PL236369B1 - Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne - Google Patents
Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne Download PDFInfo
- Publication number
- PL236369B1 PL236369B1 PL431216A PL43121619A PL236369B1 PL 236369 B1 PL236369 B1 PL 236369B1 PL 431216 A PL431216 A PL 431216A PL 43121619 A PL43121619 A PL 43121619A PL 236369 B1 PL236369 B1 PL 236369B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- weight
- parts
- curdlan
- granules
- per
- Prior art date
Links
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052587 fluorapatite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 12
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229920002558 Curdlan Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000001879 Curdlan Substances 0.000 claims abstract description 20
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229940078035 curdlan Drugs 0.000 claims abstract description 20
- 235000019316 curdlan Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229920002498 Beta-glucan Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 23
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims description 7
- GSFGEDGXDRCLDV-UHFFFAOYSA-H [Ca+2].P(=O)([O-])([O-])[O-].[F].P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ca+2].[Ca+2] Chemical compound [Ca+2].P(=O)([O-])([O-])[O-].[F].P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ca+2].[Ca+2] GSFGEDGXDRCLDV-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 5
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims 2
- FZPUVLGGWVJGLF-UHFFFAOYSA-K P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ca+2].[Ca+2].[F] Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ca+2].[Ca+2].[F] FZPUVLGGWVJGLF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- MPDDQFGQTCEFIX-UHFFFAOYSA-N [F].[Ca] Chemical compound [F].[Ca] MPDDQFGQTCEFIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- MFLAROGHONQVRM-UHFFFAOYSA-L calcium;dihydrogen phosphate;fluoride Chemical compound [F-].[Ca+2].OP(O)([O-])=O MFLAROGHONQVRM-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 28
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 10
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 10
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 8
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 6
- -1 fluorine ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 5
- KPKZJLCSROULON-QKGLWVMZSA-N Phalloidin Chemical compound N1C(=O)[C@@H]([C@@H](O)C)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](C[C@@](C)(O)CO)NC(=O)[C@H](C2)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@@H]3C[C@H](O)CN3C(=O)[C@@H]1CSC1=C2C2=CC=CC=C2N1 KPKZJLCSROULON-QKGLWVMZSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000004067 Osteocalcin Human genes 0.000 description 3
- 108090000573 Osteocalcin Proteins 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005313 bioactive glass Substances 0.000 description 3
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 description 3
- 239000000316 bone substitute Substances 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 3
- 210000005009 osteogenic cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 3
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 2
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010009711 Phalloidine Proteins 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 2
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 2
- 210000004292 cytoskeleton Anatomy 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 2
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 1
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- 238000000116 DAPI staining Methods 0.000 description 1
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010052779 Transplant rejections Diseases 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000005312 bioglass Substances 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000018678 bone mineralization Effects 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001718 carbodiimides Chemical class 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 239000012678 infectious agent Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie flouoroapatytu oraz polimeru. Sposób ten polega na tym, że do wodnej zawiesiny ß- 1,3-glukanu (kurdlanu), zawierającej od 8 do 20 korzystnie 10 - 14 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody, dodaje się porowate granule ceramiki fosforanowo - wapniowo - fluorowej o rozmiarze 0,1 - 1 mm w ilości od 3 do 9,5 korzystnie 4 do 8 części wagowych granul na 1 część wagową kurdlanu i miesza się do czasu uzyskania jednolitej masy, po czym uzyskany prekursor umieszcza się w formach i ogrzewa. Przedmiotem zgłoszenia jest także rusztowanie kostne, które zawiera spolimeryzowany termicznie ß-1,3-glukan (kurdlan), uprzednio uwodniony, przy czym wodna zawiesina kurdlanu zawiera od 8 do 20 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody oraz ceramikę fosforanowo - wapniowo - fluorową w postaci granul o rozmiarze 0,1 - 1 mm, przy czym proporcje stałych składników wynoszą od 3 do 9,5 części wagowych granul na 1 część wagową kurdlanu.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest ceramiczno-polimerowe sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne, które znajduje zastosowanie w ortopedii i chirurgii weterynaryjnej jako materiał do leczenia ubytków tkanki kostnej jako tworzywo implantacyjne oraz rusztowanie kostne na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru.
