Since the bone implant should also act as a drug carrier, an additional requirement is the ability to incorporate a drug that will be released in an appropriate dose and time after implantation.

Istotą wynalazku jest kompozytowy implant ceramiczno-polimerowy w postaci porowatych granul o zróżnicowanych rozmiarach w granicach 250-1000 ąm, w którym fazę ceramiczną stanowi fosforan wapnia charakteryzuje się tym, że faza ceramiczna stanowi 60-80% masowych, przy czym fazę ceramiczną kompozytu stanową granule z hydroksyapatytu lub dwufazowego tworzywa apatytowego (BCP), a faza polimerową stanowi 20-40% masowych, przy czym fazę polimerową stanowi poli(D,L-laktyd), a w fazę polimerową inkorporowana jest substancja terapeutyczna w postaci antybiotyku w ilości co najmniej 0,05 g/1 cm³ implantu.The essence of the invention is a ceramic-polymer composite implant in the form of porous granules of various sizes in the range of 250-1000 μm, in which the ceramic phase is calcium phosphate, characterized by the fact that the ceramic phase is 60-80% by weight, and the ceramic phase of the composite is granules from hydroxyapatite or biphasic apatite material (BCP), and the polymer phase is 20-40% by weight, with the polymer phase being poly (D, L-lactide), and the polymer phase incorporating the therapeutic substance in the form of an antibiotic in an amount of at least 0, 05 g / 1 cm ³ implant.

Korzystnie, gdy poli(D,L-laktyd) posiada masę cząsteczkową około 80 kDa.Preferably, the poly (D, L-lactide) has a molecular weight of about 80 kDa.

Szczególnie korzystnie, gdy granule mają kulisty kształt. Równie korzystnie, gdy granule cechują się porowatością otwartą 25-40% i wielkością porów w przedziale 8-40 ąm.The granules are particularly preferably spherical in shape. It is also preferred that the granules have an open porosity of 25-40% and a pore size in the range of 8-40 µm.

PL 235 036 B1PL 235 036 B1

Korzystnie, gdy substancją terapeutyczną w postaci antybiotyku jest klindamycyna.Preferably, the antibiotic therapeutic substance is clindamycin.

Klindamycyna została specjalnie dobrana do zastosowania w implancie według wynalazku ponieważ jest to antybiotyk stosowany w terapii około zabiegowej w chirurgii szczękowej. Została wybrana dlatego, że ma szerokie spektrum działania, dobrze wchłania się w kości.Clindamycin has been specially selected for use in the implant according to the invention as it is an antibiotic used in perioperative therapy in maxillary surgery. It was chosen because it has a broad spectrum of activity and is well absorbed into the bones.

Wynalazek dotyczy także zastosowania implantów według wynalazku otrzymywanych sposobem według wynalazku w uzupełnianiu ubytków kostnych, w tym w szczególności wytwarzania leku do regeneracji wyrostka zębodołowego, regeneracji przyzębia i w chirurgii plastycznej, a także do indukcji różnicowania się komórek mezenchymalnych do osteoblastów.The invention also relates to the use of the implants according to the invention obtained by the method according to the invention in the restoration of bone defects, including in particular the preparation of a medicament for alveolar regeneration, periodontal regeneration and plastic surgery as well as for inducing the differentiation of mesenchymal cells into osteoblasts.

Kompozytowy implant kostny według wynalazku składa się z dwóch faz, z których każda spełnia odpowiednią funkcję. Hydroksyapatyt (HAp) lub BCP stanowią fazę ceramiczną, która dzięki swojemu składowi chemicznemu, osteokonduktywności i porowatości pełni rolę rusztowania dla nowo powstającej kości. Forma ceramicznego szkieletu, jaką stanowią granule o kulistym kształcie i zróżnicowanych rozmiarach (około 250 do 1000 pm) ogranicza do minimum możliwość podrażnienia ścian ubytku kostnego ostrymi krawędziami implantu oraz zapewnia lepsze upakowanie implantu w ubytku kostnym, co uniemożliwia przemieszczania się go po wszczepieniu i eliminuje ryzyko wystąpienia powikłań. Dodatkowo zapewnia również dużą poręczność chirurgiczną przejawiającą się w łatwym dopasowaniu implantu do ubytku kostnego. Zaprojektowane granule ceramiczne cechują się stosunkowo wysoką porowatością w zakresie 25-39% i porami o rozmiarach w zakresie 8-40 pm umożliwiającymi kości przerastanie implantu.The composite bone implant according to the invention consists of two phases, each of which performs a specific function. Hydroxyapatite (HAp) or BCP is a ceramic phase which, thanks to its chemical composition, osteoconductivity and porosity, acts as a scaffold for the newly formed bone. The form of the ceramic skeleton, which are spherical-shaped granules of various sizes (about 250 to 1000 µm), minimizes the possibility of irritation of the walls of the bone defect with sharp edges of the implant and ensures better packing of the implant in the bone defect, which prevents it from moving after implantation and eliminates the risk the occurrence of complications. In addition, it also provides great surgical flexibility, which is reflected in the easy adjustment of the implant to the bone defect. The designed ceramic granules are characterized by a relatively high porosity in the range of 25-39% and pores with a size in the range of 8-40 µm enabling the bone to overgrow the implant.

Poli(D, L-laktyd) wraz z fazą ceramiczną tworzy strukturę kompozytową implantu. Polimerowe pokrycie poprawia właściwości mechaniczne porowatych granul, polepsza adhezyjność implantu do ścian ubytku a także zapewnia lepsze przyleganie komórek kostnych. Faza polimerowa stanowi również nośnik dla inkorporowanej w niej substancji terapeutycznej. Czas uwalniania leku z implantu zależy od grubości warstwy polimerowej oraz od masy cząsteczkowej wykorzystywanego polilaktydu. Odpowiedni dobór powyższych parametrów wpływa na otrzymanie optymalnego profilu uwalniania leku. Im wyższa jest masa cząsteczkowa polimeru, tym uwalnianie leku trwa dłużej, ponieważ biodegradacja matrycy polimerowej trwa dłużej. Podobnie jest w przypadku grubości warstwy polimerowej pokrywającej granule: im grubsza warstwa, tym dłuższy czas degradacji.Poly (D, L-lactide) together with the ceramic phase forms the composite structure of the implant. The polymer coating improves the mechanical properties of the porous granules, improves the adhesiveness of the implant to the defect walls and ensures better adhesion of bone cells. The polymer phase also serves as a carrier for the therapeutic substance incorporated therein. The release time of the drug from the implant depends on the thickness of the polymer layer and the molecular weight of the polylactide used. Appropriate selection of the above parameters affects the obtaining of the optimal drug release profile. The higher the molecular weight of the polymer, the longer it takes for the drug to be released because it takes longer to biodegrade the polymer matrix. The same applies to the thickness of the polymer layer covering the granules: the thicker the layer, the longer the degradation time.

