PL235484B1 - Method for producing bioresorbable polymer materials with controlled degree of reticulation, for medical applications - Google Patents
Method for producing bioresorbable polymer materials with controlled degree of reticulation, for medical applications Download PDFInfo
- Publication number
- PL235484B1 PL235484B1 PL408417A PL40841714A PL235484B1 PL 235484 B1 PL235484 B1 PL 235484B1 PL 408417 A PL408417 A PL 408417A PL 40841714 A PL40841714 A PL 40841714A PL 235484 B1 PL235484 B1 PL 235484B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- polymerization
- carried out
- cross
- lactide
- membered
- Prior art date
Links
Landscapes
- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania biozgodnych i bioresorbowalnych materiałów polimerowych do zastosowań medycznych o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej.The subject of the invention is a method of producing biocompatible and bioresorbable polymer materials for medical applications with increased mechanical strength.
Polimery biodegradowalne, a zwłaszcza alifatyczne kopolimery otrzymywane w wyniku polim eryzacji z otwarciem pierścienia (ROP) cyklicznych laktydów, laktonów czy sześcioczłonowych węglanów są znanymi i cennymi biodegradowalnymi biomateriałami stosowanymi od lat we współczesnej chirurgii w formie tymczasowych implantów. Materiały te wykorzystywane są również do formowania porowatych, trójwymiarowych rusztowań stosowanych, jako podłoża do zasiedlania komórkami w technikach inżynierii tkankowej czy w formowaniu różnorodnych nośników leków w procesach ich kontrolowanego uwalniania.Biodegradable polymers, and especially aliphatic copolymers obtained by ring-opening polymerization (ROP) of cyclic lactides, lactones or six-membered carbonates, are known and valuable biodegradable biomaterials used for years in modern surgery in the form of temporary implants. These materials are also used to form porous, three-dimensional scaffolds used as a substrate for cell colonization in tissue engineering techniques or in the formation of various drug carriers in the processes of their controlled release.
W zastosowaniach chirurgii ortopedycznej i urazowej zaczęto dość powszechnie stosować polimerowe bioresorbowalne implanty, do stabilizacji uszkodzonych kości. Niewątpliwą zaletą wszczepianych przedmiotów wykonanych z materiałów bioresorbowalnych jest uniknięcie ingerencji w ustrój pacjenta, związanej z usunięciem tego przedmiotu z organizmu, wymaganą w wypadku implantów ze stopów metali, ceramicznych czy innych materiałów nieresorbowalnych. Wykorzystanie implantów z materiałów bioresorbowalnych w ortopedii i w wielu zabiegach chirurgii szczękowo-twarzowej czy naczyniowej jest często limitowane zbyt niską wytrzymałością mechaniczną elementów wszczepianych, szczególnie szybko ulegającą pogorszeniu już od pierwszych tygodni po wszczepieniu do ustroju pacjenta, na skutek zachodzącej degradacji.In orthopedic and trauma surgery applications, polymer bioresorbable implants have become quite common to stabilize damaged bones. The undoubted advantage of implanted items made of bioresorbable materials is the avoidance of interference with the patient's body, associated with the removal of this object from the body, required in the case of implants made of metal alloys, ceramics or other non-resorbable materials. The use of implants made of bioresorbable materials in orthopedics and in many maxillofacial or vascular surgery procedures is often limited by the insufficient mechanical strength of the implanted elements, which deteriorates quickly from the first weeks after implantation into the patient's body due to the ongoing degradation.
Literatura naukowa donosi o chemicznie usieciowanym poli(laktydzie) otrzymanym w wyniku reakcji stopu polimeru z izocyjanuranem triallilu oraz nadtlenkiem dikumylu (S. Yang, Z.-H. Wu, W. Yang, M.-B. Yang Polymer Testing 27 (2008) 957-963). Otrzymane materiały wykazywały większą wytrzymałość na rozciąganie i stabilność termiczną oraz obniżenie temperatury topnienia. Jednocześnie materiały te były kruche, a sieciowanie materiału było prowadzone w dodatkowym etapie, a co więcej w stopie, gdzie ekspozycja na wysoką temperaturę i silne ścinanie w maszynach przetwórczych promuje degradację poliestrów. Podobną strategię sieciowania polilaktydu izocyjanuranem triallilu wykorzystano również w innej pracy (T. M. Quynh, H. Mitomo, N. Nagasawa, Y. Wada, F. Yoshii, M. Tamada European Polymer Journal 43 (2007) 1779-1785). Filmy otrzymane z mieszanin izocyjanuranu triallilu z PLLA lub PDLA były poddawane działaniu promieniowania β w różnych dawkach. W tak modyfikowanych materiałach frakcja żelu zależała od dawki promieniowania. Usieciowanie polilaktydów spowodowało spadek temperatury topnienia jednak materiał stał się twardszy i bardziej kruchy w niższych temperaturach. Podobną metodę zastosowano później ((Piotr Rytlewski, Rafał Malinowski, Krzysztof Moraczewski, Marian Żenkiewicz Radiation Physics and Chemistry 79 (2010), 1052-1057; R. Malinowski, P. Rytlewski, M. Żenkiewicz, Archives of Materials Science and Engineering 49 (2011) 25-32). Autorzy przygotowywali mieszaniny PLA z izocyjanuranem w formie granulowanej lub wytłoczek, a następnie poddawali działaniu wysokoenergetycznego promieniowania β (ok. 10 MeV), które inicjowało sieciowanie mieszaniny PLA z izocyjanuranem. W tym wypadku opisano wzrost temperatury zeszklenia, zaś otrzymane materiały wykazywały ograniczone płynięcie lub nawet jego brak. Nieco inną strategię przyjęli autorzy innej pracy (A. O. Helminen, H. Korhonen, J. V. Seppala J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 41 (2003) 3788-3797) którzy przygotowali resorbowalne sieci poli(estro-bezwodnikowe). W pierwszym etapie otrzymali telecheliczne oligomery ε-kaprolaktonu, L-laktydu oraz D,L-laktydu, które w drugim etapie zostały sfunkcjonalizowane bezwodnikiem bursztynowym, a następnie przereagowane z bezwodnikiem metakrylowym. Tak przygotowany materiał był sieciowany w reakcji rodnikowej inicjowanej nadtlenkiem dibenzoilu w temperaturze 120°C. Usieciowany materiał wykazywał temperaturę zeszklenia wyższą o około 10°C niż oligomeryczny półprodukt. Natomiast testy degradacji in vitro wykazały całkowitą degradację sieci w ciągu 4 dni. Ci sami autorzy opracowali również metodę bezrozpuszczalnikowego sieciowania oligomerycznego polilaktydu sfunkcjonalizowanego (3-izocyjanianopropylo)trietoksysilanem, w reakcji katalizowanej kwasem w obecności wody (A. Helminen, H. Korhonen, J.V. Seppala Polymer 42, (2001) 3345-3353). Otrzymane materiały po ostatecznym sieciowaniu charakteryzowały się wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz biodegradowalnością. Metoda chemicznego sieciowania została również wykorzystana podczas przygotowywania usieciowanego poli(D,L-laktydu-co-węglanu trimetylenu) (R.F Storey, S.C. Warren, C.J Allison, A.D Puckett Polymer 38(1997) 6295-6301). Autorzy wykorzystali wieloetapową syntezę o konsekutywnych krokach; (i) przygotowania trójr amiennego prepolimeru poli(D,L-laktydu-ko-węglanu trimetylenu), (ii) funkcjonalizacji grup terminalnych chlorkiem metakroilu oraz (iii) rodnikowym sieciowaniu grup metakrylanowych. W literaturze naukowej opisano równieżScientific literature reports on chemically cross-linked poly (lactide) obtained by reacting a polymer melt with triallyl isocyanurate and dicumyl peroxide (S. Yang, Z.-H. Wu, W. Yang, M.-B. Yang Polymer Testing 27 (2008) 957-963). The obtained materials showed higher tensile strength and thermal stability as well as lower melting point. At the same time, these materials were brittle and the cross-linking of the material was carried out in an additional step, and moreover in the melt, where exposure to high temperature and high shear in processing machines promotes the degradation of polyesters. A similar strategy of cross-linking polylactide with triallyl isocyanurate was also used in another work (T. M. Quynh, H. Mitomo, N. Nagasawa, Y. Wada, F. Yoshii, M. Tamada European Polymer Journal 43 (2007) 1779-1785). Films obtained from mixtures of triallyl isocyanurate with PLLA or PDLA were exposed to β radiation at various doses. In the materials modified in this way, the gel fraction depended on the radiation dose. Cross-linking of polylactides resulted in a drop in melting point, however the material became harder and more brittle at lower temperatures. A similar method was used later ((Piotr Rytlewski, Rafał Malinowski, Krzysztof Moraczewski, Marian Żenkiewicz Radiation Physics and Chemistry 79 (2010), 1052-1057; R. Malinowski, P. Rytlewski, M. Żenkiewicz, Archives of Materials Science and Engineering 49 ( 2011) 25-32). The authors prepared mixtures of PLA with isocyanurate in the form of granules or extrudates, and then exposed to high-energy β radiation (approx. 10 MeV), which initiated cross-linking of the PLA mixture with isocyanurate. In this case, an increase in the glass transition temperature was described, while the materials obtained showed limited or even no flow. A slightly different strategy was adopted by the authors of another work (AO Helminen, H. Korhonen, JV Seppala J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 41 (2003) 3788-3797) who prepared resorbable poly (ester-anhydride) networks In the first stage they obtained telechelic oligomers of ε-caprolactone, L-lactide and D, L-lactide, which in the second stage were functionalized succinic anhydride, then reacted with methacrylic anhydride. The material prepared in this way was cross-linked in a radical reaction initiated with dibenzoyl peroxide at a temperature of 120 ° C. The cross-linked material exhibited a glass transition temperature about 10 ° C higher than the oligomeric intermediate. In contrast, in vitro degradation tests showed complete degradation of the network within 4 days. The same authors also developed a method of solvent-free cross-linking of (3-isocyanatopropyl) triethoxysilane-functionalized oligomeric polylactide in an acid-catalyzed reaction in the presence of water (A. Helminen, H. Korhonen, J.V. Seppala Polymer 42, (2001) 3345-3353). The obtained materials, after the final cross-linking, were characterized by high mechanical strength and biodegradability. The chemical cross-linking method has also been used in the preparation of cross-linked poly (D, L-lactide-co-trimethylene) carbonate (R.F Storey, S.C. Warren, C.J. Allison, A.D. Puckett Polymer 38 (1997) 6295-6301). The authors used a multi-step synthesis with consecutive steps; (i) preparation of a triamine poly (D, L-lactide-trimethylene co-carbonate) prepolymer, (ii) functionalization of the terminal groups with methacryloyl chloride, and (iii) radical crosslinking of methacrylate groups. Also described in the scientific literature
PL 235 484 B1 otrzymywanie wzmocnionego poli(laktydu) poprzez zmieszanie i przereagowanie z usieciowanym poliuretanem (G.-C. Liu, Y.-S. He, J.-B. Zeng, Y. Xua, Y.-Z. Wang I Polym. Chem., 2014, Advance Article DOI: 10.1039/C3PY01649H). Formowanie materiału usieciowanego odbywało się w procesie reaktywnego wytłaczania, a otrzymany materiał charakteryzował się ok. 30 krotnym wzrostem właściwości mechanicznych w stosunku do PLA. W odróżnieniu od chemicznego sieciowania, literatura naukowa opisuje również przykłady tworzenia sieci amfifilowych i żeli usieciowanych fizycznie (X. Fan, M. Wang, D. Yuan, C. He Langmuir, 29 (2013) 14307-14313). Sieciowaniu poddano hydrofilowy monoakrylan poli(glikolu etylenowego) i hydrofobowe kopolimery: monoakrylan poli[glikolu etylenowego-blok-(L-laktydu)] i monoakrylan poli[glikolu etylenowego-blok-(D-laktydu)], inicjując reakcję rodnikową grup akrylanowych i faworyzując oddziaływania fizyczne i tworzenie się stereokompleksu pomiędzy poli(Li D-laktydami).PL 235 484 B1 preparation of reinforced poly (lactide) by mixing and reacting with cross-linked polyurethane (G.-C. Liu, Y.-S. He, J.-B. Zeng, Y. Xua, Y.-Z. Wang I Polym. Chem., 2014, Advance Article DOI: 10.1039 / C3PY01649H). The cross-linked material was formed in the process of reactive extrusion, and the obtained material was characterized by an approx. 30-fold increase in mechanical properties in relation to PLA. In contrast to chemical cross-linking, the scientific literature also describes examples of the formation of amphiphilic networks and physically cross-linked gels (X. Fan, M. Wang, D. Yuan, C. He Langmuir, 29 (2013) 14307-14313). The hydrophilic poly (ethylene glycol) monoacrylate and hydrophobic copolymers: poly [ethylene glycol-block- (L-lactide) monoacrylate] and poly [ethylene glycol-block- (D-lactide)] monoacrylate were crosslinked, initiating the radical reaction of acrylate groups and favoring physical interactions and the formation of a stereocomplex between poly (Li D-lactides).
