PL245926B1 - Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania - Google Patents
Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania Download PDFInfo
- Publication number
- PL245926B1 PL245926B1 PL442450A PL44245022A PL245926B1 PL 245926 B1 PL245926 B1 PL 245926B1 PL 442450 A PL442450 A PL 442450A PL 44245022 A PL44245022 A PL 44245022A PL 245926 B1 PL245926 B1 PL 245926B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- acetic acid
- curdlan
- chitosan
- hydroxyapatite
- relation
- Prior art date
Links
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 title claims abstract description 39
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 title claims abstract description 33
- 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 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 title claims description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 13
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 38
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 30
- 229920002558 Curdlan Polymers 0.000 claims abstract description 29
- 239000001879 Curdlan Substances 0.000 claims abstract description 29
- 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 29
- 229940078035 curdlan Drugs 0.000 claims abstract description 29
- 235000019316 curdlan Nutrition 0.000 claims abstract description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 25
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 15
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004068 calcium phosphate ceramic Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000012792 lyophilization process Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 claims description 11
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 claims description 11
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- 239000003462 bioceramic Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 8
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 26
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 14
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 9
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 7
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 7
- 229920002498 Beta-glucan Polymers 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 5
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 5
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 5
- 238000012414 sterilization procedure Methods 0.000 description 5
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 4
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 4
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 4
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 4
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 4
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N (2s,3s,4s,5s,6r)-2-[(2r,3s,4r,5r,6s)-6-[(2r,3s,4r,5s,6s)-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)-6-[(2r,4r,5s,6r)-4,5,6-trihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)oxane-3,4,5-triol Chemical compound O[C@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@@H](O[C@@H]2[C@H](O[C@@H](OC3[C@H](O[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H]3O)CO)[C@@H](O)[C@H]2O)CO)[C@H](O)[C@H]1O LUEWUZLMQUOBSB-FSKGGBMCSA-N 0.000 description 2
- 229920000936 Agarose Polymers 0.000 description 2
- 241001312219 Amorphophallus konjac Species 0.000 description 2
- 235000001206 Amorphophallus rivieri Nutrition 0.000 description 2
- 229920002581 Glucomannan Polymers 0.000 description 2
- 229920002752 Konjac Polymers 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 229940046240 glucomannan Drugs 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000252 konjac Substances 0.000 description 2
- 235000010485 konjac Nutrition 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 2
- 230000004819 osteoinduction Effects 0.000 description 2
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002444 Exopolysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 1
- 229920001503 Glucan Polymers 0.000 description 1
- 101000628535 Homo sapiens Metalloreductase STEAP2 Proteins 0.000 description 1
- 102100026711 Metalloreductase STEAP2 Human genes 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 230000001093 anti-cancer Effects 0.000 description 1
- 230000000843 anti-fungal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000840 anti-viral effect Effects 0.000 description 1
- 229940121375 antifungal agent Drugs 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000002449 bone cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 1
- 210000002805 bone matrix Anatomy 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J calcium sulfate hemihydrate Chemical compound O.[Ca+2].[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000012292 cell migration Effects 0.000 description 1
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 1
- 208000031513 cyst Diseases 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 1
- 210000003527 eukaryotic cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000005260 human cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000416 hydrocolloid Substances 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010883 osseointegration Methods 0.000 description 1
- 230000000278 osteoconductive effect Effects 0.000 description 1
- 210000004663 osteoprogenitor cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 description 1
- 239000003361 porogen Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- UGTZMIPZNRIWHX-UHFFFAOYSA-K sodium trimetaphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P1(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])(=O)O1 UGTZMIPZNRIWHX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 230000009772 tissue formation Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/12—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/20—Polysaccharides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/36—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix
- A61L27/38—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells
- A61L27/3839—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses containing ingredients of undetermined constitution or reaction products thereof, e.g. transplant tissue, natural bone, extracellular matrix containing added animal cells characterised by the site of application in the body
- A61L27/3843—Connective tissue
- A61L27/3847—Bones
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Botany (AREA)
- Zoology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest nanokompozytowe rusztowanie kostne, które cechuje się tym, że jego komponentami są kurdlan, chitozan oraz ceramika fosforanowo-wapniowa w formie nanoproszku hydroksyapatytu zawieszone w wodnym roztworze kwasu octowego o stężeniu 1% - 2%, gdzie proporcje wagowe podstawowych składników wynoszą: 4% - 10% (w/v) kurdlanu, 1% - 4% (w/v) chitozanu oraz 10% - 60% (w/v) nanoproszku hydroksyapatytu w stosunku do kwasu octowego. Przedmiotem zgłoszenia jest także sposób otrzymywania rusztowania według wynalazku, który polega na tym, że w roztworze kwasu octowego miesza się składniki: chitozan, kurdlan oraz nanoproszek hydroksyapatytu. Następnie dodaje się wodorowęglan sodu, dokładnie mieszając, po czym mieszaninę inkubuje się w temperaturze 90°C – 95°C, korzystnie 95°C, przez 15 - 25 minut, korzystnie 20 minut, a następnie schładza w temperaturze 4°C - 6°C, po czym otrzymany materiał zamraża się w temperaturze od -65°C do -80°C, po czym poddaje się procesowi liofilizacji (1 – 15 Pa).
