RU2294751C2 - Composition for stimulation formation of osseous tissue and bone joining - Google Patents
Composition for stimulation formation of osseous tissue and bone joining Download PDFInfo
- Publication number
- RU2294751C2 RU2294751C2 RU2005113289/15A RU2005113289A RU2294751C2 RU 2294751 C2 RU2294751 C2 RU 2294751C2 RU 2005113289/15 A RU2005113289/15 A RU 2005113289/15A RU 2005113289 A RU2005113289 A RU 2005113289A RU 2294751 C2 RU2294751 C2 RU 2294751C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bone
- formation
- group
- composition
- weeks
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, более конкретно к композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, полученной путем добавления материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана.The present invention relates to a composition for promoting bone formation and bone fusion, and more particularly, to a composition for promoting bone formation and bone fusion obtained by adding material promoting bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water soluble chitosan.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
В последнее время потеря костной массы часто вызывается заболеванием или дорожно-транспортным происшествием, так что восполнение потери костной массы является очень важным. Одним из путей восполнения потери костной массы является свободная пересадка кости, а более предпочтительно применяется заливочная композиция для соединения кости. В настоящее время для усиления роста кости или для коррекции размера недостаточно развитых челюстей применяется методика вытяжения кости, для которой также требуется большое количество заливочной композиции для соединения кости.Recently, bone loss is often caused by a disease or traffic accident, so making up for bone loss is very important. One way to make up for bone loss is through a free bone transplant, and more preferably a casting composition is used to connect the bone. Currently, to enhance bone growth or to correct the size of underdeveloped jaws, a bone traction technique is used, which also requires a large amount of casting composition to connect the bone.
Методика вытяжения кости применяется для стимуляции роста кости, в особенности роста в длину, путем растяжения, исходя из теории, что «растягивающие усилия стимулируют гистогенез». Методика вытяжения кости разрабатывалась в первую очередь для стимуляции роста костей конечностей, но также широко применялась для вытяжения челюстной кости. Метод вытяжения челюстной кости представляет собой одну из разработанных в области челюстно-лицевой хирургии методик, которая позволяет улучшить пропорции лица не путем рассечения кости, а путем постепенного смещения костей лицевого черепа посредством наложения фиксирующего аппарата для вытяжения кости на подвергаемые обработке части челюстной кости и центральной части лица.The bone traction technique is used to stimulate bone growth, in particular long growth, by stretching, based on the theory that "stretching forces stimulate histogenesis." The method of bone traction was developed primarily to stimulate the growth of bones of the limbs, but was also widely used to stretch the jaw bone. The jawbone traction method is one of the techniques developed in the field of maxillofacial surgery that can improve facial proportions not by cutting the bone, but by gradually displacing the bones of the facial skull by applying a fixing device to stretch the bones on the parts of the jawbone and the central part being processed faces.
После того как Илизаровым были разработаны биомеханические элементы для вытяжения кости (Ilizarov GA, J. Dis. Orthop. Inst., 48(1): 1, 1988; Ilizarov GA, Clin. Ortho., 239: 263, 1989; Ilizarov GA, Clin. Ortho., 238: 249, 1989), методика вытяжения кости успешно применялась для восполнения потери костной массы трубчатых костей. Для успешного выполнения вытяжения кости важно поддерживать хорошее кровоснабжение в участке вытяжения кости и надежно закрепить внешний фиксатор на обеих сторонах суставной части трубчатой кости, что приводит к стимуляции сращения кости путем ее постепенного вытяжения (White SH, J. Bone Join Surgery, 72-B: 350, 1990; White SH, Orthop. Clin. North. Amer., 22: 569, 1991; Fischgrund J., Paley D., Sulter D., Clin. Orthop., 301: 31, 1994).After Ilizarov developed biomechanical elements for bone traction (Ilizarov GA, J. Dis. Orthop. Inst., 48 (1): 1, 1988; Ilizarov GA, Clin. Ortho., 239: 263, 1989; Ilizarov GA, Clin. Ortho., 238: 249, 1989), a bone traction technique has been successfully applied to make up for bone loss in tubular bones. For successful bone traction, it is important to maintain good blood supply in the bone traction site and securely fix the external fixator on both sides of the articular part of the tubular bone, which leads to stimulation of bone fusion by its gradual extension (White SH, J. Bone Join Surgery, 72-B: 350, 1990; White SH, Orthop. Clin. North. Amer., 22: 569, 1991; Fischgrund J., Paley D., Sulter D., Clin. Orthop., 301: 31, 1994).