W przytoczonych powyżej przykładach stosowano jednak metody wielostopniowe, stosując najczęściej toksyczne inicjatory sieciowania lub promieniowanie jonizujące powodujące degradację samego materiału, a przez to obniżające właściwości mechaniczne końcowego materiału. Innym rozwiązaniem było wprowadzanie, na etapie syntezy, niedegradowalnych fragmentów w sieć polimerową.In the above-mentioned examples, however, multi-stage methods were used, most often using toxic cross-linking initiators or ionizing radiation causing degradation of the material itself, and thus reducing the mechanical properties of the final material. Another solution was to introduce, at the stage of synthesis, non-degradable fragments into the polymer network.
W literaturze naukowej wzmiankowane jest również tworzenie się kopolimerów rozgałęzionych oraz usieciowanych w procesie kopolimeryzacji L-laktyd lub c-kaprolaktonu z węglanem benzylu w obecności oktanianu cyny jako inicjatora w procesie prowadzonym w temperaturach przekraczających 135°C (R.F. Storey, B.D. Mullen, K.M. Melchert J. Macromol. Sci. - Pure Appl. Chem., A38 (2001) 897-917) (praca nie wskazuje na możliwość kontroli stopnia usieciowania otrzymywanych materiałów). W pr ocesie kopolimeryzacji prowadzonym w niższych temperaturach obserwuje się tworzenie odpowiednich rozpuszczalnych kopolimerów.The scientific literature also mentions the formation of branched and cross-linked copolymers in the copolymerization process of L-lactide or c-caprolactone with benzyl carbonate in the presence of tin octanoate as an initiator in the process carried out at temperatures exceeding 135 ° C (RF Storey, BD Mullen, KM Melchert J Macromol. Sci. - Pure Appl. Chem., A38 (2001) 897-917) (the work does not indicate that the degree of cross-linking of the materials obtained can be controlled). In the course of copolymerization carried out at lower temperatures, formation of corresponding soluble copolymers is observed.
Nieoczekiwanie, okazało się, iż metoda wytwarzania biozgodnych i bioresorbowalnych (kopolimerów do zastosowań medycznych, która jest przedmiotem wynalazku, pozwala otrzymać materiały polimerowe, które charakteryzują się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną, w porównaniu do dotychczas znanych, powszechnie akceptowanych i używanych syntetycznych materiałów polimerowych stanowiących (ko)polimery laktydów, glikolidu, ε-kaprolaktonu czy cyklicznych sześcioczłonowych węglanów oraz materiałów naturalnych jak poli(3-hydroksyalkanian)y, bez zaburzenia biokompatybilności syntetyzowanego kopolimeru i bez udziału dodatkowych reakcji sieciowania. Według prezentowanego wynalazku można otrzymywać nie tylko sam materiał, ale również ostateczny, uformowany wyrób medyczny gotowy do zastosowania, a proces jego wytwarzania może być kontrolowany poprzez dobór odpowiedniego czynnika sieciującego oraz jego ilość/udział w tworzonym kopolimerze jak również temperaturę prowadzenia kopolimeryzacji tak aby otrzymywany według wynalazku materiał lub gotowy wyrób (implant), cechowały właściwości mechaniczne, przetwórcze i biodegradacyjne pozwalające zwłaszcza na zastosowanie w ortopedii, chirurgii urazowej czy szczękowo-twarzowej, w postaci śrub czy płytek do osteosyntezy.Unexpectedly, it turned out that the method of producing biocompatible and bioresorbable (copolymers for medical applications, which is the subject of the invention, allows to obtain polymeric materials that are characterized by increased mechanical strength, compared to the previously known, widely accepted and used synthetic polymer materials constituting (co ) polymers of lactides, glycolide, ε-caprolactone or cyclic six-membered carbonates and natural materials such as poly (3-hydroxyalkanoate) y, without disturbing the biocompatibility of the synthesized copolymer and without additional cross-linking reactions. , a shaped medical device ready for use, and the process of its production can be controlled by the selection of an appropriate cross-linking agent and its amount / share in the copolymer formed, as well as the temperature of copolymerization so as to obtain according to the invention, the material or the finished product (implant) was characterized by mechanical, processing and biodegradation properties allowing, in particular, its use in orthopedics, trauma or maxillofacial surgery, in the form of screws or plates for osteosynthesis.