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest makroporowate nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej oraz bioceramiki w postaci hydroksyapatytu, które może znaleźć zastosowanie w medycynie regeneracyjnej oraz inżynierii tkankowej kości, a także sposób jego wytwarzania. Wyprodukowany według wynalazku biomateriał może zostać użyty jako implant (wypełniacz) w miejscu niewielkiego ubytku kostnego, bez wcześniejszego zasiedlania komórkami chorego lub jako uzyskany w warunkach in vitro żywy autologiczny wszczep kostny.
Rusztowania stały się ważnymi narzędziami inżynierii tkankowej. Materiały, aby znaleźć zastosowanie w biomedycynie powinny spełniać określone wymagania. Właściwości mechaniczne biomateriału powinny być jak najbardziej zbliżone do zastąpionej tkanki. Odpowiednia wytrzymałość oraz zachowanie swojej struktury po implantacji jest szczególnie ważne w przypadku nośnej, twardej tkanki, jaką jest kość (Velasco M. A. i wsp., BioMed Research International, 2015, 2015). Z biologicznego punktu widzenia niezbędną cechą rusztowania jest biokompatybilność. Kluczowa również jest osteokonduktywność materiału, czyli wspieranie adhezji, proliferacji oraz formownia macierzy zewnątrzkomórkowej. Bardzo pożądaną właściwością jest także pobudzanie tworzenia nowej tkanki kostnej poprzez stymulację różnicowania komórek osteoprogenitorowych w kierunku osteoblastów zwana osteoindukcją (Bose S., Roy M., Bandyopadhyay A., Trends in B iotechnology, 30(10), 546-554, 2012). W celu utworzenia miejsca dla nowo powstałej tkanki, biomateriał powinien ulegać także degradacji. Tempo biodegradacji rusztowania powinno być jak najbardziej podobne do tempa wzrostu kości. W przypadku rusztowań kostnych preferowane są również rusztowania o wysokiej makroporowatości. Zwłaszcza obecność porów połączonych sprzyja migracji komórek oraz wymianie substancji odżywczych i tlenu (Barrere F. i wsp., Materials Science and Engineering R: Reports, 59(1-6), 38-71,2008).
Naturalna zewnątrzkomórkowa macierz kostna jest kompozytem składającym się głównie z fazy nieorganicznej (hydroksyapatytu) i polimeru (kolagenu). Z uwagi na ten fakt materiały polimerowe oraz ceramika fosforanowo-wapniowa są często wykorzystywane do produkcji rusztowań kostnych stosowanych w inżynierii tkankowej (Allo B. A. i wsp., Journal of Functional Biomaterials, 3(2), 432-463, 2012). Naśladujące naturalną strukturę tkanki kostnej kompozyty charakteryzują się korzystnymi właściwościami mechanicznymi oraz biologicznymi. Faza polimerowa zapewnia plastyczność oraz przyspiesza degradację i resorpcję biomateriału (Hutmacher D. W., i wsp., Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 1(4), 245-260, 2007). Ceramika fosforanowo-wapniowa natomiast ma właściwości osteokondukcyjne, sprzyja osseointergracji z tkanką gospodarza, a niekiedy nawet wykazuje osteoindukcję. Dodatkowo fosforany wapnia zapewniają odpowiednie wsparcie strukturalne materiału (Guarino V. i wsp., International Materials Reviews, 57(5), 256-275, 2012). Bioceramika jest łączona zarówno z naturalnymi polimerami, np.: hydroksyapatyt z kolagenem (Kane R. J. i wsp., Acta Biomaterialia, 17, 16-25, 2015), hydroksyapatyt z chitozanem (Xu H. H. K. i wsp., Biomaterials, 25(6), 1029-1037, 2004) jak i z syntetycznymi, np.: fosforan β-trójwapniowy (β-TCP) z poli(kwasem mlekowym) (PLA) (Kikuchi M. i wsp., Journal of Biomedical Materials Research, 48(2), 108-110, 1999) czy hydroksyapatyt z kopolimerem polilaktyd-glikolid (PLGA) (Laurencin C. T. i wsp., Bone, 19(1 SUPPL.), S93-S99, 1996).