Период сращения кости зависит от подвергаемой вытяжению части кости, такой как кость лицевого черепа или трубчатая кость, состояния кровоснабжения, возраста пациента и так далее. После вытяжения кости сращение черепно-лицевой кости занимает 3-5 недель у детей и 6-12 недель у взрослых, в то время как сращение трубчатой кости занимает 3-6 месяцев независимо от возраста пациента. Выполнение вытяжения черепно-лицевой кости сопряжено с рядом трудностей, одна из которых заключается в высоком риске возникновения осложнений, а другая - в длительном возврате к нормальной жизни вследствие продолжительности периода сращения кости. А именно лечение после вытяжения кости занимает 2-4 месяца и включает в себя латентную фазу, фазу вытяжения кости и фазу сращения кости.The period of bone fusion depends on the portion of the bone to be stretched, such as the bone of the facial skull or tubular bone, the state of blood supply, the age of the patient, and so on. After bone traction, fusion of the craniofacial bone takes 3-5 weeks in children and 6-12 weeks in adults, while fusion of the tubular bone takes 3-6 months, regardless of the patient's age. Performing traction of the craniofacial bone is associated with a number of difficulties, one of which is a high risk of complications, and the other is a long return to normal life due to the length of the period of bone fusion. Namely, treatment after bone traction takes 2-4 months and includes a latent phase, bone traction phase and bone fusion phase.
В сообщении Carls и Sailer было отмечено, что при росте на 1 мм в сутки биохимические и физиологические показатели были лучше, чем при росте на 2-3 мм в сутки (Carls & Sailer, J. Craniomaxillofac. Surg., 94: 152, 1994). Илизаровым также было отмечено, что при росте на 1 мм в сутки наблюдались наилучшие результаты, в то время как при росте на 0,5 мм в сутки происходило преждевременное сращение кости, а рост на 2 мм в сутки приводил к возникновению нежелательных изменений в подвергаемых вытяжению тканях (Ilizarov, J. Dis. Orthop. Inst., 48(1): 1, 1988; Ilizarov, Clin. Ortho. 239: 263, 1989). Кроме того, также известно, что последовательный рост вызывает наименьшие повреждения в тканях и наилучшее развитие капиллярных сосудов и образование костной ткани. Поэтому сокращение продолжительности вытяжения кости и сращения кости может способствовать предупреждению развития возможных осложнений и более быстрому возвращению пациента к нормальной жизни. Для того чтобы сократить продолжительность вытяжения кости и сращения кости, с целью стимуляции образования костной ткани и сращения кости применяют заливочную композицию для соединения кости.In a report by Carls and Sailer, it was noted that biochemical and physiological parameters were better with growth of 1 mm per day than with growth of 2-3 mm per day (Carls & Sailer, J. Craniomaxillofac. Surg., 94: 152, 1994 ) Ilizarov also noted that with an increase of 1 mm per day, the best results were observed, while with an increase of 0.5 mm per day, premature bone fusion occurred, and an increase of 2 mm per day led to the appearance of undesirable changes in the stretched tissues (Ilizarov, J. Dis. Orthop. Inst., 48 (1): 1, 1988; Ilizarov, Clin. Ortho. 239: 263, 1989). In addition, it is also known that sequential growth causes the least damage to tissues and the best development of capillary vessels and bone formation. Therefore, reducing the duration of bone traction and bone fusion can help prevent the development of possible complications and a faster return of the patient to normal life. In order to reduce the duration of bone traction and bone fusion, in order to stimulate bone formation and bone fusion, a casting composition is used to connect the bone.