Sposób wytwarzania bioresorbowalnych materiałów polimerowych o kontrolowanym stopniu usieciowania do zastosowań medycznych, według wynalazku polega na tym, że otrzymuje się go w procesie kopolimeryzacji monomeru sieciującego, którym jest sfunkcjonalizowany ugrupowaniem estrowym cykliczny sześcioczłonowy węglan, czyli ester kwasu 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylowego, o ogólnym wzorze 1, gdzie R to prosta lub rozgałęziona grupa alkilowa o liczbie atomów węgla od 1 do 8, halogenopochodne alkilowe, grupa 2-tert-butoksy-2-oksoetylowa, korzystnie 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylan (2-tert-butoksy-2-oksoetylu), przy czym, kopolimeryzację prowadzi się w masie lub rozpuszczalniku, w obecności inicjatora i/lub katalizatora wybranego z grupy obejmującej acetyloacetoniany, alkilki, halogenki, alkoholany i/lub triflaty cyrkonu (IV), żelaza (III), tytanu (IV) i/lub skandu (III).The method of producing bioresorbable polymeric materials with a controlled degree of cross-linking for medical applications, according to the invention, consists in the fact that it is obtained in the process of copolymerization of a cross-linking monomer, which is an ester-functional cyclic carbonate, i.e. 5-methyl-2-oxo-1 acid ester. , 3-dioxane-5-carboxylic acid of general formula I, wherein R is a straight or branched alkyl group with a carbon number of 1 to 8, halogenated alkyl, 2-tert-butoxy-2-oxoethyl, preferably 5-methyl- (2-tert-butoxy-2-oxoethyl) 2-oxo-1,3-dioxane-5-carboxylate, wherein the copolymerization is carried out in bulk or in a solvent in the presence of an initiator and / or a catalyst selected from the group consisting of acetylacetonates, alkyls , halides, alcoholates and / or triflates of zircon (IV), iron (III), titanium (IV) and / or scandium (III).
Korzystnie, według wynalazku stosuje się cykliczny sześcioczłonowy węglan zawierający podstawnik 2-tert-butoksy-2-oksoetylowy, czyli 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylan (2-tert-butoksy-2-oksoetylu), który kopolimeryzuje się z laktydem/ami i/lub glikolidem i/lub ε-kaprolaktonem i/lub cyklicznymi sześcioczłonowymi węglanami.Preferably according to the invention, a cyclic six-membered carbonate containing a 2-tert-butoxy-2-oxoethyl substituent, i.e. (2-tert-butoxy-2-oxoethyl) 5-methyl-2-oxo-1,3-dioxane-5-carboxylate is used. which is copolymerized with lactide (s) and / or glycolide and / or ε-caprolactone and / or cyclic six-membered carbonates.
W sposobie według wynalazku stosuje się inicjator o udokumentowanej aktywności w procesach transestryfikacji, wybrany z grupy obejmującej acetylacetoniany, alkilki, halogenki, alkoholany cyrkonu (IV), tytanu (IV), i/lub skandu (III), korzystnie acetylacetonian cyrkonu (IV), butanolan tytanu (IV) lub triflat skandu, przy czym synteza prowadzona jest w masie lub rozpuszczalniku.In the process of the invention, an initiator with proven activity in transesterification processes is used, selected from the group consisting of acetylacetonates, alkyls, halides, zirconium (IV), titanium (IV), and / or scandium (III) alkoxides, preferably zirconium (IV) acetylacetonate, titanium (IV) butoxide or scandium triflate, the synthesis being carried out in bulk or in a solvent.
Przebieg reakcji kontroluje się zarówno ilością dodawanego sfunkcjonalizowanego monomeru węglanowego jak i warunkami procesu, prowadząc syntezę w stopie lub w roztworze rozpuszczalnikaThe course of the reaction is controlled both by the amount of functionalized carbonate monomer added and by the process conditions, by melt or solvent solution synthesis
PL 235 484 B1 organicznego, wybranego z grupy obejmującej tlenki cykliczne, korzystnie tetrahydrofuran, węglowodory aromatyczne korzystnie toluen, chlorobenzen, alkilosulfotlenki korzystnie dimetylosulfotlenek oraz etery i estry, w temperaturze od -20°C do 130°C przez okres od 5 s do 150 h, wobec nietoksycznego katalizatora promującego transestryfikację, korzystnie wybranego z grupy obejmującej acetylacetoniany, alkilki, halogenki, alkoholany i/lub triflaty cyrkonu (IV), żelaza (III), tytanu (IV), skandu (III), korzystnie acetylacetonian cyrkonu (IV), acetylacetonian żelaza (III) lub butanolan tytanu (IV) lub triflat skandu.Organic, selected from the group consisting of cyclic oxides, preferably tetrahydrofuran, aromatic hydrocarbons, preferably toluene, chlorobenzene, alkyl sulfoxides, preferably dimethyl sulfoxide, and ethers and esters at a temperature of -20 ° C to 130 ° C for a period of 5 s to 150 h , in the presence of a non-toxic transesterification-promoting catalyst, preferably selected from the group consisting of acetylacetonates, alkyls, halides, alkoxides and / or triflates of zirconium (IV), iron (III), titanium (IV), scandium (III), preferably zirconium (IV) acetylacetonate, iron (III) acetylacetonate or titanium (IV) butoxide or scandium triflate.