Ze względu na swoje właściwości biologiczne w gronie (1>3)-p-glukanów szczególne zainteresowanie naukowców wzbudza bakteryjny egzopolisacharyd - kurdlan. Niezwykłą cechą tego polimeru jest tworzenie dwóch rodzajów żeli w zależności od zastosowanej temperatury ogrzewania. Słabo utwardzony żel jest otrzymywany po podgrzaniu wodnej zawiesiny kurdlanu do temperatury około 55°C. Natomiast stabilny, zwarty żel powstaje podczas ogrzewania w wysokiej temperaturze 80-95°C (Zhang H. i wsp., International Journal of Biological Macromolecules, 30(1), 7-16, 2002; Zhang R., Edgar, K. J., Biomacromolecules, 15(4), 1079-1096, 2014). Dzięki tym właściwościom oraz z uwagi na brak toksyczności kurdlan znalazł zastosowanie jako środek zagęszczający w przemyśle spożywczym (Miwa M., Nakao Y., Nara K., Food Hydrocolloids, 119-124, 1994; Zhang R., Edgar, K. J., Biomacromolecules, 15(4), 1079-1096, 2014). Dodatkowo polimer posiada działanie przeciwnowotworowe, przeciwwirusowe oraz przeciwbakteryjne. Kurdlan i jego pochodne są również wykorzystywane jako nośniki leków (Yuan M. i wsp., Carbohydrate Polymers, 273, 118597, 2021). Polisacharyd jest także obiecującym materiałem do opatrywania ran (Wojcik M. i wsp., Materials Science and Engineering C, 124, 112068, 2021) czy produkcji implantów kostnych (Belcarz A. i wsp., Central European Journal of Biology, 8(6), 534-548, 2013; Borkowski L. i wsp., International Journal of Molecular Scien ces, 22(19), 1-18, 2021; Klimek K. i wsp., Journal of Biomedical Materials Research - Part A, 104(10), 2528-2536, 2016; Przekora A., Palka K., Ginalska G., Materials Science and Engineering C, 58, 891-899, 2016). Chitozan jest również powszechnie stosowany w inżynierii tkankowej. Z uwagi na wysoką biokompatybilność, dobrą biodegradację oraz zdolność do promowania proliferacji komórek ludzkich jest wykorzystywany jako rusztowanie skóry, chrząstki, rogówki, naczyń krwionośnych oraz tkanki kostnej (Wang W., Xue C., Mao X., International Journal of Biological Macromolecules, 164, 4532-4546, 2020). Co więcej polimer ten posiada właściwości przeciwbakteryjne, przeciwgrzybicze, antyoksydacyjne oraz przyspiesza gojenie ran (Shariatinia Z., Advances in Colloid and Interface Science, 263, 131-194, 2019).
Z opisu polskiego patentu PL235822B1 znana jest metoda wytwarzania makroporowatego rusztowania kostnego na bazie chitozanu, agarozy oraz ceramiki fosforanowo-wapniowej. Po procesie produkcji materiału obejmującym zastosowanie wodorowęglanu sodu jako środka spieniającego oraz liofilizacji, rusztowanie jest moczone w 1% roztworze zasady sodowej (NaOH), a następnie płukane w wodzie dejonizowanej oraz suszone.
Z opisu patentów EP2421570B1 i PL206394B1 znany jest biomateriał kompozytowy składający się z 3-1,3-glukanu oraz granul ceramiki fosforanowo-wapniowej. Produkcja rusztowania polega na zmieszaniu ze sobą dwóch składników: ceramiki oraz wodnego roztworu β-1,3-glukan. Powstała mieszanina jest inkubowana w temperaturze 80-100°C przez 5-30 minut.
Z opisu patentu PL229329B1 znana jest metoda otrzymywania rusztowania kostnego składającego się z β-1,3-glukanu oraz fosforanowo-wapniowej ceramiki. Procedura produkcji, która w całości jest przeprowadzana w temperaturze pokojowej, opiera się na umieszczeniu w workach dializacyjnych zawiesiny ceramiki fosforanowo-wapniowej przygotowanej w roztworze β-1,3-glukanu sporządzonego w zasadzie sodowej, a następnie inkubacji w roztworze soli wapniowej.
Z patentu US9757494B2 znane są dwa sposoby otrzymywania porowatych rusztowań kostnych zawierających polisacharydy oraz nanohydroksyapaptyt. Pierwsza metoda polega na przygotowaniu alkalicznego roztworu wodnego zawierającego polisacharyd (np. kurdlan lub chitozan), środek spieniający, np. chlorek sodu lub wodorowęglan sodu, środek sieciujący, np. trimetafosforan trisodowy (STMP) oraz hydroksyapatyt, a następnie umieszczeniu mieszaniny w temperaturze od około 4°C do około 80°C. Drugi sposób opiera się na sporządzaniu alkalicznego roztworu wodnego zawierającego polisacharyd, np. chitozan czy kurdlan, środek sieciujący, np. trichlorek fosforylu (POCI3) oraz hydroksyapatyt, zamrożeniu go, a następnie sublimacji zamrożonego roztworu.
Z opisu patentu PL216995B1 znany jest sposób wytwarzania materiału do wypełniania ubytków kostnych, wyprodukowanego z gipsu, chitozanu oraz hydroksyapatytu. Metoda opiera się na tym, że roztworem chitozanu sporządzonym w wodnym roztworze kwasu siarkowego zarabia się proszek półwodnego siarczanu wapnia z dodatkiem wysokoreaktywnego hydroksyapatytu.
Z opisu patentu CN101229393A znany jest sposób produkcji rusztowania kostnego na bazie chitozanu, kolagenu oraz hydroksyapatytu. Metoda wytwarzania opiera się na zmieszaniu roztworu pęczniejącego chitozanu i hydroksyapatytu z roztworem pęczniejącego kolagenu. Otrzymana mieszanina jest zamrażana, a następnie liofilizowana.
Z opisu patentu CN104001211A znane jest kompozytowe, porowate rusztowanie składające się z chitozanu, glukomannanu Konjac oraz nanohydroksyapatytu do zastosowań w inżynierii tkanki kostnej. Metoda produkcji polega na zmieszaniu glukomannanu Konjac, chitozanu oraz nanohydroksyapatytu w alkalicznym roztworze, np. wody amoniakalnej lub wodorowęglanu sodu. Uzyskaną mieszaninę poddaje się następnie m.in. utwardzaniu, neutralizacji pH i procesowi liofilizacji.