Между тем известно, что костный аутотрансплантат, обработанный гомотрансплантат, гетеротрансплантат и заменитель костного трансплантата стимулируют образование костной ткани. Костный аутотрансплантат применяют для суставной агглютинации (joint-agglutination) или лечения перелома без вытяжения (non-agglutinational fracture) или для предупреждения образования разрушений и пустот, вызванных инфекцией, опухолью или хирургическим вмешательством, посредством заполнения полости кости и восполнения потери костной массы. Пересаженный костный аутотрансплантат обладает высокой способностью к всасыванию, что приводит к восстановлению циркуляции крови. В это время дифференцировка клеток-предшественников костной ткани приводит к образованию костных остеобластов, активация которых стимулирует восстановление кости, а также восполняет потерю костной массы. Однако применение костного аутотрансплантата проблематично вследствие наличия ограничения на количество забираемого костного материала и высокой болезненностью, которую вызывает вспомогательная операция по забору донорской кости. Поэтому для стимуляции восстановления кости в участках вытяжения применяют костный морфогенный белок или другой заместитель костного трансплантата. Костный морфогенный белок считается наиболее эффективным материалом, индуцирующим восстановление кости, но его применение в клинике ограничено вследствие его высокой стоимости и трудностей его получения.Meanwhile, it is known that a bone autograft, a processed homotransplant, a heterograft and a bone graft substitute stimulate bone formation. A bone autograft is used for joint agglutination or joint non-agglutinational fracture treatment or to prevent the formation of damage and voids caused by infection, tumor or surgery by filling the bone cavity and replenishing bone loss. A transplanted bone autograft has a high capacity for absorption, which leads to the restoration of blood circulation. At this time, the differentiation of bone progenitor cells leads to the formation of bone osteoblasts, the activation of which stimulates bone restoration and also replenishes bone loss. However, the use of a bone autograft is problematic due to the restriction on the amount of bone material taken and the high soreness caused by an auxiliary operation to collect donor bone. Therefore, in order to stimulate bone restoration in the traction sites, a bone morphogenic protein or other substitute for a bone graft is used. Bone morphogenic protein is considered the most effective material that induces bone restoration, but its use in the clinic is limited due to its high cost and difficulties in obtaining it.
Поэтому авторы настоящего изобретения попытались разработать композицию для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, которая являлась бы недорогой и пригодной для применения у людей. В результате авторы настоящего изобретения получили композицию путем добавления материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана и доказали, что композиция по настоящему изобретению стимулирует сращение кости на ранней фазе и сокращает период образования костной ткани путем уменьшения времени сращения кости.Therefore, the authors of the present invention tried to develop a composition for stimulating the formation of bone tissue and bone fusion, which would be inexpensive and suitable for use in humans. As a result, the inventors of the present invention obtained the composition by adding material promoting bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water-soluble chitosan and proved that the composition of the present invention stimulates bone fusion in the early phase and shortens the bone formation time by reducing bone fusion time .
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, более конкретно к композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, полученной путем добавления материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана. Композиция по настоящему изобретению может стимулировать образование костной ткани и сращение кости на ранней стадии.The present invention relates to a composition for promoting bone formation and bone fusion, and more particularly, to a composition for promoting bone formation and bone fusion obtained by adding material promoting bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water soluble chitosan. The composition of the present invention can stimulate bone formation and bone fusion at an early stage.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1 представляет собой фотографию, на которой показано проведение вертикальной остеотомии на левой челюсти собаки с целью вытяжения кости с применением хитозана, β ig-h3 и костного морфогенного белка человека (BMP-4).Figure 1 is a photograph showing a vertical osteotomy on the dog’s left jaw to stretch a bone using chitosan, β ig-h3 and human bone morphogenic protein (BMP-4).
Фиг.2 представляет собой фотографию, на которой показан сдвоенный шприц, содержащий водорастворимый хитозан, содержащий β ig-h3 водорастворимый хитозан, содержащий BMP-4 водорастворимый хитозан и 5% триполифосфат. При этом в отсеке A шприца содержится 0,5 см3 водорастворимого хитозана, содержащего β ig-h3 водорастворимого хитозана или содержащего BMP-4 водорастворимого хитозана, а в отсеке B шприца содержится 0,5 см3 5% триполифосфата.Figure 2 is a photograph showing a twin syringe containing water-soluble chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan containing BMP-4 water-soluble chitosan and 5% tripolyphosphate. Moreover, in the compartment A of the syringe contains 0.5 cm 3 water-soluble chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan or containing BMP-4 water-soluble chitosan, and in the compartment B of the syringe contains 0.5 cm 3 5% tripolyphosphate.