Otrzymany, częściowo usieciowany kopolimer ((pre)polimer - materiał o stopniu usieciowania, korzystnie w zakresie od 1% do 15%) przetwarza się technikami w roztworze, korzystnie wylewanie filmu, przędzenie włókien, jak i bezrozpuszczalnikowymi technikami typowymi dla przetwórstwa termoplastów, korzystnie wytłaczanie, wylewanie ze stopu i wtrysk.The obtained partially cross-linked copolymer ((pre) polymer - material with a degree of cross-linking, preferably in the range from 1% to 15%), is processed by solution techniques, preferably film casting, fiber spinning, and solvent-free techniques typical for thermoplastic processing, preferably extrusion , alloy pouring and injection.
Według wynalazku, nieoczekiwanie stało się możliwe nadanie zaprojektowanego kształtu biodegradowalnym materiałom polimerowym o dużym stopniu usieciowania, w typie duroplastu, których nie można przetwarzać metodami stosowanymi w przetwórstwie termoplastów, już na etapie prowadzenia syntezy tego materiału. Z tego powodu syntezę polimeru prowadzi się w odpowiednio skonstruowanej formie, odwzorowującej kształt przedmiotu docelowego.According to the invention, it has surprisingly been possible to give the designed shape to biodegradable polymeric materials with a high degree of cross-linking, of the duroplast type, which cannot be processed by methods used in the processing of thermoplastics, already at the stage of synthesis of this material. For this reason, the synthesis of the polymer is carried out in an appropriately constructed form, reflecting the shape of the target object.
Korzystnie, według wynalazku miesza się ze sobą monomery będące cyklicznymi laktonami lub/i laktydami lub/i cyklicznymi węglanami w mieszalniku z dodatkiem czynnika sieciującego, którym jest sfunkcjonalizowany ugrupowaniem estrowym cykliczny sześcioczłonowy węglan, szczególnie korzystnie 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylan(2-tert-butoksy-2-oksoetylu), w ilości od 3 do 60% mol i ewentualnie dodaje się polimeryczne polialkohole o liczbie grup hydroksylowych w cząsteczce większej od 2, korzystnie otrzymywane na drodze reakcji polimeryzacji ROP węglanu trimetylenu lub/i ε-kaprolaktonu w obecności alkoholi wielowodorotlenowych, korzystnie pentaerytrytolu lub/i gliceryny lub/i mannitolu. Mieszaninę topi się i utrzymuje temperaturę w zakresie od 50°C do 130°C. Do otrzymanego stopu następnie wprowadza się typowy katalizator reakcji otwarcia pierścienia tego typu monomerów, korzystnie acetylacetonian cyrkonu (IV) lub jednowodny acetylacetonian cynku (II), utrzymując temperaturę w zakresie od 50°C do 130°C. Reakcję pre(ko)polimeryzacji prowadzi się w mieszalniku przez okres od 5 s do 30 minut, a następnie tak otrzymany prepolimer przelewa się do przygotowanej podgrzewanej formy o temperaturze od 80° do 130°C, gdzie następuje właściwy etap polimeryzacji. W czasie biegnącego procesu (ko)polimeryzacji należy utrzymywać temperaturę formy od 80°C do 130°C przez cały odpowiednio dobrany czas prowadzenia reakcji, tak aby przereagowanie wszystkich substratów było bliskie 100%. Po tym czasie formę wychładza się stopniowo do temperatury pokojowej, po czym można ją otworzyć i wyjąć gotowy lity przedmiot, o wcześniej zaplanowanym kształcie zgodnym z odwzorowaniem formy, wykonany z bioresorbowalnego materiału polimerowego.Preferably, according to the invention, monomers which are cyclic lactones and / or lactides and / or cyclic carbonates are mixed with each other in a mixer with the addition of a cross-linking agent which is an ester-functionalized cyclic six-membered carbonate, particularly preferably 5-methyl-2-oxo-1,3. -dioxane-5-carboxylate (2-tert-butoxy-2-oxoethyl), in an amount of 3 to 60 mol% and optionally polymeric polyalcohols with a number of hydroxyl groups in the molecule greater than 2, preferably obtained by ROP carbonate polymerization reaction trimethylene or / and ε-caprolactone in the presence of polyhydric alcohols, preferably pentaerythritol and / or glycerin and / or mannitol. The mixture is melted and the temperature is maintained between 50 ° C and 130 ° C. A conventional ring opening catalyst for this type of monomers is then introduced into the resulting alloy, preferably zirconium (IV) acetylacetonate or zinc (II) acetylacetonate monohydrate, maintaining the temperature in the range of 50 ° C to 130 ° C. The pre (co) polymerization reaction is carried out in a mixer for a period of 5 s to 30 minutes, and then the prepolymer obtained in this way is poured into a prepared heated mold at a temperature of 80 ° to 130 ° C, where the actual polymerization stage takes place. During the ongoing (co) polymerization process, the mold temperature should be maintained from 80 ° C to 130 ° C throughout the appropriately selected reaction time, so that the conversion of all the reactants is close to 100%. After this time, the mold is gradually cooled down to room temperature, after which it can be opened and the finished solid object, with a previously planned shape consistent with the mold representation, made of bioresorbable polymer material, can be taken out.
W sposobie według wynalazku, korzystnie prowadzi się polimeryzację w szczelnej formie odwzorowującej docelowy kształt, pozwalającej otrzymać gotowe implanty medyczne zarówno o zaplanowanym kształcie jak i sterylności umożliwiającej ich zastosowanie biomedyczne bez dodatkowych operacji, pod warunkiem zachowania odpowiednich warunków sterylności w czasie czynności odformowania i konfekcjonowania produktu, oraz prowadzenia polimeryzacji powyżej 110°C, w czasie powyżej 1 h, korzystnie w temperaturze 120°C, w czasie powyżej 18 h.In the method according to the invention, the polymerization is preferably carried out in a sealed form that resembles the target shape, allowing to obtain ready-made medical implants, both with planned shape and sterility, enabling their biomedical use without additional operations, provided that appropriate sterility conditions are maintained during the product deformation and packaging operations, and carrying out the polymerization above 110 ° C for more than 1 hour, preferably at 120 ° C for more than 18 hours.