Znany jest również kompozytowy materiał, w skład którego wchodzi β-1,3-glukan, chitozan i ceramika fosforanowo-wapniowa w postaci granul. Procedura produkcji polega na dodaniu do roztworu chitozanu w wodnym roztworze kwasu octowego, wodnego roztworu β-1,3-glukanu, a następnie dokładnym zmieszaniu. Otrzymana próbka jest następnie mieszana z granulatem ceramiki i inkubowana w temperaturze 90°C. Powstały materiał jest chłodzony i poddany zobojętnieniu w 1% roztworze wodorotlenku sodu (Przekora A., Palka K., Ginalska G., Journal of Biotechnology, 182-183(1), 46-53, 2014).
Dotychczas nie zostało opracowane i opisane w dostępnej literaturze naukowej makroporowate rusztowanie kostne na bazie matrycy z chitozanu i kurdlanu oraz hydroksyapatytu w formie nanoproszku. Zgodnie z aktualnym stanem wiedzy, najbardziej zbliżonym biomateriałem implantacyjnym do przedmiotu wynalazku jest rusztowanie kostne na bazie kurdlanu, chitozanu i granulatu bioceramicznego (Przekora A., Palka K., Ginalska G., Journal of Biotechnology, 182-183(1), 46-53, 2014).
PL 245926 Β1
Niemniej jednak wspomniany biomateriał zawiera w swoim składzie hydroksyapatyt lub beta-fosforan trójwapniowy (β-TCP) w postaci granul a nie nanoproszku jak w przedmiocie wynalazku. Ponadto opisany w literaturze biomateriał nie wykazuje obecności makroporów (pory o średnicy powyżej 50 μπι), które uzyskiwane są nowym sposobem jego produkcji zgodnie z wynalazkiem. Sposób ze stanu techniki jest odmienny od przedmiotu wynalazku, tj. wymaga neutralizacji materiału w zasadzie sodowej (NaOH) oraz nie wykorzystuje środka spieniającego i procesu liofilizacji w celu wprowadzenia porów do struktury biomateriału. Z kolei patent nr PL235822B1 opisuje makroporowate rusztowanie kostne, którego sposób otrzymywania zawiera dodatkowe etapy w postaci neutralizacji biomateriału w zasadzie sodowej (NaOH) oraz 3-krotnego płukania materiału w wodzie dejonizowanej. Ponadto produkcja biomateriału opisanego w patencie nr PL235822B1 nie uwzględnia moczenia implantu w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS), a skład chemiczny rusztowania (kurdlan, agaroza, nanohydroksyapatyt) jest odmienny od przedmiotu wynalazku (skład: kurdlan, chitozan, n a n o hyd ro ksy a patyt).
Wynalazek rozwiązuje problem otrzymywania nanokompozytowego rusztowania kostnego z użyciem kurdlanu, chitozanu oraz nanoproszku hydroksyapatytu, które charakteryzuje się biokompatybilnością oraz wysoką makroporowatością (porowatość powyżej 40%, wielkość porów powyżej 50 μπι, duża zawartość dużych porów o wielkości powyżej 100 μΠΊ). Biomateriał o takich właściwościach mikrostrukturalnych (wysoka makroporowatość) będzie ułatwiać unaczynienie implantu po wszczepieniu oraz jego przerastanie tkanką kostną. Ponadto obecność makroporów o średnicy powyżej 100 μπι minimalizuje ryzyko powstania tkanki łącznej włóknistej, która może doprowadzić do powstania torbieli wokół implantu. Biomateriał o takiej mikrostrukturze otrzymuje się dzięki zastosowaniu procesu liofilizacji w połączeniu ze środkiem spieniającym (wodorowęglanem sodu, NaHCCh), którego reakcja z kwasem octowym (CH3COOH) oraz rozkład pod wpływem wysokiej temperatury są źródłem dwutlenku węgla (CO2), który jest porogenem generującym powstanie makroporów w mikrostrukturze rusztowania (z definicji są to pory o średnicy powyżej 50 μπι (Karageorgiou V., Kapłan D., Biomateriale, 26(27), 5474-5491, 2005; Sachot N., Engel E., Castańo O., Current Organie Chemistry, 18(18), 2299-2314, 2014).
Nanokompozytowe rusztowanie kostne według wynalazku składa się z naturalnych polimerów: kurdlanu i chitozanu oraz fazy ceramicznej w postaci nanoproszku hydroksyaptytu, wymieszanych w wodnym roztworze kwasu octowego o stężeniu 1-2%, gdzie proporcje wagowe stałych składników wynoszą: 1-4% (w/v) chitozanu, 4-10% (w/v) kurdlanu oraz 10-60% (w/v) ceramiki fosforanowo-wapniowej w formie nanoproszku hydroksyapatytu w stosunku do kwasu octowego.
Korzystnie, gdy kurdlan występuje w ilości 10% w/v w stosunku do kwasu octowego.
Korzystnie, gdy chitozan występuje w ilości 2% w/v w stosunku do kwasu octowego.
Korzystnie, gdy nanoproszek hydroksyapatytu występuje w stężeniu 50% w/v w stosunku do kwasu octowego.