Фиг.3 представляет собой фотографию, на которой показана собака перед умерщвлением через 7 недель после вытяжения кости.Figure 3 is a photograph showing a dog before killing 7 weeks after traction of the bone.
Фиг.4a представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в контрольной группе через 5 недель после вытяжения кости, в частности, контрольную группу обрабатывали только триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 4a is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the control group 5 weeks after bone extension, in particular, the control group was treated only with tripolyphosphate and the bone extension was 2.0 mm per day for 5 days.
Фиг.4b представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в контрольной группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, контрольную группу обрабатывали только триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 4b is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the control group 7 weeks after bone extension, in particular, the control group was only treated with tripolyphosphate with bone extension 2.0 mm per day for 5 days.
Фиг.5a представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в получавшей хитозан группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 5a is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the chitosan-treated
Фиг.5b представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в получавшей хитозан группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 5b is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the chitosan-treated group 7 weeks after bone traction, in particular, the group was treated with chitosan and tripolyphosphate with bone traction 2.0 mm per day for 5 days.
Фиг.6a представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в получавшей β ig-h3 группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим β ig-h3 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 6a is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the β ig-
Фиг.6b представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в получавшей β ig-h3 группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим β ig-h3 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.6b is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the β ig-h3 receiving group 7 weeks after bone extension, in particular, the group was treated with β ig-h3-containing water-soluble chitosan and tripolyphosphate with bone extension 2.0 mm per day for 5 days.
Фиг.7a представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в получавшей BMP-4 группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим BMP-4 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 7a is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the BMP-4 treated
Фиг.7b представляет собой фотографию, на которой показана оцененная при помощи рентгенографического исследования степень сращения кости в получавшей BMP-4 группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим BMP-4 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 7b is a photograph showing the degree of bone fusion assessed by x-ray in the BMP-4 treated group 7 weeks after bone extension, in particular, the group was treated with BMP-4-containing water-soluble chitosan and tripolyphosphate with a bone extension of 2 , 0 mm per day for 5 days.
Фиг.8a представляет собой график, на котором показаны измеренные через 4 недели после вытяжения кости значения минеральной плотности кости для каждой группы, получавшей только хитозан, содержащий β ig-h3 водорастворимый хитозан и содержащий BMP-4 водорастворимый хитозан, соответственно, с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 8a is a graph showing bone mineral density values measured 4 weeks after bone traction for each group receiving only chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan and containing BMP-4 water-soluble chitosan, respectively, with bone traction 2.0 mm per day for 5 days.
Фиг.8b представляет собой график, на котором показаны измеренные через 7 недель после вытяжения кости значения минеральной плотности кости для каждой группы, получавшей только хитозан, содержащий β ig-h3 водорастворимый хитозан и содержащий BMP-4 водорастворимый хитозан, соответственно, с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток.Fig. 8b is a graph showing bone mineral density values measured 7 weeks after bone traction for each group receiving only chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan and containing BMP-4 water-soluble chitosan, respectively, with bone traction 2.0 mm per day for 5 days.
Фиг.9a представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в контрольной группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали только триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).Fig. 9a is a photograph showing a histological section in the
Фиг.9b представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в контрольной группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали только триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).Fig. 9b is a photograph showing a histological section in the control group 7 weeks after bone traction, in particular, the group was treated only with tripolyphosphate with bone traction 2.0 mm per day for 5 days (directional arrows: primary cut bone parts).
Фиг.9с представляет собой фотографию, на которой в контрольной группе, которую обрабатывали только триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток, показано образование костной ткани на краю участка вытяжения кости, подтвержденное при помощи окрашивания гематоксилином&эозином (A: фиброзная ткань, B: остеобласты).Fig. 9c is a photograph in which, in the control group, which was treated only with tripolyphosphate with a bone extension of 2.0 mm per day for 5 days, the formation of bone tissue at the edge of the bone extension is confirmed by staining with hematoxylin & eosin (A : fibrous tissue, B: osteoblasts).
Фиг.10a представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в получавшей BMP-4 группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим BMP-4 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).Fig. 10a is a photograph showing a histological section in the BMP-4 treated
Фиг.10b представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в получавшей BMP-4 группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим BMP-4 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).Fig. 10b is a photograph showing a histological section in the BMP-4 treated group 7 weeks after bone extension, in particular, the group was treated with BMP-4-containing water-soluble chitosan and tripolyphosphate with 2.0 mm bone extension per day 5 days (directional arrows: primary cut bone parts).