W jednej z korzystnych wersji rozwiązania według wynalazku, implant zawiera jako antybiotyk - chlorowodorek klindamycyny. W zależności od stężenia i rodzaju drobnoustroju antybiotyk ten działa silnie bakteriobójczo lub bakteriostatycznie na bakterie Streptococcus, Staphylococcus, bakterie beztlenowe, bakterie wąglika. Klindamycyna stosowana jest do leczenia zakażeń m.in. tkanek miękkich, kości oraz zakażeń wywołanych przez bakterie beztlenowe w stomatologii. Stosowana doustnie powoduje częste reakcje niepożądane związane głównie z układem pokarmowym.In one preferred version of the solution according to the invention, the implant contains as an antibiotic - clindamycin hydrochloride. Depending on the concentration and type of microorganism, this antibiotic has a strong bactericidal or bacteriostatic effect on Streptococcus, Staphylococcus, anaerobic bacteria, and anthrax bacteria. Clindamycin is used to treat infections, including soft tissue, bone and anaerobic bacterial infections in dentistry. When taken orally, it causes frequent adverse reactions mainly related to the digestive system.

Bardzo ważne jest zastosowanie klindamycyny w stomatologii. Każda operacja chirurgiczna w obrębie jamy ustnej związana jest z ryzykiem przeniesienia bakterii ze śliny do miejsca operacji. W celu zapobiegania rozwojowi infekcji oraz ograniczenia do minimum wystąpienia powikłań prowadzone jest leczenie okołooperacyjne polegające na podawaniu doustnie antybiotyku o szerokim spektrum działania (zazwyczaj klindamycyny). Niestety terapia ta wiąże się z wystąpieniem wielu działań niepożądanych antybiotyku (Brook 2005). Prezentowany wynalazek, stanowiący kompozytowy materiał kościozastępczy o charakterze nośnika leków pozwala na dostarczenie klindamycyny do miejsca implantacji, eliminując tym samym jego szkodliwy wpływ na cały organizm.The use of clindamycin in dentistry is very important. Any surgical operation in the oral cavity carries the risk of transfer of bacteria from the saliva to the surgical site. In order to prevent the development of infection and minimize the occurrence of complications, perioperative treatment is carried out, consisting of oral administration of a broad-spectrum antibiotic (usually clindamycin). Unfortunately, this therapy is associated with many side effects of the antibiotic (Brook 2005). The presented invention, which is a composite bone substitute material as a drug carrier, allows for the delivery of clindamycin to the implantation site, thus eliminating its harmful effect on the entire body.

Kompozyt ceramiczno-polimerowy według wynalazku charakteryzuje się następującymi cechami: fazę ceramiczną stanowią fosforany wapnia (HAp i BCP), których skład zbliżony jest do składu chemicznego mineralnej fazy kości; hydroksyapatyt i dwufazowe tworzywo ceramiczne to materiały biokompatybilne, nietoksyczne i nierakotwórcze; hydroksyapatyt jest materiałem bioaktywnym, zaś BCP częściowo resorbuje w środowisku biologicznym. Aby spełnić wymagania poręczności chirurgicznej implanty mają postać granul o zróżnicowanym rozmiarze (250-1000 pm), które można mieszać z krwią lub klejem kostnym, i które dokładnie wypełniają ubytek kostny (zróżnicowana wielkość granul polepsza ich upakowanie w ubytku). W celu umożliwienia przerastania implantu tkanką kostną granule posiadają porowatość otwartą i pory o rozmiarach minimum 20 pm, a porowate granule z HAp i BCP to materiały osteokonduktywne. Odpowiedni dobór parametrów: rozmiaru cząstek, porowatości, chropowatości, składu chemicznego, zapewnia osteoindukcyjność implantów. Granule zostały pokryte biodegradowalnym polimerem: poli(D,L-laktydem), który poprawia wytrzymałość mechaniczną implantu oraz jego adhezję do ścian ubytku, a dodatkowo poli(D,L-laktyd) pełni funkcję matrycy dla antybiotyku, a jego masa cząsteczkowa (80 kDa) została dobrana w taki sposób, aby polimer degradował w organizmie odpowiednioThe ceramic-polymer composite according to the invention is characterized by the following features: the ceramic phase is made of calcium phosphates (HAp and BCP), the composition of which is similar to the chemical composition of the bone mineral phase; hydroxyapatite and two-phase ceramic are biocompatible, non-toxic and non-carcinogenic materials; hydroxyapatite is a bioactive material, and BCP is partially reabsorbable in the biological environment. To meet the requirements of surgical flexibility, the implants are in the form of granules of various sizes (250-1000 µm), which can be mixed with blood or bone glue, and which precisely fill the bone defect (different size of granules improves their packing in the defect). In order to allow the implant to overgrow with bone tissue, the granules have an open porosity and pores with a minimum size of 20 µm, and the porous granules made of HAp and BCP are osteoconductive materials. Appropriate selection of parameters: particle size, porosity, roughness, chemical composition, ensures the osteoinductivity of the implants. The granules were coated with a biodegradable polymer: poly (D, L-lactide), which improves the mechanical strength of the implant and its adhesion to the cavity walls, and additionally poly (D, L-lactide) acts as a matrix for the antibiotic, and its molecular weight (80 kDa ) has been selected in such a way that the polymer degrades in the body adequately

PL 235 036 Β1 szybko, dozując wymaganą dawkę leku. Antybiotykiem, który zastosowano w przykładach według wynalazku jest klindamycyna: lek o szerokim spektrum działania, który jest stosowany do leczenia zakażeń m.in. tkanek miękkich, kości oraz zakażeń wywołanych przez bakterie beztlenowe w stomatologii.EN 235 036 Β1 quickly, dosing the required dose of the drug. The antibiotic that has been used in the examples of the invention is clindamycin: a broad-spectrum drug that is used to treat infections including soft tissue, bone and anaerobic bacterial infections in dentistry.

W przypadku regeneracji wyrostka zębodołowego, implanty według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie w m.in. protetyce np. do zwiększenia wysokości wyrostka zębodołowego kości w przypadkach bezzębia lub rekonstrukcji krawędzi kości wyrostka zębodołowego przed planowanym zaopatrzeniem protetycznym oraz w implantologii np. do wypełniania ubytków w obrębie wyrostka zębodołowego (przed wprowadzeniem wszczepów zębowych lub jednocześnie z implantacją), do podnoszenia dna zatoki szczękowej lub do regeneracji kości po zapaleniu tkanek otaczających implant. Implanty według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie w chirurgii stomatologicznej i szczękowej np. przy dużych poekstrakcyjnych ubytkach kostnych w miejscach planowanych implantacji, przy ubytkach kości po usuniętych zębach zatrzymanych, przy ubytkach kości po cystectomii (gdy średnica torbieli jest większa od 1 cm) oraz przy ubytkach kości po usunięciu guzów łagodnych kości szczęk i żuchwy, oraz implanty można stosować w endodoncji np. po resekcjach szczytów korzeni z dużymi ubytkami kości. W przypadku regeneracji przyzębia, implanty według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie w odbudowie podparcia kostnego zębów w kieszeniach kostnych lub w odbudowie utraconej tkanki kostnej w otwartych furkacjach II stopnia w zębach trzonowych żuchwy. A w przypadku chirurgii plastycznej, implanty według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie w procedurze podnoszenia policzków, poprawy konturu żuchwy, czy do wypełnienia ubytków kostnych powstałych na skutek urazów i chorób.In the case of the regeneration of the alveolar process, the implants according to the invention can be used, inter alia, in prosthetics, e.g. to increase the height of the alveolar bone in cases of toothlessness or reconstruction of the edge of the bone of the alveolar process before the planned prosthetic restoration and in implantology, e.g. to fill cavities within the alveolar process (before insertion of dental implants or simultaneously with implantation), to lift the bottom of the maxillary sinus or for bone regeneration following inflammation of the tissues surrounding the implant. The implants according to the invention can be used in dental and maxillary surgery, e.g. in large post-extraction bone defects in the places of planned implantation, in bone defects after extracted retained teeth, in bone defects after cystectomy (when the diameter of the cyst is greater than 1 cm) and in bone defects after removal of benign tumors of the bones of the jaws and mandible, and implants can be used in endodontics, e.g. after resection of root tips with large bone defects. In the case of periodontal regeneration, the implants according to the invention can be used in the reconstruction of bone support of teeth in bone pockets or in the reconstruction of lost bone tissue in open second degree furcations in mandibular molars. And in the case of plastic surgery, the implants according to the invention can be used in the procedure of lifting the cheeks, improving the contour of the mandible, or filling bone defects resulting from injuries and diseases.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym:The subject of the invention has been shown in exemplary embodiments in the attached drawing, where:

Fig. 1 ilustruje schemat układu doświadczalnego do produkcji granul,Fig. 1 illustrates a schematic of an experimental setup for the production of granules,

Fig. 2 przedstawia wykres zależności wysokość gojenia w badanych grupach po kolejnych miesiącach obserwacji.Fig. 2 shows a plot of the healing rate in the study groups after consecutive months of observation.

Fig. 3 (PC150717) ilustruje tkankę łączna włóknistą z odkładającymi się beleczkami kostnymi po sześciu miesiącach gojenia. (Barwienie HE, x200),Fig. 3 (PC150717) illustrates fibrous connective tissue with deposited bone trabeculae after six months of healing. (HE staining, x200),

Fig. 4 (PC190727) ilustruje, ubytek z przeszczepem, w którym widać odbudowaną strukturę beleczkową kości, natomiast pomiędzy beleczkami widać tkankę włóknistą z kolistymi przestrzeniami zawierającymi pozostałości materiału. Włóknienie jest mniej intensywne, niż w grupie kontrolnej, a tkanka łączna bardziej skolagenizowana i mniej komórkowa. Obraz po sześciu miesiącach gojenia. (Barwienie HE, x 25),Fig. 4 (PC190727) illustrates a graft defect showing the reconstructed trabecular bone structure while trabeculae shows fibrous tissue with circular spaces containing material debris. Fibrosis is less intense than in the control group, and the connective tissue is more collagenized and less cellular. Image after six months of healing. (HE staining, x 25),

Fig. 5 (PC190730) ilustruje beleczki z liniami cementowymi, przestrzenie wysłane śródbłonkiem i osteoblasty tworzące układy linijne po sześciu miesiącach gojenia. (Barwienie HE, x200).Fig. 5 (PC190730) illustrates trabeculae with cement lines, endothelial spaces and osteoblasts forming linear systems after six months of healing. (HE staining, x200).

Przykłady realizacji wynalazkuEmbodiments of the Invention

Przykład 1. Sposób otrzymywania implantu ceramiczno-polimerowegoExample 1. Method for the preparation of a ceramic-polymer implant

Hydroksyapatyt otrzymano standardową metodą strącania wodorotlenku wapnia kwasem fosforowym(V) według reakcji:Hydroxyapatite was obtained by the standard method of precipitation of calcium hydroxide with phosphoric acid (V) according to the reaction:

Ca(OH)₂+ H₃PO₄ Ca_1Q(PO₄)₆(OH)₂ Ca (OH) ₂ + H ₃ PO ₄ Ca _1Q (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂

Do syntezy wykorzystano 85% roztwór wodny kwasu fosforowego(V) cz.d.a. oraz wodorotlenek wapnia, który otrzymano poprzez dodanie wody do tlenku wapnia, wyprażonego wcześniej w temperaturze 800°C przez około 24 h. Do kolby trójszyjnej wsypano 22,332 g tlenku wapnia i zgaszono 7,17 cm³wody destylowanej. Następnie dodano 1,17 dm³ wody destylowanej. Tak powstałą zawiesinę ogrzewano na łaźni olejowej, równocześnie mieszając (mieszadło magnetyczne, 800 obrotów na minutę). Kwas fosforowy(V) w ilości stechiometrycznej przelano do zlewki i dodano 785 cm³ wody destylowanej dokładnie mieszając. Gdy temperatura zawiesiny wodorotlenku wapnia wynosiła około 40°C, rozpoczęto dodawanie wodnego roztworu kwasu fosforowego(V). Kwas wkraplany byt z prędkością około 1 kropla/sekundę. Po kilku godzinach trwania reakcji temperatura roztworu spadla do 36°C. Gdy cały kwas został wkroplony dodano 35% roztwór amoniaku w celu utrzymania pH = 10.For the synthesis, an 85% aqueous solution of phosphoric acid (V) analytical grade was used, and calcium hydroxide, which was obtained by adding water to calcium oxide, previously roasted at 800 ° C for about 24 hours. 22.332 g of calcium oxide were poured into a three-necked flask and quenched 7.17 cm ³ of distilled water. Then 1.17 dm ³ of distilled water was added. The suspension thus formed was heated in an oil bath while stirring (magnetic stirrer, 800 rpm). Stoichiometric phosphoric acid was poured into a beaker and 785 cm ³ of distilled water were added with thorough mixing. When the temperature of the calcium hydroxide slurry was about 40 ° C, the addition of the aqueous phosphoric acid solution was started. The acid was instilled at a rate of about 1 drop / second. After a few hours of reaction, the temperature of the solution dropped to 36 ° C. When all the acid was added dropwise, 35% ammonia solution was added to maintain the pH = 10.

Przez kolejne 16 h synteza prowadzona była w temperaturze około 40°C. Po upływie tego czasu roztwór pozostawiono do ostygnięcia, ciągle mieszając. Ostudzony roztwór przelano do zlewki i odstawiono na 48 h. Następnie przesączono go na lejku Buchnera. Podczas sączenia każdą porcję osadu przemywano wodą destylowaną aby usunąć amoniak. Przesączony osad suszono przez 72 h w piecu w temperaturze 80°C, następnie rozdrobniono i poddano trwającej 3 h kalcynacji w temperaturze 800°C. Część proszku poddano także spiekaniu w temperaturze 1200°C.The synthesis was carried out at the temperature of about 40 ° C for the next 16 hours. After this time, the solution was allowed to cool while stirring continuously. The cooled solution was poured into a beaker and set aside for 48 h. It was then filtered on a Buchner funnel. Each portion of the precipitate was washed with distilled water during filtration to remove ammonia. The filtered precipitate was dried for 72 hours in an oven at 80 ° C, then ground and calcined for 3 hours at 800 ° C. Part of the powder was also sintered at 1200 ° C.