Sposób wytwarzania nanokompozytowego rusztowania kostnego według wynalazku polega na tym, że do 1-4% (w/v) roztworu chitozanu, korzystnie 2% (w/v), sporządzonego w 1-2% (v/v) wodnym roztworze kwasu octowego, korzystnie 2% (v/v), dodaje się w następującej kolejności: 4-10% (w/v) kurdlanu, korzystnie 10% (w/v) oraz 10-60% (w/v) hydroksyapatytu w postaci nanoproszku, korzystnie 50%, w odniesieniu do kwasu octowego i dokładnie miesza. Do otrzymanej pasty dodaje się 1-2% (w/v) wodorowęglanu sodu, korzystnie 2% (w/v), całość miesza, a następnie inkubuje w temperaturze 90-95°C, korzystnie 95°C. Po tym czasie materiał schładza się w temperaturze 4-6°C, a następnie mrozi się w temperaturze od -65 do -80°C w czasie 2-4 godziny, korzystnie w łaźni lodowej. Zamrożony materiał poddaje się liofilizacji (1-15 Pa), która korzystnie trwa przez okres do 19 godzin lub do momentu całkowitego wysuszenia próbki, po czym próbkę inkubuje się w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) z jonami wapnia i magnezu do 2 godzin, w ostatnim etapie rusztowanie suszy się korzystnie na powietrzu.
Korzystnie mieszaninę inkubuje się w łaźni wodnej przez 15-25 minut, korzystnie 20 minut i schładza w łaźni lodowej.
Kluczowymi elementami procesu produkcyjnego, pozwalającymi na osiągnięcie ma kro porowatej mikrostruktury są:
• wykorzystanie procesu liofilizacji, w czasie którego zachodzi sublimacja rozpuszczalnika, • użycie środka pianotwórczego (NaHCCh), który reaguje z kwasem octowym (NaHCCh + CH3COOH —> CHsCOONa + H2O + CO2) oraz rozkłada się pod wpływem wysokiej temperatury (2 NaHCOs Na2COs + H2O + CO2T), co stanowi źródło dwutlenku węgla (CO2).
Zaletą zastosowania w procesie produkcji jednocześnie środka porotwórczego będącego źródłem dwutlenku węgla oraz procesu liofilizacji jest uzyskanie pożądanej, makroporowatej mikrostruktury (średnica porów powyżej 50 μm) bogatej w duże pory o średnicy powyżej 100 um. Makroporowate rusztowanie tworzy sprzyjające migracji oraz różnicowaniu komórek kostnych mikrośrodowisko oraz umożliwia wymianę składników odżywczych, produktów przemiany materii oraz gazów w obrębie materiału. Duża makroporowatość (powyżej 40%, wielkość porów powyżej 100 um) nanokompozytu sprzyja również angiogenezie, która jest podstawowym warunkiem utrzymania żywotności nowo utworzonej tkanki. Ponadto materiał składający się z biopolimerów: kurdlanu i chitozanu oraz nanohydroksyapatytu naturalnie występującego w kościach jest nietoksyczny wobec komórek eukariotycznych oraz wspiera adhezję i promuje proliferację komórek kościotwórczych (osteoblastów) na powierzchni. Co więcej, biomateriał jest poręczny chirurgicznie oraz pochłania płyny (np. wodę, sól fizjologiczną, osocze, krew) z dużą efektywnością. Wszystkie właściwości rusztowania zostają zachowane, jeśli jest on sterylizowany przy użyciu tlenku etylenu.
Przedmiot wynalazku ilustrują przedstawione poniżej przykłady:
Przykład I
Do 2 ml 2% (v/v) wodnego roztworu kwasu octowego dodano chitozan w ilości 0,04 g i wymieszano. Do powstałego żelu dodano 0,12 g kurdlanu, ponownie wymieszano, dodano 1 g nanoproszku hydroksyapatytu i dokładnie mieszano do momentu powstania gładkiej, jednolitej pasty. Następnie do masy dodano 0,04 g wodorowęglanu sodu, wymieszano i przełożono do zamykanej korkiem formy wytrzymałej na działanie wysokiej i niskiej temperatury (o obj. 2 cm3). Formę umieszczono w łaźni wodnej o temperaturze 95°C na okres 20 minut. Po tym czasie materiał schłodzono w temperaturze 4°C w łaźni lodowej, a następnie przełożono do zamrażarki o temperaturze -80°C na okres 4 godzin. Zamrożony biomateriał poddano liofilizacji w średniej próżni (10 Pa) przez 19 godzin. Otrzymane rusztowanie zanurzono w roztworze buforu PBS i inkubowano przez 2 godziny. W ostatnim etapie po wyjęciu z roztworu materiał suszono w temperaturze pokojowej na powietrzu przez 72 godziny. Uzyskane rusztowanie poddano sterylizacji przy użyciu tlenku etylenu (3 godziny, 55°C). Aby odprowadzić tlenek etylenu po procedurze sterylizacji, materiał wentylowano przez 15 godzin.
Wytworzony biomateriał nie wykazuje cytotoksyczności, promuje adhezję i proliferację komórek kościotwórczych na jego powierzchni oraz posiada makroporowatą mikrostrukturę (przewaga porów o 0 ~ 53,1 um).