Ograniczenia związane z pozyskaniem przeszczepów kostnych oraz możliwe powikłania towarzyszące przeszczepom kości własnej lub egzogennej (np. prawdopodobieństwo odrzucenia przeszczepu, wytworzenie ubytku w nowym miejscu, ból, możliwość przeniesienia czynnika zakaźnego) przyczyniają się do poszukiwania nowych materiałów kościozastępczych. Syntetyczne substytuty kostne takie jak hydroksyapatyt (HAP), fosforany wapnia (a- i β-TCP) lub bioaktywne szkła (BG) stanowią alternatywę dla przeszczepów kostnych. Materiały te cechuje biokompatybilność i bioaktywność oraz zdolności osteokondukcyjne, które sprzyjają procesowi odbudowy tkanki kostnej. Jednakże wadami materiałów ceramicznych są niska odporność na kruche pękanie oraz słaba poręczność chirurgiczna. Niniejsze ograniczenia mogą być zniwelowane poprzez dodanie innego składnika tj. polimeru (syntetycznego lub naturalnego, takiego jak kolagen czy polisacharydy), z wytworzeniem tworzywa kompozytowego łączącego ciągliwość i elastyczność fazy polimerowej z wytrzymałością i biozgodnością fazy ceramicznej.
W ostatnim czasie zwrócono uwagę na korzyści jakie niesie dla regeneracji tkanki kostnej zastosowanie ceramiki wapniowo-fosforanowo-fluorowej (fluoroapatytu, FAP). W badaniach Wu i wsp., (Implant Dentistry 19 (2010) 487-497) stwierdzono, że fluoroapatyt może nasilać syntezę kolagenu, a Bhadang i wsp., wykazali, że FAP dobrze integruje się z tkanką kostną (Biomaterials, 25 (2004) 49354945). Z kolei w badaniach Harrison i wsp., (Biomaterials 25 (2004) 4977-4986) odnotowano, że żywotność komórek w podłożu po 48 godzinach inkubacji z materiałem FAP była wyższa niż w obecności HAP. Z kolejnych badań wynika, iż fluor uwalniający się z implantów kostnych może stymulować proliferację i różnicowanie osteoblastów (Acta Biomaterialia 9 (2013) 5771-5779; Science and Technology of Advanced Materials 16 (2015) 035006) oraz przyspieszać proces mineralizacji kości (Journal of Biomedical Materials Research Part A 102 (2014) 647-654). Z tego względu obiecujące może być wykorzystanie hydroksyapatytu modyfikowanego jonami F- w procesie leczenia uszkodzonej tkanki kostnej.
Dotychczas fluoroapatyt znalazł zastosowanie m.in. do wybielania zębów (CrystEngComm 15 (2013) 5853-5859) - a w zastosowaniach medyczno-regeneracyjnych, jako składnik cementów do wypełnienia zębów (Ceramics International 42 (2016) 17866-17875), jako warstwa pośrednia pomiędzy HAP i ZrO2 (Biomaterials 24 (2003) 3277-3284) oraz do pokrycia implantów metalicznych, głównie tytanowych (Materials 29 (2013) 521-529; Acta Biomaterialia 5 (2009) 1798-1807; Biomaterials 25 (2004) 3351-3358). W eksperymentach in vivo materiały tytanowe z FAP wszczepiano zarówno do szczęki psów (Journal of Biomedical Materials Research 48 (1999) 224-234) jak i kości długich kóz (Journal of Biomedical Materials Research 27 (1993) 127-138). Badania te potwierdziły, iż FAP redukuje resorpcję powłoki ceramicznej na implantach, a także sprzyja odkładaniu się tkanki kostnej. Natomiast dotychczas nie przeprowadzono badań, w których bezpośredniej analizie poddano wpływ samego fluoroapatytu (w postaci granularnej lub sproszkowanej) na proces leczenia ubytków kostnych.