PL 235 036 B1PL 235 036 B1

Czystość fazową otrzymanego proszku (zarówno kalcynowanego w temperaturze 800°C jak i spiekanego w temperaturze 1200°C) sprawdzono przy pomocy metody dyfraktometrii proszkowej oraz spektroskopii w podczerwieni. Potwierdziły one, że produktem opisanej wyżej reakcji jest czysty fazowo hydroksyapatyt. Powierzchnia właściwa proszków: kalcynowanego i spiekanego została zbadana metodą izotermy BET i wynosiła odpowiednio:The phase purity of the obtained powder (both calcined at 800 ° C and sintered at 1200 ° C) was checked by means of the powder diffraction method and infrared spectroscopy. They confirmed that the product of the reaction described above is phase-pure hydroxyapatite. The specific surface area of the calcined and sintered powders was tested by the BET isotherm method and was, respectively:

m²/g i 2 m²/g. Proszek hydroksyapatytowy po kalcynacji został zmielony w młynie kulowym i przesiany przez sito o oczkach 100 μm.m ² / g and 2 m ² / g. The calcined hydroxyapatite powder was ground in a ball mill and passed through a 100 μm sieve.

Granule wykonano stosując zmodyfikowaną metodę opisaną w publikacji Komleva et al. (2002). Do sporządzenia granul stosowano 10% roztwór żelatyny: aby otrzymać granule o porowatości około 25% do 2 cm³ wody destylowanej dodano 0,2 g żelatyny (żelatyna spożywcza firmy Oetker) zaś dla granul o porowatości 40% do 3,5 cm³ wody destylowanej dodano 0,35 g żelatyny. Roztwór mieszano i podgrzewano stosując mieszadło magnetyczne.The granules were made using a modified method described in Komleva et al. (2002). A 10% gelatin solution was used to prepare the granules: to obtain granules with a porosity of about 25%, 0.2 g of gelatin (food gelatin from Oetker) was added to 2 cm ³ of distilled water, and for granules with a porosity of 40% to 3.5 cm ³ of distilled water 0.35 g of gelatin was added. The solution was mixed and heated using a magnetic stirrer.

Do roztworu żelatyny dodano 1 g kalcynowanego hydroksyapatytu (w obu przypadkach tyle samo). Gdy temperatura zawiesiny wynosiła około 35°C wkraplano ją do zlewki zawierającej 100 cm³schłodzonego do temperatury 10°C oleju roślinnego (olej roślinny marki Kujawski z pierwszego tłoczenia). Podczas wkraplania olej był mieszany z prędkością 300-800 obrotów na minutę. Metoda wkraplania oleju została zilustrowana schematycznie na Fig. 1. Po 5 min mieszania granule odsączono z oleju na lejku Buchnera i przemyto acetonem cz.d.a. oraz etanolem cz.d.a. i pozostawiono do wyschnięcia. W celu wzmocnienia granul i wypalenia żelatyny poddano je spiekaniu w temperaturze 1200°C. Czas spiekania wynosił 3 h.1 g of calcined hydroxyapatite (the same in both cases) was added to the gelatin solution. When the temperature of the suspension was about 35 ° C, it was dropped into a beaker containing 100 cm ^{3 of} vegetable oil cooled to 10 ° C (first pressing Kujawski brand oil). During the dropwise addition, the oil was stirred at a speed of 300-800 rpm. The oil dropping method is schematically illustrated in Fig. 1. After 5 min of stirring, the granules were filtered from the oil in a Buchner funnel and washed with analytical acetone and analytical ethanol and allowed to dry. In order to strengthen the granules and burn off the gelatine, they were sintered at a temperature of 1200 ° C. The sintering time was 3 hours.

Porowatość uzyskanych granul została zbadana metodą hydrostatyczną. Granule zostały poddane także analizie metodą skaningowej mikroskopii elektronowej, która wykazała, że granule mają regularne, kuliste kształty, ich wielkość mieści się w przedziale 250-1000 μm, zaś rozmiar porów wynosi 8-40 μm.The porosity of the obtained granules was tested using the hydrostatic method. The granules were also analyzed by scanning electron microscopy, which showed that the granules have regular, spherical shapes, their size is in the range of 250-1000 μm, and the pore size is 8-40 μm.

Spieczone ceramiczne granule pokryto warstwą poli(D,L-laktydu): granule o porowatości 25% pokryto warstwą stanowiącą 20% wagowych granul, natomiast granule o porowatości 39% warstwą stanowiącą 39% wagowych granul.The sintered ceramic granules were covered with a layer of poly (D, L-lactide): granules with a porosity of 25% were covered with a layer representing 20% by weight of the granules, and granules with a porosity of 39% with a layer representing 39% by weight of the granules.

Pokrywanie granul o porowatości 25%: 0,12 g poli(D,L-laktydu) rozpuszczono w 0,8 cm³ acetonu cz.d.a. Następnie dodano 0,3 g granul. Roztwór mieszano z prędkością początkową 300 obrotów na minutę na mieszadle magnetycznym. Po kilku minutach stopniowo zwiększano prędkość mieszania aż do 800 obrotów na minutę. Utrzymywano wysoką prędkość mieszania przez około 3 minuty. Następnie obniżono prędkość mieszadła do 300 obrotów na minutę. Po około 1 minucie pokryte granule umieszczono na medium suszącym wykonanym z polistyrenu.Coating of the granules with a porosity of 25%: 0.12 g of poly (D, L-lactide) was dissolved in 0.8 cm ^{3 of} acetone for analysis. Then 0.3 g of granules was added. The solution was mixed at an initial speed of 300 rpm on a magnetic stirrer. After a few minutes, the stirring speed was gradually increased up to 800 rpm. The stirring speed was kept at high speed for about 3 minutes. The agitator speed was then reduced to 300 rpm. After about 1 minute, the coated granules were placed on a drying medium made of polystyrene.

Pokrywanie granul o porowatości około 40%: 0,18 g poli(D,L-laktydu) rozpuszczono w 1,2 cm³acetonu cz.d.a. Następnie dodano 0,3 g granul. Prędkość i reżim mieszania był analogiczny, jak w przypadku pokrywania granul o niższej porowatości.Coating of granules with a porosity of about 40%: 0.18 g of poly (D, L-lactide) was dissolved in 1.2 cm ^{3 of} acetone for analytical solution. Then 0.3 g of granules was added. The speed and the mixing regime were analogous to the coating of granules with lower porosity.

Badanie pokrycia polimerowego opierało się na badaniu grawimetrycznym (ważenie granul pokrytych i niepokrytych). Skaningowa mikroskopia elektronowa wykazała, że pokrycie polimerowe granul jest równomierne.The study of the polymer coating was based on a gravimetric test (weighing of coated and uncoated granules). Scanning electron microscopy showed that the polymer coating of the granules is uniform.