Istotną zaletą metody otrzymywania gotowych produktów do zastosowań biomedycznych według wynalazku w odróżnieniu od obecnie stosowanych ciągów technologicznych, jest możliwość pominięcia operacji sterylizacji, dzięki czemu materiał przed implantacją nie ulega degradacji, która towarzyszy sterylizacji, powodującej spadek wytrzymałości mechanicznej wyrobu podczas ekspozycji na czynniki sterylizujące.A significant advantage of the method of obtaining finished products for biomedical applications according to the invention, in contrast to the currently used technological lines, is the possibility of skipping the sterilization operation, thanks to which the material before implantation does not degrade, which is accompanied by sterilization, causing a decrease in the mechanical strength of the product during exposure to sterilizing agents.
Szybkość biowchłaniania, jak i własności mechaniczne otrzymywanych sposobem według wynalazku implantów, można regulować tak, aby skorelować ją z szybkością regeneracji tkanki, poprzez dobranie optymalnego składu mieszaniny reakcyjnej, w tym ilości czynnika sieciującego lub/i polialkoholu i warunków reakcji rodzaju inicjatora lub/i katalizatora oraz temperatury prowadzenia reakcji. Wszystkie te czynniki decydują o składzie, strukturze i stopniu usieciowania formującego się w procesie polimeryzacji łańcucha bioresorbowalnego materiału polimerowego, korzystnie alifatycznych poliestrów- co -węglanów) takich jak poli(L-laktyd-co -ε-kaprolakton-co-węglan(y)) lub poli(D,L-laktyd-co-glikolid-co -węglan(y)) lub poli(L-laktyd-co-glikolid-co -ε-kaprolakton-co-węglan(y)) lub poli(bursztynian butyluco -L-laktyd-co-węglan(y)) lub poli(L-laktyd-co -węglan(y)).The rate of bioabsorption and the mechanical properties of the implants obtained by the method according to the invention can be adjusted to correlate it with the rate of tissue regeneration by selecting the optimal composition of the reaction mixture, including the amount of cross-linking agent and / or polyalcohol and the reaction conditions of the type of initiator and / or catalyst and reaction temperatures. All these factors determine the composition, structure and degree of cross-linking of the bioresorbable polymeric material chain formed in the polymerization process, preferably aliphatic polyesters-co-carbonates such as poly (L-lactide-co-ε-caprolactone-co-carbonate (s)) or poly (D, L-lactide-co-glycolide-co-carbonate (s)) or poly (L-lactide-co-glycolide-co-e-caprolactone-co-carbonate (s)) or poly (butyl succinate) L-lactide-co-carbonate (s) or poly (L-lactide-co-carbonate (s)).
Wynalazek ilustrują następujące, przedstawione poniżej przykłady. Przykłady stanowią jedynie ilustrację wynalazku, nie ograniczając jego zakresu.The following examples illustrate the invention. The examples are illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention.
PL 235 484 B1PL 235 484 B1
P r z y k ł a d IP r z k ł a d I
W celu otrzymania biozgodnego i biodegradowalnego terpolimeru o podwyższonych właściwościach mechanicznych, w warunkach bezwodnych, stopiono mieszaninę suchych związków oksacyklicznych składającą się z 10,8 g L-laktydu (75% mol.), 2,3 g glikolidu (20% mol.) oraz 1,4 g 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylanem (2-tert-butoksy-2-oksoetylu) (5% mol.). Następnie dodano 0,06 g acetyloacetonianu cyrkonu (IV), wymieszano i przeniesiono do ogrzewanej formy, ciągle utrzymując warunki bezwodne, którą po napełnieniu szczelnie zamknięto. Formę termostatowano przez okres 36 h w 120°C, a następnie 72 h w 110°C. Po ostudzeniu formy do temperatury pokojowej, otrzymano produkt w postaci transparentnego żółtawego pręta o średnicy 10 mm. Konwersja monomerów, wyznaczona techniką 1H NMR, wynosiła 99,3%.In order to obtain a biocompatible and biodegradable terpolymer with increased mechanical properties, a mixture of dry oxacyclic compounds consisting of 10.8 g of L-lactide (75% mol.), 2.3 g of glycolide (20% mol.) And 1.4 g of (2-tert-butoxy-2-oxoethyl) 5-methyl-2-oxo-1,3-dioxane-5-carboxylate (5 mol%). Then 0.06 g of zirconium (IV) acetylacetonate was added, mixed, and transferred to a heated mold while still maintaining anhydrous condition, which was sealed after filling. The mold was thermostated for 36 h at 120 ° C and then 72 h at 110 ° C. After cooling the mold to room temperature, the product was obtained in the form of a transparent yellowish rod with a diameter of 10 mm. Monomer conversion was 99.3% determined by 1H NMR.
W identycznych warunkach przeprowadzono typowo prowadzoną kopolimeryzację L-laktydu z glikolidem, otrzymując pręt z kopolimeru PLAGA o składzie zawierającym 83% mol. laktydylu i 17% mol glikolidylu, stanowiący materiał referencyjny.The conventional copolymerization of L-lactide with glycolide was carried out under identical conditions to obtain a PLAGA copolymer rod having a composition of 83 mol%. lactidyl and 17 mol% glycolide which is the reference material.