Z polskiego i europejskiego opisu patentowego nr PL 206394 B1 i EP2421570 A2 znany jest bioaktywny ceramiczno-polimerowy materiał kompozytowy wytworzony z granul hydroksyapatytu i β-1,3glukanu, charakteryzujący się bioaktywnością i dużą elastycznością.
Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 4708652 znany jest kompozyt ceramiczny, który składa się z fluoroapatytu i bioaktywnego szkła, powstający przez spiekanie hydroksyapatytu oraz bioszkła wzbogaconego fluorem w temperaturze 700-1100°C. Taki materiał wykazuje wysokie powinowactwo biologiczne (silne wiązanie z kością) i dużą wytrzymałość mechaniczną.
Z chińskiego opisu patentowego nr CN 1087807 znane jest kompozytowe tworzywo do implantacji zawierające 0,5-2% fluoroapatytu (lub fluorohydroksyapatytu) oraz polimer do formowania tj. glikol polietylenowy (PEG) albo alkohol poliwinylowy (PVA). Materiał ten powstaje poprzez zmieszanie ze sobą substratów, umieszczenie prekursora w odpowiedniej formie, tłoczenie, a następnie wypalanie otrzymanej kształtki w temperaturze 1100-1300°C przez 0,5-2 godziny.
Z chińskiego opisu patentowego nr CN 105920663 znany jest materiał implantacyjny składający się z TCP, silanu (stanowiącego spoiwo), karbodiimidu, tlenku tytanu, dwutlenku cyrkonu, siarczanu
PL 236 369 B1 wapnia i fluoroapatytu. Materiał ten wypala się w wysokiej temperaturze tj. 1500-2000°C przez 5-6 godzin, dodaje karboksymetylo-chitozan i otrzymuje wysoce porowaty kompozyt stanowiący rusztowanie do wrastania tkanki kostnej.
Z przedstawionego przeglądu patentów wynika, iż brak jest obecnie materiału „kościozastępczego” o wysokiej poręczności chirurgicznej, który jednocześnie tworzyłby rusztowanie dla odbudowy tkanki kostnej oraz był nośnikiem jonów fluorowych, uwalnianych w określonych ilościach bezpośrednio w miejscu ubytku kostnego w celu stymulacji komórek kościotwórczych oraz przyspieszenia procesu mineralizacji, a w efekcie intensyfikacji procesu regeneracji tkanki kostnej. Dlatego celem obecnego wynalazku jest wytworzenie bioresorbowalnego rusztowania kostnego spełniającego powyższe kryteria.
Wynalazek rozwiązuje zagadnienie otrzymywania kompozytu - rusztowania zawierającego polisacharyd tj. 3-1,3-glukan zwany kurdlanem oraz bioceramikę fosforanowo-wapniowo-fluorową zwaną fluoroapatytem w postaci granul, który stanowi materiał do leczenia ubytków tkanki kostnej jako tworzywo implantacyjne oraz rusztowanie kostne.
Sposób według wynalazku polega na tym, że do wodnej zawiesiny 3-1,3-glukanu (kurdlanu), zawierającej od 8 do 20 korzystnie 10-14 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody, dodaje się porowate granule ceramiki fosforanowo-wapniowo-fluorowej o rozmiarze 0,1-1 mm w ilości od 3 do 9,5 korzystnie 4 do 8 części wagowych granul na 1 część wagową kurdlanu i miesza się do czasu uzyskania jednolitej masy, po czym uzyskany prekursor umieszcza się w formach mocno ugniatając i unikając wprowadzania pęcherzyków powietrza, a następnie ogrzewa przez 10-25 minut w temperaturze 85-105 korzystnie 90-95°C. Korzystnie stosuje się granule o porowatości całkowitej 50-80%. Wytworzony wynalazek po wyjęciu z formy można poddać w zależności od potrzeb między innymi następującym procesom: sterylizacji przez autoklawowanie w temperaturze 120-130°C, sterylizacji korzystnie w środowisku tlenku etylenu w temperaturze 55°C (z 15-godzinnym wentylowaniem próbki w celu odprowadzenia tlenku etylenu po procesie sterylizacji), suszeniu w temperaturze 25-100°C, obróbce kształtu (na mokro przez przycinanie, okrawanie lub na sucho przez frezowanie, ucieranie na warstwie ściernej), nasączaniu płynami (np. krew pacjenta, surowica, sól fizjologiczna, roztworami leków, antybiotyków lub czynników wzrostowych), umieszczeniu w papierowo-foliowych rękawach sterylizacyjnych i magazynowaniu przez okres do kilku lat.