Badanie degradacji polimeru in vitro polegające na umieszczeniu granul w buforze fosforanowym PBS w temperaturze 37-40°C na 10 dni wykazało, że ubytek masy polilaktydu wynosił 15% i 18% odpowiednio dla cieńszego i grubszego pokryciaAn in vitro polymer degradation study involving placing the granules in PBS phosphate buffer at 37-40 ° C for 10 days showed that the weight loss of polylactide was 15% and 18% for thinner and thicker coverage, respectively

W celu uzyskania kompozytowego nośnika leków do rozpuszczonego w acetonie poli(D,L-laktydu) dodawano odpowiednią ilość chlorowodorku klindamycyny, a następnie stosowano zwyczajną procedurę pokrywania granul.The appropriate amount of clindamycin hydrochloride was added to the acetone-dissolved poly (D, L-lactide) in order to obtain the composite drug carrier, followed by the usual granule coating procedure.

P r z y k ł a d 2. Oznaczanie wrażliwości bakterii na klindamycynę uwalniającą się z implantówExample 2. Determination of bacterial susceptibility to clindamycin released from implants

Wykonano oznaczanie wrażliwości bakterii na klindamycynę uwalniającą się z implantów, przy pomocy zmodyfikowanej metody dyfuzyjno-krążkowej Kirby-Bauera (por. Ferraz et al., 2007). Stosowany szczep wzorcowy to Staphylococcus aureus ATCC 25923. Test wykonano dla czterech różnych stężeń klindamycyny w granulach (granule o porowatości 39% i pokryciu polimerowym stanowiącym 39% wagowych implantu) w czterech grupach:The susceptibility of bacteria to clindamycin released from the implants was determined using the modified Kirby-Bauer disc diffusion method (cf. Ferraz et al., 2007). The reference strain used is Staphylococcus aureus ATCC 25923. The test was performed for four different concentrations of clindamycin in granules (granules with a porosity of 39% and a polymer coverage of 39% by weight of the implant) in four groups:

(a) 0,002 g klindamycyny na 1 cm³ granul - grupaA (b) 0,004 g klindamycyny na 1 cm³ granul - grupaB (c) 0,006 g klindamycyny na 1 cm³ granul - grupaC (d) 0,008 g klindamycyny na 1 cm³ granul - grupaD(a) 0.002 g clindamycin per 1 cm ³ granules - group A (b) 0.004 g clindamycin per 1 cm ³ granules - group B (c) 0.006 g clindamycin per 1 cm ³ granules - group C (d) 0.008 g clindamycin per 1 cm ³ granules - group D.

PL 235 036 Β1PL 235 036 Β1

Wyniki przedstawiono w Tabeli 1.The results are shown in Table 1.

Tabela 1Table 1

Wrażliwości bakterii na klindamycynę uwalniającą się z implantów w grupach A-DSusceptibility of bacteria to clindamycin released from implants in groups A-D

czas time Średnica strefy zahamowania [cm] Inhibition zone diameter [cm] Grupa A Group A Grupa B Group B Grupa C Group C. Grupa D Group D 1 godzina 1 hour 1,45 ± 0,058 1.45 ± 0.058 1,68 ±0,058 1.68 ± 0.058 1,93 ± 0,058 1.93 ± 0.058 2,14 ±0,058 2.14 ± 0.058 3 godziny Three hours 1,43 ± 0,058 1.43 ± 0.058 1,67 ±0,058 1.67 ± 0.058 1,82 ± 0,058 1.82 ± 0.058 2,09 ± 0,058 2.09 ± 0.058 6 godzin 6 hours 1,53 ± 0,058 1.53 ± 0.058 1,84 ±0,058 1.84 ± 0.058 1,91 ± 0,058 1.91 ± 0.058 2,21 ± 0,058 2.21 ± 0.058 1 dzień 1 Day 1,42 ± 0,058 1.42 ± 0.058 1,68 ±0,058 1.68 ± 0.058 1,85 ± 0,058 1.85 ± 0.058 2,03 ± 0,058 2.03 ± 0.058 2 dzień 2nd day 1,45 ± 0,058 1.45 ± 0.058 1,56 ±0,058 1.56 ± 0.058 2,00 ± 0,058 2.00 ± 0.058 2,12 ± 0,058 2.12 ± 0.058 3 dzień 3rd day 1,25 ± 0,071 1.25 ± 0.071 1,49 ±0,071 1.49 ± 0.071 1,64 + 0,058 1.64 + 0.058 1,82 ± 0,058 1.82 ± 0.058 4 dzień 4th day 1,29 ± 0,058 1.29 ± 0.058 1,76 ±0,058 1.76 ± 0.058 1,86 ± 0,058 1.86 ± 0.058 2,02 ± 0,058 2.02 ± 0.058 5 dzień 5th day 1,39 ± 0,071 1.39 ± 0.071 1,81 ±0,071 1.81 ± 0.071 1,94 ± 0,071 1.94 ± 0.071 2,17 ±0,071 2.17 ± 0.071 7 dzień 7th day 1,13 ± 0,058 1.13 ± 0.058 1,78 ±0,058 1.78 ± 0.058 1,62 ± 0,058 1.62 ± 0.058 1,73 ± 0,058 1.73 ± 0.058 8 dzień 8 day 1,07 ± 0,058 1.07 ± 0.058 1,6 ±0,058 1.6 ± 0.058 1,63 ± 0,058 1.63 ± 0.058 1,70 ±0,058 1.70 ± 0.058 9 dzień 9 day 0,99 + 0,058 0.99 + 0.058 1,48 ±0,058 1.48 ± 0.058 1,37 ± 0,058 1.37 ± 0.058 1,56 ± 0,058 1.56 ± 0.058 10 dzień 10 day 1,00 ± 0,058 1.00 ± 0.058 1,31 ±0,058 1.31 ± 0.058 1,46 ± 0,058 1.46 ± 0.058 1,87 ±0,058 1.87 ± 0.058 11 dzień 11 day 0,88 ± 0,058 0.88 ± 0.058 1,37 ±0,058 1.37 ± 0.058 1,43 ± 0,058 1.43 ± 0.058 1,46 ± 0,058 1.46 ± 0.058 14 dzień 14th day 0,86 ± 0,058 0.86 ± 0.058 1,27 ±0,058 1.27 ± 0.058 1,39 ± 0,058 1.39 ± 0.058 1,45 ± 0,058 1.45 ± 0.058 15 dzień 15th day 0,85 ± 0,058 0.85 ± 0.058 1,22 ±0,058 1.22 ± 0.058 1,27 ± 0,058 1.27 ± 0.058 1,44 ±0,058 1.44 ± 0.058 16 dzień 16 day 1,2 ±0,058 1.2 ± 0.058 1,29 + 0,058 1.29 + 0.058 1,36 ± 0,058 1.36 ± 0.058 17 dzień 17th day 1,3 ± 0,058 1.3 ± 0.058 1,37 ±0,058 1.37 ± 0.058 18 dzień 18 day 1,15 ± 0,058 1.15 ± 0.058 1,22 ± 0,058 1.22 ± 0.058 21 dzień 21 day 1,16 ± 0,058 1.16 ± 0.058 1,23 ± 0,058 1.23 ± 0.058 22 dzień 22 day 1,17 ±0,058 1.17 ± 0.058

Wyniki testu wykazały, że klindamycyna uwalnia się z granul już od pierwszej godziny eksperymentu i jest aktywna (działa bakteriobójczo). Uwalnianie antybiotyku było obserwowane przez 15 dni dla granul z grupy A, przez 16 dni dla granul z grupy B, przez 21 dni dla granul z grupy C oraz przez 22 dni dla granul z grupy D.The test results showed that clindamycin is released from the granules from the first hour of the experiment and is active (bactericidal). The release of the antibiotic was observed for 15 days for group A granules, 16 days for group B granules, 21 days for group C granules and 22 days for group D granules.