Przykład II
Do 2 ml 2% (v/v) wodnego roztworu kwasu octowego dodano chitozan w ilości 0,04 g i wymieszano. Do powstałego żelu dodano 0,16 g kurdlanu, ponownie wymieszano, dodano 0,8 g nanoproszku hydroksyapatytu i dokładnie mieszano do momentu powstania gładkiej, jednolitej pasty. Następnie do masy dodano 0,04 g wodorowęglanu sodu, wymieszano i przełożono do zamykanej korkiem formy wytrzymałej na działanie wysokiej i niskiej temperatury (o obj. 2 cm3). Formę umieszczono w łaźni wodnej o temperaturze 94°C na okres 20 minut. Po tym czasie materiał schłodzono w temperaturze 4°C w łaźni lodowej, a następnie przełożono do zamrażarki o temperaturze -80°C na okres 4 godzin. Zamrożony biomateriał poddano liofilizacji w średniej próżni (10 Pa) przez 19 godzin. Otrzymane rusztowanie zanurzono w roztworze PBS i inkubowano przez 2 godziny. W ostatnim etapie po wyjęciu z roztworu materiał suszono w temperaturze pokojowej na powietrzu przez 72 godziny. Uzyskane rusztowanie poddano sterylizacji przy użyciu tlenku etylenu (3 godziny, 55°C). Aby odprowadzić tlenek etylenu po procedurze sterylizacji, materiał wentylowano przez 15 godzin.
Wytworzony biomateriał nie wykazuje cytotoksyczności, promuje adhezję i proliferację komórek kościotwórczych na jego powierzchni oraz posiada makroporowatą mikrostrukturę (przewaga porów o 0 ~ 117,2 um).
Przykład III
Do 2 ml 2% (v/v) wodnego roztworu kwasu octowego dodano chitozan w ilości 0,04 g i wymieszano. Do powstałego żelu dodano 0,2 g kurdlanu, ponownie wymieszano, dodano 0,6 g nanoproszku hydroksyapatytu i dokładnie mieszano do momentu powstania gładkiej, jednolitej pasty. Następnie do masy dodano 0,04 g wodorowęglanu sodu, wymieszano i przełożono do zamykanej korkiem formy wytrzymałej na działanie wysokiej i niskiej temperatury (o obj. 2 cm3). Formę umieszczono w łaźni wodnej o temperaturze 95°C na okres 20 minut. Po tym czasie materiał schłodzono w temperaturze 4°C w łaźni lodowej, a następnie przełożono do zamrażarki o temperaturze -80°C na okres 4 godzin.
Zamrożony biomateriał poddano liofilizacji w średniej próżni (10 Pa) przez 19 godzin. Otrzymane rusztowanie zanurzono w roztworze PBS i inkubowano przez 2 godziny. W ostatnim etapie po wyjęciu z roztworu materiał suszono w temperaturze pokojowej na powietrzu przez 72 godziny. Uzyskane rusztowanie poddano sterylizacji przy użyciu tlenku etylenu (3 godziny, 55°C). Aby odprowadzić tlenek etylenu po procedurze sterylizacji, materiał wentylowano przez 15 godzin.
Wytworzony biomateriał nie wykazuje cytotoksyczności, promuje adhezję i proliferację komórek kościotwórczych na jego powierzchni oraz posiada makroporowatą mikrostrukturę (przewaga porów o 0 ~ 128,8 gm).
Przykład IV
Do 2 ml 2% (v/v) wodnego roztworu kwasu octowego dodano chitozan w ilości 0,04 g i wymieszano. Do powstałego żelu dodano 0,16 g kurdlanu, ponownie wymieszano, dodano 0,4 g nanoproszku hydroksyapatytu i dokładnie mieszano do momentu powstania gładkiej, jednolitej pasty. Następnie do masy dodano 0,04 g wodorowęglanu sodu, wymieszano i przełożono do zamykanej korkiem formy wytrzymałej na działanie wysokiej i niskiej temperatury (o obj. 2 cm3). Formę umieszczono w łaźni wodnej o temperaturze 95°C na okres 20 minut. Po tym czasie materiał schłodzono w temperaturze 4°C w łaźni lodowej, a następnie przełożono do zamrażarki o temperaturze -80°C na okres 4 godzin. Zamrożony biomateriał poddano liofilizacji w średniej próżni (10 Pa) przez 19 godzin. Otrzymane rusztowanie zanurzono w roztworze PBS i inkubowano przez 2 godziny. W ostatnim etapie po wyjęciu z roztworu materiał suszono w temperaturze pokojowej na powietrzu przez 72 godziny. Uzyskane rusztowanie poddano sterylizacji przy użyciu tlenku etylenu (3 godziny, 55°C). Aby odprowadzić tlenek etylenu po procedurze sterylizacji, materiał wentylowano przez 15 godzin.
Wytworzony biomateriał nie wykazuje cytotoksyczności, promuje adhezję i proliferację komórek kościotwórczych na jego powierzchni oraz posiada makroporowatą mikrostrukturę (przewaga porów o 0 ~ 111 gm).