Zaletą wynalazku jest połączenie bardzo dobrych właściwości biologicznych z dużą poręcznością chirurgiczną. Biomateriał posiada zdolność do stopniowego uwalniania jonów fluorowych, co sprzyja proliferacji komórek kościotwórczych oraz nasila syntezę osteokalcyny, co wykazano w badaniach in vitro. Stwierdzono także wysoką, wynoszącą ok 100%, żywotność osteoblastów na ekstraktach z kompozytu FAP/glukan na podstawie testu MTT przeprowadzonego wg normy ISO 10993-5:2009. Wyniki tych badań dla kompozytu FAP/glukan wg wynalazku oraz dla porównania analogicznego kompozytu zawierającego β-1,3-glukan i hydroksyapatyt wg patentów PL 206394B1 i EP2421570A2 (bez zawartości fluoru) zestawiono w Tabeli 1.
Rusztowanie kostne według wynalazku zawiera spolimeryzowany termicznie β-1,3-glukan (kurdlan), uprzednio uwodniony, przy czym wodna zawiesina kurdlanu zawiera od 8 do 20 korzystnie 1014 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody oraz ceramikę fosforanowo-wapniowofluorową w postaci granul o rozmiarze 0,1-1 mm, przy czym proporcje stałych składników wynoszą od 3 do 9,5 korzystnie 4 do 8 części wagowych granul na 1 część wagową kurdlanu. Korzystnie stosuje się granule o porowatości całkowitej 50-80%.
Kompozyt według wynalazku zawiera β-1,3-glukan zwany kurdlanem oraz bioceramikę fosforanowo-wapniowo-fluorową zwaną fluoroapatytem w postaci granul o porowatości całkowitej 50-80% i wielkości granul 0,1-1 mm, która to bioceramika odznacza się zdolnością do stopniowego uwalniania jonów fluorowych. β-1,3-glukan pełni w kompozycie rolę spoiwa łączącego granule ceramiczne oraz nadającego wynalazkowi właściwości wytrzymałościowych.
PL 236 369 Β1
Tabela 1. Wyniki badań biologicznych kompozytu wg wynalazku oraz kompozytu HAP/glukan wg patentów PL206394B1 i EP2421570A2.
| Kompozyt FAP/glukan otrzymywany wg wynalazku | Kompozyt HAP/glukan wg patentów PL 206394 BI i EP242157042 | |
| Odsetek żywotności po 24 godzinach osteoblastów [%] 4g godzinach | 98,6 99,4 | 85,7 82,1 |
| Poziom syntezy osteokalcyny [ng/ml] | 2,209 | 1,296 |
| Wzrost osteoblastów na powierzchni materiałów (barwienie falloidyną i DAPI) | prawidłowa morfologia, komórki o podłużnym kształcie, dobrze rozpłaszczone na materiale, rozbudowany cytoszkielet | komórki okrągłe i nieprzytwierdzone do powierzchni, cytoszkielet słabo rozbudowany |
| Ocena cytotoksyczności w kontakcie bezpośrednim (barwienie Live-Dead) | osteoblasty żywotne, duże i rozpłaszczone, nieliczne komórki martwe | osteoblasty żywe ale okrągłe i nieprzytwierdzone do materiału, więcej martwych komórek |
Obserwacja pod mikroskopem konfokalnym komórek barwionych falloidyną i DAPI wykazała, że osteoblasty hodowane na kompozycie z FAP wykazały prawidłową morfologię, były dobrze rozpłaszczone i miały podłużny kształt. Uzyskane wyniki sugerują, że właściwości biologiczne wynalazku będą sprzyjały zasiedlaniu przez komórki gospodarza, co przyspieszy proces regeneracji uszkodzonej tkanki kostnej. Ponadto kompozyt jest biokompatybilny, resorbowalny i bioaktywny, co oznacza, że posiada zdolność integracji z kością oraz dodatkowo będzie stanowić źródło jonów wapniowych i fosforanowych w okresie post-implantacyjnym. Wynalazek może być stosowany w ortopedii, chirurgii urazowej kości, chirurgii stomatologicznej i twarzowo-szczękowej oraz weterynaryjnej, jako nośnik jonów fluorowych oraz rusztowanie do wypełnienia i leczenia ubytków kostnych.