Przykład 3. Badanie implantów in vivoExample 3. In vivo study of implants

Implant według wynalazku poddano badaniom in vivo poprzez oznaczenie cytotoksyczności na komórkach ludzkich fibroblastów z linii hs-27 oraz w badaniu na modelu zwierzęcym - króliki rasy Białej Nowozelandzkiej, procesu gojenia defektów kostnych po wszczepieniu implantów.The implant according to the invention was tested in vivo by determining the cytotoxicity on human fibroblast cells from the hs-27 line and in the animal model - New Zealand White rabbits, the process of healing bone defects after implantation.

Badanie cytotoksyczności wykazało, że żaden z ekstraktów badanych polimerów nie wywoływał cytotoksyczności w linii komórkowej ludzkich fibroblastów hs-27. Zarówno użycie ekstraktów z polimerów w rozpuszczalniku niepolarnym, jak i polarnym nie powodowało obniżenia żywotności komórek. Ponadto długość ekstrakcji polimerów w odpowiednich rozpuszczalnikach nie wpływała na zmniejszenie przeżywalności tych komórek. Zatem badany materiał kompozytowy nie wywierał toksycznego działania na komórki.The cytotoxicity study showed that none of the polymer extracts induced cytotoxicity in the human hs-27 fibroblast cell line. Both the use of polymer extracts in a non-polar solvent and a polar solvent did not reduce the viability of the cells. Moreover, the length of the extraction of polymers in appropriate solvents did not reduce the viability of these cells. Thus, the tested composite material did not exert any toxic effect on the cells.

Badania in vivo procesu gojenia defektów kostnych zostały przeprowadzone na zwierzętach laboratoryjnych (króliki rasy Białej Nowozelandzkiej, waga 3-4 kg, osobniki spokrewnione). Utworzone zostały następujące badane grupy:In vivo studies of the healing process of bone defects were carried out on laboratory animals (New Zealand White rabbits, weight 3-4 kg, related animals). The following study groups were created:

PL 235 036 Β1 (a) grupa I (9 zwierząt) - zwierzęta, u których ocenie histologicznej poddano proces wgajania kompozytu ceramiczno-polilaktydowego w odpowiednio dobranej proporcji hydroksyapatytu i polilaktydu (61/39);PL 235 036 Β1 (a) group I (9 animals) - animals whose histological evaluation underwent the healing process of a ceramic-polylactide composite in an appropriately selected proportion of hydroxyapatite and polylactide (61/39);

(b) grupa II (9 zwierząt) - zwierzęta, u których ocenie histologicznej poddano proces wgajania kompozytu ceramiczno-polilaktydowego ze zwiększoną ilością hydroksyapatytu w stosunku do poprzedniej grupy (80/20);(b) group II (9 animals) - animals whose histological evaluation underwent the healing process of a ceramic-polylactide composite with an increased amount of hydroxyapatite in relation to the previous group (80/20);

(c) grupa III (9 zwierząt) - zwierzęta, u których ocenie histologicznej poddano proces wgajania kompozytu ceramiczno-polilaktydowego z dodatkiem klindamycyny.(c) group III (9 animals) - animals in which the healing process of a ceramic-polylactide composite with the addition of clindamycin was subjected to histological evaluation.

Wypreparowane zostały 2 wystandaryzowane ubytki kostne w kości pokrywy czaszki królika przez nawiercenie otworów o średnicy 5 mm i głębokości 1 mm. Do prawego ubytku został wprowadzony kompozyt ceramiczno-polilaktydowy. Lewy pozostał do samowygojenia jako grupa kontrolna.Two standardized bone defects were prepared in the bone of the rabbit's skull cover by drilling holes 5 mm in diameter and 1 mm deep. A ceramic-polylactide composite was inserted into the right defect. The left one remained to heal itself as a control group.

Materiał do oceny histologicznej został pobrany w postaci wycinka tkanki kostnej z marginesem około 0,5 cm po upływie jednego, trzech i sześciu miesięcy od eksperymentu, a następnie wykonano badania histopatologiczne.The material for histological evaluation was collected in the form of a bone tissue section with a margin of about 0.5 cm one, three and six months after the experiment, and then histopathological examinations were performed.

Wyniki badań wykazały, że ubytki kostne wypełnione materiałem ceramiczno-polilaktydowym w porównaniu z grupą kontrolną goją się z mniejszym naciekiem zapalnym, szybszą jego regresją, mniejszymi procesami resorpcji i martwicy kości. Zauważono, iż odbudowa kości odbywa się w obydwu ubytkach, ale po zastosowaniu materiału implantacyjnego wcześniejsze etapy przebiegają mniej burzliwie. Nieoczekiwanie okazało się również, że w ubytkach, które wypełniono kompozytowym materiałem ceramiczno-polimerowym następuje indukcja różnicowania się komórek mezenchymalnych do osteoblastów, co zapoczątkowuje procesy osteogenezy. Zatem przedstawiony wynalazek ma właściwości osteoindukcyjne (Fig. 3, Fig. 4 i Fig. 5). Badania in vivo na modelu zwierzęcym (zwierzęta laboratoryjne - króliki rasy Białej Nowozelandzkiej) wykazały, że kompozytowy implant kostny stanowiący opisywany wynalazek, cechuje się nieoczekiwanie osteoindukcyjnością. Oznacza to, że zastosowany w wynalazku odpowiedni dobór wielkości i kształtu granul, ich porowatości, wielkości porów otwartych oraz składu chemicznego sprzyja różnicowaniu się komórek mezenchymalnych w komórki kostne, a co za tym idzie, indukuje tworzenie się nowej kości. Zatem odpowiednie połączenie wszystkich wspomnianych cech wynalazku poskutkowało otrzymaniem bardzo pożądanej w biomateriałach właściwości jaką jest osteoindukcyjność.The results of the study showed that bone defects filled with ceramic-polylactide material, compared to the control group, heal with less inflammatory infiltration, faster regression, less resorption and bone necrosis processes. It was noticed that bone reconstruction takes place in both cavities, but after the application of the implant material, the earlier stages are less turbulent. Unexpectedly, it turned out that in the cavities filled with ceramic-polymer composite material, the differentiation of mesenchymal cells into osteoblasts is induced, which initiates the processes of osteogenesis. Thus, the present invention has osteoinductive properties (Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 5). In vivo studies in an animal model (laboratory animals - New Zealand White rabbits) showed that the composite bone implant of the described invention has unexpectedly osteoinductive properties. This means that the appropriate selection of the size and shape of granules, their porosity, open pores and chemical composition used in the invention promotes the differentiation of mesenchymal cells into bone cells, and thus induces the formation of new bone. Therefore, the appropriate combination of all the above-mentioned features of the invention resulted in obtaining a property that is very desirable in biomaterials, which is osteoinductivity.

