RU2236217C1

RU2236217C1 - Cement for replacing osseous tissue

Info

Publication number: RU2236217C1
Application number: RU2003115973/15A
Authority: RU
Inventors: П.А. Арсеньев (RU); П.А. Арсеньев; И.П. Арсеньев (RU); И.П. Арсеньев; В.Н. Балин (RU); В.Н. Балин; Д.В. Балин (RU); Д.В. Балин; Н.Н. Тихонов (RU); Н.Н. Тихонов; В.В. Трезвов (RU); В.В. Трезвов; Н.В. Трезвова (RU); Н.В. Трезвова; А.Ф. Феоктистов (RU); А.Ф. Феоктистов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Торгово-производственная фирма "МЕДКАМ"
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-09-20

Abstract

FIELD: medicine, osteoplasty.

SUBSTANCE: invention relates to composites of composition materials used for osteoplasty. Cement for replacing osseous tissue comprises dicalcium phosphate, tetracalcium phosphate, hydroxyapatite gel, sodium hydrocarbonate, sodium fluoride and these components are taken in the definite quantitative ratio. Cement elicits the enhanced biocompatibility with the osseous tissue, bioactivity and recovers the osseous tissue effectively.

EFFECT: valuable medicinal properties of cement.

1 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к составам композиционных материалов для остеопластики, в частности, для заполнения обширных полостей и дефектов в костной ткани, и может быть использован в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, оториноларингологии, травмотологии.The invention relates to medicine, namely to compositions of composite materials for osteoplasty, in particular, to fill in extensive cavities and defects in bone tissue, and can be used in dentistry, maxillofacial surgery, otorhinolaryngology, traumatology.

Кость представляет собой композит, состоящий из органических и неорганических компонентов, где минеральная фаза, представляющая собой в основном фосфорнокислый кальций (гидроксиапатит кальция) и небольшие количества микроэлементов, составляет от 60 до 70% полного сухого веса кости.Bone is a composite consisting of organic and inorganic components, where the mineral phase, which is mainly calcium phosphate (calcium hydroxyapatite) and small amounts of trace elements, accounts for 60 to 70% of the total dry bone weight.

Поскольку кость естественным образом подвергается различным физическим и патологическим напряжениям, она постоянно обновляется. В начале цикла обновления остеокласты выводят поврежденную костную ткань в определенные области, а затем остеобласты заполняют остеокластом созданные пустоты с коллагеном, который через определенное время минерализуется и становится зрелой костью. Способность кости регенерироваться обеспечивается содержанием в минеральной фазе кости фосфата кальция и кристаллической природой кости.Since the bone is naturally exposed to various physical and pathological stresses, it is constantly updated. At the beginning of the renewal cycle, osteoclasts remove damaged bone tissue to certain areas, and then osteoblasts fill the created voids with collagen with osteoclasts, which after some time are mineralized and become mature bone. The ability of the bone to regenerate is ensured by the content in the mineral phase of the bone of calcium phosphate and the crystalline nature of the bone.

Под воздействием механических и иных нагрузок в кости возможно развитие нежелательных напряжений, обеспечивающих различные формы деформаций костной ткани, приводящих к появлению микродефектов, микротрещин, микроразрывов и т.п., которые могут возникать в ответ на один или на комбинацию подобных возмущающих факторов, в том числе при ее хирургическом иссечении или рассечении, травматическое разрушение или нарушение структуры собственно костной ткани обменного или возрастного характера. В лечении поврежденной костной ткани в настоящее время развивается ряд методологий, из числа которых одной из наиболее актуальных является использование костных цементов, в частности цементов на основе фосфорнокислого кальция, как заполняющего и скрепляющего материала.Under the influence of mechanical and other loads in the bone, undesirable stresses can develop that provide various forms of bone tissue deformations, leading to the appearance of microdefects, microcracks, microcracks, etc., which can occur in response to one or a combination of such disturbing factors, including including surgical excision or dissection, traumatic destruction or violation of the structure of the actual bone tissue of an exchange or age nature. In the treatment of damaged bone tissue, a number of methodologies are currently being developed, of which one of the most relevant is the use of bone cements, in particular cements based on calcium phosphate, as a filling and bonding material.