Przedmiot wynalazku ilustrują przedstawione poniżej przykłady.
Przykład 1 ml wody dejonizowanej i 0,625 g kurdlanu umieszczono na szkiełku zegarkowym, mieszano szpatułką przez 20 minut, dodano 3 g granul FAP frakcji o wielkości 0,2-0,3 mm i wymieszano do czasu uzyskania jednolitej masy. Materiał naprzemiennie przenoszono porcjami do probówki szklanej o średnicy 11 mm i ugniatano tłoczkiem, aby uniknąć wprowadzania pęcherzyków powietrza, a po umieszczeniu całej masy w formie ogrzewano ją przez 15 minut w łaźni wodnej w temperaturze 95°C. Następnie probówkę wyjęto z łaźni, ostudzono i wyjęto z niej elastyczny materiał, który pokrojono na fragmenty o długości 11 mm i suszono przez 72 godziny w temperaturze 37°C. Porowatość całkowita wytworzonego kompozytu wynosiła 53,19% (SD=0,57), średnia średnica porów wynosiła 0,363 μm (SD=0,02), a gęstość objętościowa (ang. bulk density) wynosiła 1,136 g/cm3 (SD=0,005). Żywotność komórek kościotwórczych linii hFOB 1.19. hodowanych w obecności ekstraktu z kompozytu FAP/glukan wynosiła odpowiednio 98,6% (SD=6,4) oraz 99,4 (SD=5,6) po 24 i 48 godzinach inkubacji.
Przykład 2
2,5 ml wody dejonizowanej i 0,312 g kurdlanu umieszczono na szkiełku zegarkowym, mieszano szpatułką przez 15 minut, dodano 1,5 g granul FAP frakcji o wielkości 0,2-0,3 mm i wymieszano do czasu uzyskania jednolitej masy. Materiał naprzemiennie przenoszono porcjami do probówki szklanej o średnicy 8 mm i ugniatano tłoczkiem, aby uniknąć wprowadzania pęcherzyków powietrza, a po umieszczeniu całej masy w formie ogrzewano ją przez 20 minut w łaźni wodnej w temperaturze 90°C. Następnie probówkę wyjęto z łaźni, ostudzono i wyjęto z niej kompozyt, który pokrojono na gładkie krążki o masie w zakresie 120-140 mg. Następnie materiał sterylizowano przez autoklawowanie w temperaturze 121°C. Poziom osteokalcyny produkowanej przez komórki linii hFOB 1.19. i mierzonej za pomocą testu ELISA po 13 dniach inkubacji na materiale wynosił 2,2 ng/ml (SD=0,32).