Przykład V
Do 2 ml 2% (v/v) wodnego roztworu kwasu octowego dodano chitozan w ilości 0,04 g i wymieszano. Do powstałego żelu dodano 0,2 g kurdlanu, ponownie wymieszano, dodano 1 g nanoproszku hydroksyapatytu i dokładnie mieszano do momentu powstania gładkiej, jednolitej pasty. Następnie do masy dodano 0,04 g wodorowęglanu sodu, wymieszano i przełożono do zamykanej korkiem formy wytrzymałej na działanie wysokiej i niskiej temperatury (o obj. 2 cm3). Formę umieszczono w łaźni wodnej o temperaturze 95°C na okres 20 minut. Po tym czasie materiał schłodzono w temperaturze 4°C w łaźni lodowej, a następnie przełożono do zamrażarki o temperaturze -80°C na okres 4 godzin. Zamrożony biomateriał poddano liofilizacji w średniej próżni (10 Pa) przez 19 godzin. Otrzymane rusztowanie zanurzono w roztworze PBS i inkubowano przez 2 godziny. W ostatnim etapie po wyjęciu z roztworu materiał suszono w temperaturze pokojowej na powietrzu przez 72 godziny. Uzyskane rusztowanie poddano sterylizacji przy użyciu tlenku etylenu (3 godziny, 55°C). Aby odprowadzić tlenek etylenu po procedurze sterylizacji, materiał wentylowano przez 15 godzin.
Wytworzony biomateriał nie wykazuje cytotoksyczności, promuje adhezję i proliferację komórek kościotwórczych na jego powierzchni oraz posiada makroporowatą mikrostrukturę (przewaga porów o 0 ~ 132 gm).
Claims (13)
1. Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej i hydroksyapatytu znamienne tym, że stanowi je kurdlan, chitozan, oraz bioceramika fosforanowo-wapniowa w postaci nanoproszku hydroksyapatytu, rozproszone w wodnym roztworze kwasu octowego o stężeniu 1-2%, gdzie proporcje wagowe stałych komponentów wynoszą 4-10% (w/v) kurdlanu, 1-4% (w/v) chitozanu i 10-60% (w/v) ceramiki fosforanowo-wapniowej w stosunku do kwasu octowego.
2. Rusztowanie kostne według zastrzeżenia nr 1 znamienne tym, że kurdlan występuje w ilości 10% w/v w stosunku do kwasu octowego.
3. Rusztowanie kostne według zastrzeżenia nr 1 znamienne tym, że chitozan występuje w ilości 2% w/v w stosunku do kwasu octowego.
4. Rusztowanie kostne według zastrzeżenia nr 1 znamienne tym, że nanoproszek hydroksyapatytu występuje w ilości 50% w/v w stosunku do kwasu octowego.
5. Sposób wytwarzania nanokompozytowego rusztowania kostnego na bazie matrycy kurdlanowo-chitozanowej znamienny tym, że do 1-4% (w/v) roztworu chitozanu, przygotowanego w 1-2% (v/v) wodnym roztworze kwasu octowego, dodaje się kolejno 4-10% (w/v) kurdlanu, oraz 10-60% (w/v) nanoproszku hydroksyapatytu, w odniesieniu do kwasu octowego, następnie do uzyskanej masy dodaje się 1-2% (w/v) wodorowęglanu sodu i całość miesza się, po czym mieszaninę inkubuje się w temperaturze 90-95°C, korzystnie 95°C, przez 15-25 minut, korzystnie 20 minut, a następnie schładza w temperaturze 4-6°C, po czym otrzymaną masę zamraża się w temperaturze od -65 do -80°C przez okres 2-4 godzin, następnie poddaje się procesowi liofilizacji (1-15 Pa), po czym otrzymaną masę zanurza się w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) z jonami wapnia i magnezu na okres do 2 godzin, po czym materiał suszy się.
6. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że kurdlan stosuje się w ilości 10% w/v w stosunku do kwasu octowego.
7. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że chitozan stosuje się w ilości 2% w/v w stosunku do kwasu octowego.
8. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że nanoproszek hydroskyapatytu stosuje się w ilości 50% w/v w stosunku do kwasu octowego.
9. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że wodorowęglan sodu (NaHCO3) stosuje się w ilości 2% w/v w stosunku do kwasu octowego.
10. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że kwas octowy (CH3COOH) stosuje się w stężeniu 2% v/v.
11. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że proces liofilizacji prowadzi się przez okres do 19 godzin lub do momentu całkowitego wysuszenia próbki.
12. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że mieszaninę inkubuje się w łaźni wodnej przez 15-25 minut, korzystnie do 20 minut i schładza się w łaźni lodowej.