Otrzymany terpolimer rozpuszczał się w chloroformie tylko częściowo, a powstały roztwór był opalizujący, w odróżnieniu od materiału referencyjnego, który w chloroformie rozpuszczał się całkowicie. Temperatura zeszklenia otrzymanego terpolimeru (Tg), oznaczona metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej wynosiła Tg = 50°C (Tg materiału referencyjnego = 55°C), jednocześnie wykazano brak temperatury topnienia dla obu materiałów. Testy zginania trójpunktowego wykazały: maksymalne naprężenie przy zginaniu σ = 37 MPa; moduł sztywności E = 1783 MPa; podczas gdy materiał referencyjny cechowała wyraźnie niższa wytrzymałość na zginanie (σ = 20 MPa; E = 1259 MPa, odpowiednio).The obtained terpolymer was only partially soluble in chloroform, and the resulting solution was opalescent, unlike the reference material which completely dissolved in chloroform. The glass transition temperature of the obtained terpolymer (Tg), determined by the differential scanning calorimetry method, was Tg = 50 ° C (Tg of the reference material = 55 ° C), at the same time no melting point was demonstrated for both materials. The three-point bending tests showed: maximum bending stress σ = 37 MPa; stiffness modulus E = 1783 MPa; while the reference material was characterized by significantly lower bending strength (σ = 20 MPa; E = 1259 MPa, respectively).
P r z y k ł a d IIP r z x l a d II
W celu otrzymania implantu stosowanego w chirurgii do spajania uszkodzeń kostnych, biozgodnego i biodegradowalnego terpolimeru o podwyższonych właściwościach mechanicznych, na wstępie otrzymano oligomer, na drodze polimeryzacji z otwarciem pierścienia, 20 g cyklicznego trimetylenowęglanu, katalizowanej 0,03 g jednowodnego acetylacetonianu cynku (II) w obecności 0,25 g tetra(hydroksymetylo) metanu, jako inicjatora. Polimeryzację prowadzono w stopie, w temperaturze 130°C przez 4 h. Otrzymany oligomer charakteryzował się liczbą końcowych grup hydroksylowych około 4 na cząsteczkę i zawierał 6% wag. frakcji żelowej, nierozpuszczalnej w chloroformie. Średnia masa molowa oligomeru, wyznaczona na podstawie obserwacji końcowych grup łańcucha techniką NMR, wynosiła około 3100 g/mol.In order to obtain an implant used in surgery to bond bone lesions, a biocompatible and biodegradable terpolymer with enhanced mechanical properties, initially an oligomer was obtained by ring-opening polymerization of 20 g of cyclic trimethylene carbonate, catalyzed with 0.03 g of zinc (II) acetylacetonate monohydrate in the presence of 0.25 g of tetra (hydroxymethyl) methane as an initiator. The polymerization was carried out in the melt at 130 ° C for 4 hours. The obtained oligomer had a number of hydroxyl end groups of about 4 per molecule and contained 6 wt. gel fraction, insoluble in chloroform. The average molar mass of the oligomer, determined by observing the chain end groups by NMR, was approximately 3100 g / mol.
Następnie do podgrzewanego reaktora o pojemności 50 ml, zaopatrzonego w mieszadło, dopływ gazu obojętnego, w warunkach bezwodnych wprowadzono 14 g L-laktydu (70% wag.), 2 g glikolidu (10% wag.) oraz 4 g otrzymanego wcześniej oligomeru (20% wag.). Utworzoną mieszaninę podgrzewano pod poduszką suchego gazu obojętnego do temperatury 130°C, przy intensywnym mieszaniu. W momencie otrzymania jednorodnego stopu, do zawartości reaktora dodano 0,07 g acetylacetonianu cyrkonu (IV), nie przerywając ogrzewania i mieszania. Po 15 minutach, zawartość reaktora przelano do wcześniej przygotowanej ogrzanej do 150°C formy ciągle utrzymując warunki bezwodne, którą po napełnieniu szczelnie zamknięto. Formę termostatowano przez okres 80 h w 120°C. Konwersja monomerów, wyznaczona techniką 1H NMR, wynosiła 98,5%. Po ostudzeniu formy do temperatury pokojowej, otrzymano produkt w postaci transparentnej śruby do osteosyntezy o średnicy 5 mm, wysokości gwintu 2 mm i skoku gwintu 4 mm. Wytrzymałość otrzymanej śruby na rozciąganie w momencie zerwania wynosiła 59 MPa, a moduł Young’a wynosił 1850 MPa.Next, 14 g of L-lactide (70% by weight), 2 g of glycolide (10% by weight) and 4 g of the previously obtained oligomer (20% by weight) were introduced into a heated 50 ml reactor, equipped with a stirrer and an inert gas supply, under anhydrous conditions. wt.%). The formed mixture was heated under a blanket of dry inert gas to a temperature of 130 ° C with vigorous stirring. While a homogeneous melt was obtained, 0.07 g of zirconium (IV) acetylacetonate was added to the contents of the reactor with continued heating and stirring. After 15 minutes, the contents of the reactor were poured into a previously prepared mold, heated to 150 ° C, while maintaining anhydrous conditions, which was tightly closed after filling. The mold was thermostated for 80 h at 120 ° C. Monomer conversion was 98.5% determined by 1 H NMR. After cooling the mold to room temperature, a product was obtained in the form of a transparent osteosynthetic screw with a diameter of 5 mm, a thread height of 2 mm and a thread pitch of 4 mm. The tensile strength of the obtained bolt at break was 59 MPa and the Young's modulus was 1850 MPa.