Przykład 3 ml wody dejonizowanej i 0,5 g kurdlanu umieszczono na szkiełku zegarkowym, mieszano szpatułką przez 20 minut, dodano 3,8 g granul FAP (mieszanina frakcji o wielkości 0,2-0,3 mm : 0,4-0,6 mm w stosunku 1:3) i wymieszano do czasu uzyskania jednolitej masy. Materiał naprzemiennie przenoszono porcjami do szklanej zlewki o średnicy 28 mm i ugniatano tłoczkiem, aby uniknąć wprowadzania pęcherzyków powietrza, a po umieszczeniu całej masy w formie zabezpieczono zlewkę przed odparowaniem
PL 236 369 B1 wody i ogrzewano ją przez 20 minut w łaźni wodnej w temperaturze 95°C. Następnie probówkę wyjęto z łaźni, ostudzono i wyjęto z niej materiał, który pokrojono na fragmenty o długości 11 mm i suszono przez 24 godziny w temperaturze 90°C. Kompozyt stosowano po nasączaniu przez 1 godzinę w roztworze soli fizjologicznej.
Claims (11)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie fluoroapatytu oraz polimeru, znamienny tym, że do wodnej zawiesiny β-1,3-glukanu (kurdlanu) zawierającej od 8 do 20 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody, dodaje się porowate granule ceramiki fosforanowo-wapniowo-fluorowej o rozmiarze 0,1-1 mm w ilości od 3 do 9,5 części wagowych granul na 1 część wagową kurdlanu w temperaturze 20-25°C i całość miesza się do czasu uzyskania jednolitej masy, po czym uzyskany prekursor umieszcza się w formach, a następnie ogrzewa przez 10-25 minut w temperaturze 85-105°C aż do uzyskania spolimeryzowanej masy kurdlanowej, po czym otrzymany biomateriał suszy się.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodna zawiesina kurdlanu zawiera 10-14 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody.
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawartość granul fluoroapatytu wynosi od 4 do 8 części wagowych na 1 część wagową kurdlanu.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura ogrzewania kompozytu wynosi 9095°C.
- 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że otrzymany biomateriał, po wysuszeniu poddaje sterylizacji.
- 6. Sposób według zastrz. 1 i 4, znamienny tym, że sterylizacja przebiega w środowisku tlenku etylenu w temperaturze 55°C przez okres od 0,5 do 2 godzin.
- 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się granule ceramiki fosforanowo- wapniowo-fluorowej o porowatości 50-80%.
- 8. Rusztowanie kostne na bazie fluoroapatytu oraz polimeru, znamienne tym, że zawiera spolimeryzowany termicznie β-1,3-glukan (kurdlan), uprzednio uwodniony, przy czym wodna zawiesina kurdlanu zawiera od 8 do 20 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody oraz ceramikę fosforanowo-wapniowo-fluorową w postaci granul o rozmiarze 0,1-1 mm, przy czym proporcje stałych składników wynoszą od 3 do 9,5 części wagowych granul na 1 część wagową kurdlanu.
- 9. Rusztowanie kostne na bazie fluoroapatytu oraz polimeru według zastrz. 8, znamienne tym, że wodna zawiesina kurdlanu zawiera 10-14 części wagowych kurdlanu na 100 części wagowych wody.
- 10. Rusztowanie według zastrz. 8, znamienne tym, że zawartość granul fluoroapatytu wynosi od 4 do 8 części wagowych na 1 część wagową kurdlanu.