Średnie wysokości gojenia ubytku dla grupy A i B były podobne w pierwszym i szóstym miesiącu obserwacji. W trzecim miesiącu zanotowano różnice na korzyść grupy B, gdzie najwyższa średnia wysokość wyniosła 1180,7μ, a w grupie A - 979,6 μητ Stwierdzono wyższe średnie wysokości gojenia w porównaniu z grupą kontrolną, a największe różnice były po 6 miesiącach obserwacji (Fig. 5). Grupa A (badana) - kompozyt w proporcji hydroksyapatytu i polilaktydu 80/20. Grupa B (badana) - kompozyt w proporcji hydroksyapatytu i polilaktydu 61 /39. Grupa K - kontrolna. W grupie A i w grupie B stwierdzono istotnie wyższą wysokość gojenia, niż w grupie kontrolnej po 1 miesiącu obserwacji (odpowiednio: p = 0,007; p = 0,003) oraz po 6 miesiącach obserwacji (odpowiednio: p = 0,010; p = 0,003). Nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic między badanymi grupami po 3 miesiącach obserwacji. Nie stwierdzono też istotnych różnic między grupą A i grupą B.The mean heights of cavity healing for groups A and B were similar in the first and sixth months of observation. In the third month, differences were noted in favor of group B, where the highest mean height was 1180.7 μ, and in group A - 979.6 μητ. Higher mean heights of healing were found compared to the control group, and the greatest differences were observed after 6 months of observation (Fig. 5). ). Group A (study) - composite in the proportion of hydroxyapatite and polylactide 80/20. Group B (test) - composite in proportion of hydroxyapatite and polylactide 61/39. Group K - control. In group A and group B, the healing rate was significantly higher than in the control group after 1 month of observation (p = 0.007; p = 0.003, respectively) and after 6 months of observation (p = 0.010; p = 0.003, respectively). There were no statistically significant differences between the study groups after 3 months of observation. There were also no significant differences between group A and group B.

Wyniki przedstawiono w Tabeli 2 oraz na Fig. 2.The results are shown in Table 2 and Fig. 2.

Tabela 2Table 2

Ocena różnic wysokości gojenia między grupą badaną i kontrolną po kolejnych miesiącach obserwacji.Assessment of the healing rate differences between the study and control group after subsequent months of observation.

Dane liczbowe w tabeli prezentują wartość wysokość gojenia [p.m]The numerical data in the table presents the healing height [p.m]

Grupa badana [μΐη] Study group [μΐη] Grupa kontrolna[pm] Control group [pm] Wartość P Value P. Średnia Average Odch. Std. Dev. Std. Mediana Median Min. Min. Max. Max. Średnia Average Odch. Std. Dev. Std. Mediana Median Min. Min. Max. Max. AM1 i KAM1 AM1 and KAM1 1027,1 1027.1 141,4 141.4 995,5 995.5 904,1 904.1 1181,5 1181.5 703,7 703.7 111,8 111.8 705,7 705.7 570,8 570.8 845,2 845.2 0,007 0.007 AM3 i KAM3 AM3 and KAM3 979,6 979.6 107,0 107.0 1020,2 1020.2 858,2 858.2 1060,4 1060.4 776,4 776.4 271,7 271.7 790,8 790.8 375,7 375.7 1213,3 1213.3 0,264 0.264 AM6 i KAM6 AM6 and KAM6 1150,5 1150.5 196,7 196.7 1155,3 1155.3 951,5 951.5 1344,8 1344.8 786,0 786.0 122,4 122.4 775,2 775.2 587,0 587.0 959,2 959.2 0,010 0.010 BM1 i KBM1 BM1 and KBM1 992,2 992.2 14,6 14.6 995,2 995.2 976,3 976.3 1005,0 1005.0 703,7 703.7 111,8 111.8 705,7 705.7 570,8 570.8 845,2 845.2 0,003 0.003 BM3 i KBM3 BM3 and KBM3 1180,7 1180.7 167,5 167.5 1182,0 1182.0 1012,5 1012.5 1347,5 1347.5 776,4 776.4 271,7 271.7 790,8 790.8 375,7 375.7 1213,3 1213.3 0,053 0.053 BM6 i KBM6 BM6 and KBM6 1149,0 1149.0 91,6 91.6 1162,9 1162.9 1051,2 1051.2 1232,8 1232.8 786,0 786.0 122,4 122.4 775,2 775.2 587,0 587.0 959,2 959.2 0,003 0.003

PL 235 036 B1PL 235 036 B1

Badania morfometryczne posłużyły do oceny, czy ubytki w tym samym czasie po zabiegu, wykazują różne zaawansowanie procesów gojenia i czy jest to związane z rodzajem materiału wypełniającego ranę. Do badań histopatologicznych pobierany materiał kostny byt utrwalany w 10% roztworze formaliny. Utrwalone wycinki były odwapniane za pomocą urządzenia Sonocool (BANDELIN electronic GmbH & Co. KG). Część bloku kostnego obejmująca ubytek kontrolny oznaczana była tuszem. Następnie blaszki kostne były cięte za pomocą nożyka mikrotomowego na plastry grubości ok. 1-3 mm, a następnie wykonywano rutynowe przeprowadzenie histopatologiczne za pomocą automatycznych procesorów tkankowych. W dalszej kolejności materiał był zatapiany w parafinie. Z bloczków parafinowych sporządzano skrawki grubości około 2 pm barwione metodą HE (hematoksylina i eozyna). Wycinki były oceniane w mikroskopie optycznym przez doświadczonego patomorfologa, ze szczegółowym opisem poszczególnych zmian i sporządzeniem dokumentacji fotograficznej. Na Fig. 3, Fig. 4 oraz Fig. 5 zostało pokazane, że następuje indukcja różnicowania się komórek mezenchymalnych do osteoblastów, co zapoczątkowuje procesy osteogenezy.Morphometric tests were used to assess whether the cavities at the same time after surgery show different advancement of the healing processes and whether it is related to the type of material filling the wound. For histopathological examination, the collected bone material was fixed in a 10% formalin solution. The fixed sections were decalcified with a Sonocool (BANDELIN electronic GmbH & Co. KG). The part of the bone block containing the control defect was marked with ink. Next, the bone plates were cut into slices about 1-3 mm thick with a microtome knife, and then routine histopathological examination was performed using automatic tissue processors. Subsequently, the material was embedded in paraffin. Sections approximately 2 µm thick were prepared from paraffin blocks and stained by HE (hematoxylin and eosin). The sections were assessed under an optical microscope by an experienced pathologist, with a detailed description of each lesion and preparation of photographic documentation. In Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 5 it is shown that the differentiation of mesenchymal cells into osteoblasts is induced, which initiates the processes of osteogenesis.