P r z y k ł a d IIIP r x l a d III
W celu otrzymania biozgodnego i biodegradowalnego terpolimeru o podwyższonych właściwościach mechanicznych, w warunkach bezwodnych, do reaktora zaopatrzonego w dopływ argonu, mieszadło i chłodnicę zwrotną umieszczono 30 cm3 bezwodnego THF, a następnie stopniowo dodawano, przy stałym mieszaniu, 10,8 g L-laktydu (75% mol.), 2,3 g glikolidu (20% mol.) oraz 1,4 g 5-metylo-2-okso-1,3-dioksano-5-karboksylanem (2-tert-butoksy-2-oksoetylu) (5% mol.). Zawartość reaktora podgrzano do temperatury 45°C, po rozpuszczeniu monomerów dodano 0,06 g acetyloacetonianu cyrkonu (IV). Reakcję prowadzono w temperaturze około 50*55° pod poduszką argonu przez następne 48 h, przy stałym mieszaniu. Po tym czasie produkt reakcji wytrącono z zimnego metanolu i suszono pod próżnią do stałej masy. Konwersja monomerów, wyznaczona techniką 1H NMR, wynosiła około 80%. Otrzymano częściowo nierozpuszczalny w chloroformie, zawierający około 20% wag. frakcji żelowej terpolimer. Produkt ten można było przetwarzać metodą prasowania w temperaturze 180°C. Testy zginania trójpunktowego przeprowadzone na beleczkach wykonanych z otrzymanego materiału wykazały: maksymalne naprężenie przy zginaniu σ = 30 MPa; moduł sztywności E = 2200 MPa.In order to obtain a biocompatible and biodegradable terpolymer with enhanced mechanical properties, under anhydrous conditions, 30 cm 3 of anhydrous THF were placed in a reactor equipped with an argon supply, a stirrer and a reflux condenser, and then 10.8 g of L-lactide were gradually added with constant stirring. (75 mole%), 2.3 g glycolide (20 mole%) and 1.4 g 5-methyl-2-oxo-1,3-dioxane-5-carboxylate (2-tert-butoxy-2-oxoethyl ) (5 mol%). The content of the reactor was heated to a temperature of 45 ° C, after dissolution of the monomers, 0.06 g of zirconium (IV) acetylacetonate was added. The reaction was carried out at about 50 * 55 ° under an argon blanket for the next 48 h with constant stirring. At this time, the reaction product was precipitated from cold methanol and dried in vacuo to a constant weight. Monomer conversion was approximately 80% as determined by 1H NMR. The obtained was partially insoluble in chloroform, containing about 20 wt. gel fraction of terpolymer. This product could be processed by pressing at 180 ° C. The three-point bending tests carried out on beams made of the obtained material showed: maximum bending stress σ = 30 MPa; stiffness modulus E = 2200 MPa.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL408417A PL235484B1 (en) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | Method for producing bioresorbable polymer materials with controlled degree of reticulation, for medical applications |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL408417A PL235484B1 (en) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | Method for producing bioresorbable polymer materials with controlled degree of reticulation, for medical applications |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL408417A1 PL408417A1 (en) | 2015-12-07 |
PL235484B1 true PL235484B1 (en) | 2020-08-24 |
Family
ID=54776622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL408417A PL235484B1 (en) | 2014-06-02 | 2014-06-02 | Method for producing bioresorbable polymer materials with controlled degree of reticulation, for medical applications |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL235484B1 (en) |
-
2014
- 2014-06-02 PL PL408417A patent/PL235484B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL408417A1 (en) | 2015-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2006271727B2 (en) | Resorbable polyether esters for producing medical implants | |
JP4515762B2 (en) | Poly (L-lactide-co-glycolide) copolymer and medical device containing said compound | |
JP3161729B2 (en) | Method for producing medically applicable article from copolymer of lactide and ε-caprolactone | |
JP6672151B2 (en) | Absorbable polymer blend compositions based on copolymers prepared from monofunctional and bifunctional polymerization initiators, processing methods, and medical devices thereby | |
JP6618906B2 (en) | Absorbent polymer blend composition with high accuracy and controllable absorption rate, processing method, and dimensionally stable medical device provided by the composition | |
JP3054451B2 (en) | Hydrolysable resin composition | |
Dong et al. | Enzyme-catalyzed degradation behavior of L-lactide/trimethylene carbonate/glycolide terpolymers and their composites with poly (L-lactide-co-glycolide) fibers | |
Liao et al. | In vitro degradation behavior of l-lactide/trimethylene carbonate/glycolide terpolymers and a composite with poly (l-lactide-co-glycolide) fibers | |
US20240084071A1 (en) | Polymer blends | |
KR102249223B1 (en) | Polyglycolic acid based block copolymer with high stiffness and bioresorbability and method of producing thereof | |
KR102198945B1 (en) | Biomedical implants comprising surface-modified basic ceramic particles and biodegradable polymers, and preparation method thereof | |
Sharifi et al. | Resilient Amorphous Networks Prepared by Photo‐Crosslinking High‐Molecular‐Weight d, l‐Lactide and Trimethylene Carbonate Macromers: Mechanical Properties and Shape‐Memory Behavior | |
EP2084229B1 (en) | Absorbable copolyesters of poly(ethoxyethylene diglycolate) and glycolide | |
Pattaro et al. | Poly (L-Lactide-co-Glycolide)(PLLGA)–fast synthesis method for the production of tissue engineering scaffolds | |
EP2647656A2 (en) | Bioresorbable and biocompatible thermoplastic elastomer having a shape memory, particularly for biomedical applications and a process for their preparation | |
Feng et al. | Degradable depsipeptide-based multiblock copolymers with polyester or polyetherester segments | |
PL235484B1 (en) | Method for producing bioresorbable polymer materials with controlled degree of reticulation, for medical applications | |
Dobrzynski et al. | Synthetic biodegradable medical polyesters: poly (trimethylene carbonate) | |
Super et al. | Incorporation of salicylates into poly (L-lactide) | |
JP2009132769A (en) | LACTIDE/epsilon-CAPROLACTONE COPOLYMER FOR MEDICAL IMPLANT | |
KR101544788B1 (en) | Biocompatible polyester block copolymer with side/end functional group and method for manufacturing the same | |
KR20230091682A (en) | Manufacturing method of a block copolylmer | |
KR20190079869A (en) | Biodegradable surgical device for implantation and Method of Manufacturing the same | |
CN118022072A (en) | Biodegradable material, preparation method and application thereof, and degradable stent |