- 11. Rusztowanie według zastrz. 8, znamienne tym, że granule ceramiki fosforanowo-wapniowofluorowej mają porowatość 50-80%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL431216A PL236369B1 (pl) | 2019-09-19 | 2019-09-19 | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL431216A PL236369B1 (pl) | 2019-09-19 | 2019-09-19 | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL431216A1 PL431216A1 (pl) | 2020-05-18 |
| PL236369B1 true PL236369B1 (pl) | 2021-01-11 |
Family
ID=70725743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL431216A PL236369B1 (pl) | 2019-09-19 | 2019-09-19 | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL236369B1 (pl) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL442450A1 (pl) * | 2022-10-05 | 2024-04-08 | Uniwersytet Medyczny W Lublinie | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania |
| PL442451A1 (pl) * | 2022-10-05 | 2024-04-08 | Uniwersytet Medyczny W Lublinie | Nanokompozytowy granulat hydroksyapatytowo-polimerowy na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej oraz sposób jego wytwarzania |
-
2019
- 2019-09-19 PL PL431216A patent/PL236369B1/pl unknown
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL442450A1 (pl) * | 2022-10-05 | 2024-04-08 | Uniwersytet Medyczny W Lublinie | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania |
| PL442451A1 (pl) * | 2022-10-05 | 2024-04-08 | Uniwersytet Medyczny W Lublinie | Nanokompozytowy granulat hydroksyapatytowo-polimerowy na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej oraz sposób jego wytwarzania |
| PL245926B1 (pl) * | 2022-10-05 | 2024-11-04 | Univ Medyczny W Lublinie | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania |
| PL247449B1 (pl) * | 2022-10-05 | 2025-07-07 | Univ Medyczny W Lublinie | Nanokompozytowy granulat hydroksyapatytowo-polimerowy na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej oraz sposób jego wytwarzania |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL431216A1 (pl) | 2020-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rh. Owen et al. | Hydoxyapatite/beta‐tricalcium phosphate biphasic ceramics as regenerative material for the repair of complex bone defects | |
| Jahan et al. | Composite biopolymers for bone regeneration enhancement in bony defects | |
| Dorozhkin | Medical application of calcium orthophosphate bioceramics | |
| JP5882997B2 (ja) | 骨移植片系 | |
| Huang et al. | Development and characterization of a biocomposite material from chitosan and New Zealand-sourced bovine-derived hydroxyapatite for bone regeneration | |
| Belcarz et al. | Application of β-1, 3-glucan in production of ceramics-based elastic composite for bone repair | |
| EP4023267B1 (en) | Foraminifera-derived bone graft material | |
| Sa et al. | Beneficial effects of biomimetic nano-sized hydroxyapatite/antibiotic gentamicin enriched chitosan–glycerophosphate hydrogel on the performance of injectable polymethylmethacrylate | |
| JP5578499B2 (ja) | リン酸カルシウム／生分解性ポリマーハイブリッド材料並びにその製法及びハイブリッド材料を用いたインプラント | |
| CN108404206B (zh) | 一种骨修复材料的制备方法 | |
| Chaudhari et al. | A Systematic review on Bone grafts and Biomaterials substitutes for Bone Regeneration | |
| PL236369B1 (pl) | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne | |
| CN105749356A (zh) | 活性多糖复合骨修复材料 | |
| Lagopati et al. | Hydroxyapatite scaffolds produced from cuttlefish bone via hydrothermal transformation for application in tissue engineering and drug delivery systems | |
| US20240148939A1 (en) | Biphasic biomaterial based on curdlan and hydroxy apatite (hap) for regeneration of osteochondral defects and the method of its preparation | |
| PL240725B1 (pl) | Biomateriał na bazie naturalnego polisacharydu-β-1,3-glukanu (kurdlanu) i ceramiki do zastosowań w inżynierii tkankowej kości oraz sposób jego otrzymywania | |
| Dorozhkin | Calcium orthophosphate bioceramics | |
| CN102123744A (zh) | 包含磷酸钙的生物材料 | |
| RU2349289C1 (ru) | Композиция, биоактивный микропористый материал, имитирующий натуральные костные структуры, и способ его изготовления | |
| Harsini et al. | Bone grafting and the materials for using in orthopaedics | |
| Gajić et al. | Processing of gelatine coated composite scaffolds based on magnesium and strontium doped hydroxyapatite and yttria-stabilized zirconium oxide | |
| US20110153029A1 (en) | Bioresorbable and flexible membranes exhibiting asymmetric osteoconductive behavior in both faces | |
| Ruphuy et al. | New insights into nanohydroxyapatite/chitosan nanocomposites for bone tissue regeneration | |
| US20250345489A1 (en) | Porous composite material, manufacturing method thereof and bone substitute material using the same | |
| EP2421570B1 (en) | Bioactive composite and process for the production of the bioactive composite |