Do pomiarów wyrażonych w wartościach bezwzględnych (pm) wykorzystano preparaty histologiczne wykonane z 37 skrawków kostnych pochodzących z centralnej części każdego ubytku kostnego. Przetwarzanie obrazów do pomiaru wykonano za pomocą mikroskopu Axioscope (Zeiss GmbH, Niemcy), z obiektywem Plan Neo Fluar 2,5x (Carl Zeiss Microlmaging GmbH, Germany) i kamerą MC1000 (Motic Corp., Chiny), podłączonej do standardowego komputera PC z systemem analizy obrazu AnalySIS 3.2 Pro (Soft Imaging Systems GmbH, Niemcy). Zostały wykonane za pomocą programu w języku Imaging C, realizującego interakcję z użytkownikiem. Wyniki zapisano w pliku tekstowym, a następnie zaimportowano do programu Excel 2010 (Microsoft Corp., USA).For the measurements expressed in absolute values (pm), histological preparations made of 37 bone sections from the central part of each bone defect were used. Processing of the images for measurement was performed using an Axioscope microscope (Zeiss GmbH, Germany), with a Plan Neo Fluar 2.5x lens (Carl Zeiss Microlmaging GmbH, Germany) and an MC1000 camera (Motic Corp., China), connected to a standard PC with the image analysis AnalySIS 3.2 Pro (Soft Imaging Systems GmbH, Germany). They were made using the Imaging C language program that interacts with the user. The results were saved in a text file and then imported into Excel 2010 (Microsoft Corp., USA).

Literatura cytowanaLiterature cited

1. Ashok Kumar S., Thiagarajan, Soundappan, Wang Sea-Fue (2011). Nova Science Publishers.1. Ashok Kumar S., Thiagarajan, Soundappan, Wang Sea-Fue (2011). Nova Science Publishers.

2. Brook I et al. (2005). Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod, 100: 550-558.2. Brook I et al. (2005). Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod, 100: 550-558.

3. Cosijns A et al. (2007): Porous hydroxyapatite tablets as carriers for low-dosed drugs. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 67: 498-506.3. Cosijns A et al. (2007): Porous hydroxyapatite tablets as carriers for low-dosed drugs. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 67: 498-506.

4. Ferraz M.P. et al. (2007). Journal of Biomedical Materials Research Part A, opublikowany online w Wiley InterScience, DOI: 10.1002/jbm.a.31151.4. Ferraz M.P. et al. (2007). Journal of Biomedical Materials Research Part A, published online at Wiley InterScience, DOI: 10.1002 / jbm.a.31151.

5. Frank A. et al. (2004). Journal of Controlled Release, 102: 333-344.5. Frank A. et al. (2004). Journal of Controlled Release, 102: 333-344.

6. Heidemann W. et al. (2001). Biomaterials, 22: 2371-2381.6. Heidemann W. et al. (2001). Biomaterials, 22: 2371-2381.

7. Ignjatovic N., Liu C., Czernuszka J., Uskokovic D. (2007). Acta Biomaterialia, 3: 927-935.7. Ignjatovic N., Liu C., Czernuszka J., Uskokovic D. (2007). Acta Biomaterialia, 3: 927-935.

8. Jung-Ho Y., Kyo-Han K., Chang-Kook Y., Tapash R.R., Tae-Yub K. (2011 ). J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 99B: 150-157.8. Jung-Ho Y., Kyo-Han K., Chang-Kook Y., Tapash R.R., Tae-Yub K. (2011). J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 99B: 150-157.

9. Kanellakopoulou K., Giamarellos-Bourboulis E.J. (2000). Drugs, 59 (6): 1223-1232.9. Kanellakopoulou K., Giamarellos-Bourboulis E.J. (2000). Drugs, 59 (6): 1223-1232.

10. Komlev V.S., Barinova S.M., Koplik E.V. (2002). Biomaterials, 23; 3449-3454.10. Komlev V.S., Barinova S.M., Koplik E.V. (2002). Biomaterials, 23; 3449-3454.

11. Kossler W., Fuchs J. (2009): Bone regeneration with β-Tricalcium Phosphate [w:] Bioceramics: Properties, Preparation and Applications. Nova Science Publishers, s. 269.11. Kossler W., Fuchs J. (2009): Bone regeneration with β-Tricalcium Phosphate [in:] Bioceramics: Properties, Preparation and Applications. Nova Science Publishers, p. 269.

12. Kucharski G., Monkos-Jaremczuk E., Puchała P., Jaremczuk B. (2008). Twój Przegląd Stomatologiczny, nr 10.12. Kucharski G., Monkos-Jaremczuk E., Puchała P., Jaremczuk B. (2008). Your Dental Review, No. 10.

13. Li Chun Lin et al. (2008). Journal of Applied Polymer Science, 108: 3210-3217.13. Li Chun Lin et al. (2008). Journal of Applied Polymer Science, 108: 3210-3217.

14. Lin L.C., Chang S.J., Kuo S.M., Niu GC-C, Keng H.K., Tsai P.H. (2008). Journal of Applied Polymer Science, 108, 5: 3210-3217.14. Lin L.C., Chang S.J., Kuo S.M., Niu GC-C, Keng H.K., Tsai P.H. (2008). Journal of Applied Polymer Science, 108,5: 3210-3217.

15. Min-Ho Hong et al. (2011 ). Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 22: 349-355.15. Min-Ho Hong et al. (2011). Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 22: 349-355.

16. Paul W., Sharma C. (1999). Journal of Material Science: Materials in Medicine, 10: 383-388.16. Paul W., Sharma C. (1999). Journal of Material Science: Materials in Medicine, 10: 383-388.

17. Russias J et al. (2006). Materials Science and Engineering C, 26: 1289-1295.17. Russias J et al. (2006). Materials Science and Engineering C, 26: 1289-1295.

18. Xueyu Qiu et al. (2007). Journal of Nanoparticle Research, 9: 901-908.18. Xueyu Qiu et al. (2007). Journal of Nanoparticle Research, 9: 901-908.

Claims

1. Composite ceramic-polymer implant in the form of porous granules of various sizes within the range of 250-1000 gm, in which the ceramic phase is calcium phosphate, characterized in that the ceramic phase is 60-80% by mass, and the ceramic phase of the composite is granules with hydroxyapatite or biphasic apatite material (BCP), and the polymer phase is 20-40% by weight, the polymer phase is poly (D, L-lactide), and the polymer phase is incorporated with the therapeutic substance in the form of an antibiotic in an amount of at least 0.05 g / 1 cm ^{3 of the} implant.

2. A composite implant according to claim 1 The process of claim 1, wherein the poly (D, L-lactide) has a molecular weight of about 80 kDa.

3. A composite implant according to claim 1 The process according to 1-2, characterized in that the granules have a spherical shape.

4. A composite implant according to claim 1 1-3, characterized in that the granules have an open porosity of 25-40% and a pore size in the range of 8-40 gm.

5. A composite implant according to claim 1 The method of claim 1, wherein the antibiotic is clindamycin.

6. Use of the implants as defined in claim 1-5 for the restoration of bone defects, including in particular as a carrier for the preparation of medicaments for the regeneration of the alveolar process, periodontal regeneration and plastic surgery, as well as for the induction of the differentiation of mesenchymal cells into osteoblasts.