13. Sposób według zastrzeżenia nr 5 znamienny tym, że otrzymany materiał suszy się na powietrzu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL442450A PL245926B1 (pl) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL442450A PL245926B1 (pl) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL442450A1 PL442450A1 (pl) | 2024-04-08 |
| PL245926B1 true PL245926B1 (pl) | 2024-11-04 |
Family
ID=90623477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL442450A PL245926B1 (pl) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL245926B1 (pl) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL449566A1 (pl) * | 2024-08-22 | 2025-04-22 | Uniwersytet Medyczny W Lublinie | Dwufunkcyjny implant kostny na bazie kurdlanu oraz czułego na zmiany pH kompleksu zeolit wapniowo-magnezowy/chitozan/bisfosfonian oraz sposób jego wytwarzania |
| PL449569A1 (pl) * | 2024-08-22 | 2025-04-22 | Uniwersytet Medyczny W Lublinie | Implant kostny na bazie kurdlanu oraz czułego na zmiany pH kompleksu zeolitowo-chitozanowo-bisfosfonianowego oraz sposób jego wytwarzania |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002306090A (ja) * | 2001-04-06 | 2002-10-22 | Takeda-Kirin Foods Corp | カードラン・キトサン含有組成物およびその製造方法 |
| PL235822B1 (pl) * | 2018-08-24 | 2020-11-02 | Univ Medyczny W Lublinie | Kriożelowe rusztowanie kostne na bazie chitozanu i bioceramiki fosforoanowo-wapniowej oraz sposób jego wytwarzania |
| PL236369B1 (pl) * | 2019-09-19 | 2021-01-11 | Univ Medyczny W Lublinie | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne |
| PL240639B1 (pl) * | 2021-03-08 | 2022-05-09 | Univ Medyczny W Lublinie | Dwufazowy biomateriał na bazie kurdlanu oraz hydroksyapatytu (HAp) oraz sposób jego otrzymywania i jego zastosowanie do regeneracji ubytków chrzęstno-kostnych |
| PL240725B1 (pl) * | 2021-03-08 | 2022-05-23 | Univ Medyczny W Lublinie | Biomateriał na bazie naturalnego polisacharydu-β-1,3-glukanu (kurdlanu) i ceramiki do zastosowań w inżynierii tkankowej kości oraz sposób jego otrzymywania |
-
2022
- 2022-10-05 PL PL442450A patent/PL245926B1/pl unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002306090A (ja) * | 2001-04-06 | 2002-10-22 | Takeda-Kirin Foods Corp | カードラン・キトサン含有組成物およびその製造方法 |
| PL235822B1 (pl) * | 2018-08-24 | 2020-11-02 | Univ Medyczny W Lublinie | Kriożelowe rusztowanie kostne na bazie chitozanu i bioceramiki fosforoanowo-wapniowej oraz sposób jego wytwarzania |
| PL236369B1 (pl) * | 2019-09-19 | 2021-01-11 | Univ Medyczny W Lublinie | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne |
| PL240639B1 (pl) * | 2021-03-08 | 2022-05-09 | Univ Medyczny W Lublinie | Dwufazowy biomateriał na bazie kurdlanu oraz hydroksyapatytu (HAp) oraz sposób jego otrzymywania i jego zastosowanie do regeneracji ubytków chrzęstno-kostnych |
| PL240725B1 (pl) * | 2021-03-08 | 2022-05-23 | Univ Medyczny W Lublinie | Biomateriał na bazie naturalnego polisacharydu-β-1,3-glukanu (kurdlanu) i ceramiki do zastosowań w inżynierii tkankowej kości oraz sposób jego otrzymywania |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL442450A1 (pl) | 2024-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101461963B (zh) | 多重复合可梯度降解骨组织工程支架材料及其制备方法 | |
| Pina et al. | Natural‐based nanocomposites for bone tissue engineering and regenerative medicine: A review | |
| Liu et al. | In vitro evaluation of alginate/halloysite nanotube composite scaffolds for tissue engineering | |
| CN100546661C (zh) | 一种原位成孔自固化磷酸钙复合组织工程支架的制备方法 | |
| CN101632841B (zh) | 含海藻酸盐、糖胺聚糖和胶原的组织工程支架及其制备方法 | |
| Suneetha et al. | Mechanically improved porous hydrogels with polysaccharides via polyelectrolyte complexation for bone tissue engineering | |
| PL235822B1 (pl) | Kriożelowe rusztowanie kostne na bazie chitozanu i bioceramiki fosforoanowo-wapniowej oraz sposób jego wytwarzania | |
| US11154638B2 (en) | Methods for forming scaffolds | |
| Ariani et al. | New development of carbonate apatite-chitosan scaffold based on lyophilization technique for bone tissue engineering | |
| CA2704738A1 (en) | Method for preparing porous scaffold for tissue engineering | |
| PL245926B1 (pl) | Nanokompozytowe rusztowanie kostne na bazie matrycy kurdlanowo- chitozanowej i hydroksyapatytu oraz sposób jego wytwarzania | |
| WO2008103017A1 (en) | Biodegradable porous composite and hybrid composite of biopolymers and bioceramics | |
| Kim et al. | Preparation of a porous chitosan/fibroin-hydroxyapatite composite matrix for tissue engineering | |
| CN104587524B (zh) | 一种β‑TCP/PGS复合支架及其制备方法和应用 | |
| KR100791512B1 (ko) | 나노구조로 이루어진 하이브리드형 조직재생용 멤브레인과스캐폴드 및 그들의 제조방법 | |
| KR100889593B1 (ko) | 생체고분자와 생체세라믹의 이종복합체 및 그 제조 방법 | |
| CN105439626A (zh) | 一种多孔磷酸钙陶瓷的制备方法 | |
| Román et al. | Control of the pore architecture in three-dimensional hydroxyapatite-reinforced hydrogel scaffolds | |
| AU2005317677A1 (en) | Chitosan compositions | |
| KR102328412B1 (ko) | 세포 및 약물을 포함하는 골충진재의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 골충진재 | |
| CN103920193B (zh) | 一种载生物活性因子的类骨陶瓷复合材料的制备方法 | |
| Putri et al. | Flexural Strength Evaluation of Chitosan-Gelatin-Β-Tricalcium Phosphate-Based Composite Scaffold | |
| CN103480036A (zh) | 一种多孔纳米复合骨组织工程支架材料的制备方法 | |
| RU2714671C1 (ru) | Трехмерный пористый композитный материал и способ его получения | |
| Im et al. | Organic-Inorganic hybrids of hydroxyapatite with chitosan |