Этим материалом заполняют пустоты и отверстия разной природы в живой кости, после чего они представляют организму строительный материал и матрицу для регенирирующейся костной ткани.This material is used to fill voids and holes of various nature in living bone, after which they present the body with building material and a matrix for regenerating bone tissue.

Известно средство для внутрикостной имплантации, представляющее собой водную суспензию гидроксиапатита, предлагаемое для стимуляции роста костной ткани (пат. РФ 2077329, А 61 К 33/06, 1993).Known means for intraosseous implantation, which is an aqueous suspension of hydroxyapatite, proposed to stimulate bone growth (US Pat. RF 2077329, A 61 K 33/06, 1993).

Однако увлажненный материал не обладает пластичностью, не способен фиксироваться в костных полостях и не способен сохранить заданную форму, в связи с чем не обеспечивается даже минимальная защита от механических повреждений, необходимая вновь образующимся костным тканям.However, the moistened material does not have plasticity, is not able to fix in bone cavities and is not able to maintain a given shape, and therefore, even the minimum protection against mechanical damage required by newly formed bone tissues is not provided.

Известен также композиционный материал для замещения костной ткани, содержащий фосфаты кальция - гидроксиапатит в виде гранул, порошкообразные бета-трикальций фосфаты, коллаген и хондроитинсульфат, взятые в массовом соотношении 12-20:6-12:30-40:34-38 (пат. РФ 2122437, A 61 L 27/00, 1996). К недостаткам этого материала следует отнести низкие механические свойства изделий из него, так что в процессе хранения и транспортировки и подготовки к применению они легко растрескиваются и рассыпаются.Also known is a composite material for bone replacement containing calcium phosphates - hydroxyapatite in the form of granules, powdered beta-tricalcium phosphates, collagen and chondroitin sulfate, taken in a mass ratio of 12-20: 6-12: 30-40: 34-38 (US Pat. RF 2122437, A 61 L 27/00, 1996). The disadvantages of this material include the low mechanical properties of products made from it, so that during storage, transportation and preparation for use, they easily crack and crumble.

Наиболее близким из числа известных по технической сущности к предлагаемому является цемент для замещения костных тканей, содержащий аморфный фосфат кальция, дополнительный источник кальция, выбранный из группы: оксид кальция, гидроксид кальция и фосфат кальция, и физиологический раствор (пат. США 5782971, С 04 В 12/02, 1992).The closest known among the technical nature of the proposed cement is to replace bone tissue containing amorphous calcium phosphate, an additional source of calcium selected from the group: calcium oxide, calcium hydroxide and calcium phosphate, and physiological saline (US Pat. US 5782971, C 04 In 12/02, 1992).

Как отмечалось выше, цемент используется организмом как строительный материал. Поэтому состав цемента должен быть максимально приближен к составу костной ткани человеческой кости. Однако достаточно широкие вариации самих компонентов известного цемета (его количественный состав) и отсутствие указаний на количественное содержание компонентов приводит, по сути, к получению в известном техническом решении неопределенной гаммы различных материалов, обладающих, в конечном итоге, различным составом, характеристиками и структурой.As noted above, cement is used by the body as a building material. Therefore, the composition of cement should be as close as possible to the composition of the bone tissue of the human bone. However, rather wide variations of the components of the known cement itself (its quantitative composition) and the absence of indications of the quantitative content of the components leads, in fact, to obtaining in the well-known technical solution an indefinite gamut of various materials having, ultimately, different composition, characteristics and structure.

Поставленная задача состояла в разработке цемента для замещения костной ткани, который после заполнения им дефектов костной ткани в процессе отверждения образует материал, являющийся аналогом неорганической составляющей костной ткани и обладающий биосовместимостью с ней и биоактивностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он перерабатывается организмом в натуральную костную ткань, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты. Технический результат достигается тем, что цемент для замещения костной ткани на основе фосфатов кальция дополнительно содержит гель гидроксиапатита, карбонат магния, бикарбонат натрия и фтористый натрий, а в качестве фосфатов кальция - дикальций фосфат и тетракальций фосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:The task was to develop cement to replace bone tissue, which after filling defects in bone tissue during curing forms a material that is an analogue of the inorganic component of bone tissue and has biocompatibility with it and bioactivity, osteoconductive and osteoinductive properties, due to which it is processed by the body into natural bone tissue, effectively repairing existing defects. The technical result is achieved by the fact that the cement to replace bone tissue based on calcium phosphates additionally contains a hydroxyapatite gel, magnesium carbonate, sodium bicarbonate and sodium fluoride, and as calcium phosphates - dicalcium phosphate and tetracalcium phosphate in the following ratio, wt.h .:

Дикальций фосфат 260-285Dicalcium Phosphate 260-285

Тетракальций фосфат 720-750Tetracalcium phosphate 720-750

Гель гидроксиапатита 320-500Hydroxyapatite gel 320-500

Бикарбонат натрия 3-10Sodium Bicarbonate 3-10

Фтористый натрий 2-10Sodium fluoride 2-10

Предлагаемые интервалы соотношения компонентов определяются областью гомогенизации апатитной фазы и вариациями элементного состава костной ткани в зависимости от возраста человека и места замещения костной ткани.The proposed intervals of the ratio of the components are determined by the region of homogenization of the apatite phase and variations in the elemental composition of bone tissue depending on the age of the person and the place of replacement of bone tissue.

Гель гидроксиапатита формулы Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ получают в результате взаимодействия гидроксида кальция с ортофосфорной кислотой известным способом. В данном случае существенным моментом является физическое состояние продукта, а именно гелеобразное состояние. Предпочтительная концентрация гидроксиапатита в геле 6-10% по массе.A hydroxyapatite gel of the formula Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) _{2 is} obtained by reacting calcium hydroxide with phosphoric acid in a known manner. In this case, the physical state of the product, namely the gel state, is an essential point. The preferred concentration of hydroxyapatite in the gel is 6-10% by weight.

После изготовления порошок цемента для его стерилизации помещают в полиэтиленовый пакет и запаивают. Затем подвергают γ-облучению дозой 20000 Гр.After manufacturing, the cement powder for sterilization is placed in a plastic bag and sealed. Then subjected to γ-irradiation with a dose of 20,000 Gy.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.The invention is illustrated by the following example.

Пример.Example.

Для получения образцов цемента, составы которых приведены в таблице, все твердые предварительно высушенные компоненты (кроме геля гидроксиапатита) перемешивают в шаровой мельнице в течение 24 часов в инертной атмосфере. Для формирования рабочей пасты непосредственно перед употреблением к полученному порошку добавляют гель гидроксиапатита и перемешивают в течение 3 мин и немедленно после перемешивания помещают в дефект костной ткани. Время отверждения составляет 15 мин.To obtain cement samples, the compositions of which are given in the table, all solid pre-dried components (except for hydroxyapatite gel) are mixed in a ball mill for 24 hours in an inert atmosphere. To form a working paste, immediately before use, a hydroxyapatite gel is added to the obtained powder and mixed for 3 minutes and immediately after mixing it is placed in a bone defect. The curing time is 15 minutes

Результаты испытаний показали, что в отличие от известных цементов предлагаемые цементы обладают практически полной биосовместимостью с костной тканью, создают условия уменьшения в необходимости пересадки костной ткани и общей длительности хирургического вмешательства, устраняют необходимость в добавочной фиксации костных фрагментов (обломков), уменьшают возможную потребность в повторных операциях, а также исключают возможность передачи латентной инфекции от донора при традиционном использовании аллогенной кости.The test results showed that, in contrast to the known cements, the proposed cements have almost complete biocompatibility with bone tissue, create conditions for reducing the need for bone grafting and the overall duration of surgical intervention, eliminate the need for additional fixation of bone fragments (debris), and reduce the possible need for repeated operations, and also exclude the possibility of transmission of latent infection from the donor in the traditional use of allogeneic bone.

Claims

Cement for bone substitution based on calcium phosphates, characterized in that it additionally contains hydroxyapatite gel, magnesium carbonate, sodium bicarbonate and sodium fluoride, and dicalcium and tetracalcium phosphate as calcium phosphates in the following ratio, wt.

Dicalcium Phosphate 260-285

Tetracalcium phosphate 720-750

Hydroxyapatite gel 320-500

Sodium Bicarbonate 3-10

Sodium fluoride 2-10