Фиг.10c представляет собой фотографию, на которой показано, что центр участка вытяжения кости заполнен остеобластами и фиброзной тканью, что подтверждается при помощи окрашивания гематоксилином&эозином гистологического среза A.Fig. 10c is a photograph showing that the center of the bone traction site is filled with osteoblasts and fibrous tissue, as confirmed by hematoxylin & eosin staining of histological section A.
Фиг.10d представляет собой фотографию, на которой показано, что центр участка вытяжения кости заполнен остеобластами и фиброзной тканью, что подтверждается при помощи окрашивания гематоксилином&эозином гистологического среза B.Fig. 10d is a photograph showing that the center of the bone traction site is filled with osteoblasts and fibrous tissue, as confirmed by hematoxylin & eosin staining of histological section B.
Фиг.11a представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в получавшей β ig-h3 группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим β ig-h3 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).11a is a photograph showing a histological section in a β ig-
Фиг.11b представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в получавшей β ig-h3 группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали содержащим β ig-h3 водорастворимым хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).11b is a photograph showing a histological section in a β ig-h3-treated group 7 weeks after bone extension, in particular, the group was treated with β ig-h3-containing water-soluble chitosan and tripolyphosphate with 2.0 mm bone extension day for 5 days (directional arrows: primary cut bone parts).
Фиг.11c представляет собой фотографию, на которой показано образование костной ткани на всем протяжении участка вытяжения, что подтверждается при помощи окрашивания гематоксилином&эозином гистологического среза B.11c is a photograph showing the formation of bone tissue along the entire stretch, as confirmed by hematoxylin & eosin staining of histological section B.
Фиг.12a представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в получавшей хитозан группе через 4 недели после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).12a is a photograph showing a histological section in a
Фиг.12b представляет собой фотографию, на которой показан гистологический срез в получавшей хитозан группе через 7 недель после вытяжения кости, в частности, группу обрабатывали хитозаном и триполифосфатом с проведением вытяжения кости на 2,0 мм в сутки в течение 5 суток (стрелки-указатели: первичные разрезанные части кости).12b is a photograph showing a histological section in a group receiving chitosan 7 weeks after bone traction, in particular, the group was treated with chitosan and tripolyphosphate with bone traction 2.0 mm per day for 5 days (directional arrows : primary cut bone parts).
Фиг.12c представляет собой фотографию, на которой показано образование костной ткани на всем протяжении участка вытяжения, что подтверждается при помощи окрашивания гематоксилином&эозином гистологического среза A.12c is a photograph showing bone formation over the entire stretch, as confirmed by hematoxylin & eosin staining of histological section A.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Для достижения указанной выше цели настоящее изобретение обеспечивает композицию для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, полученную путем добавления материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана.To achieve the above objective, the present invention provides a composition for promoting bone formation and bone fusion, obtained by adding material that stimulates bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water-soluble chitosan.
Настоящее изобретение также относится к применению указанной композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости на ранней фазе.The present invention also relates to the use of said composition for stimulating bone formation and bone fusion in an early phase.
Дополнительные признаки настоящего изобретения будут рассмотрены далее в этом документе.Additional features of the present invention will be discussed later in this document.
Настоящее изобретение относится к композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, полученной путем добавления материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана.The present invention relates to a composition for promoting bone formation and bone fusion, obtained by adding a material promoting bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water-soluble chitosan.
Композиции по настоящему изобретению для стимуляции образования костной ткани и сращения кости получают путем добавления материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана. Примеры материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, представляют собой β ig-h3, костный морфогенный белок, TGF-β, FGF, IGF-1 и PDGF, но не ограничиваются ими. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения в качестве материалов, стимулирующих образование костной ткани и сращение кости, применяют β ig-h3 и BMP-4.The compositions of the present invention for stimulating bone formation and bone fusion are obtained by adding material promoting bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water soluble chitosan. Examples of bone formation stimulating material and bone fusion are, but are not limited to, β ig-h3, bone morphogenic protein, TGF-β, FGF, IGF-1, and PDGF. In preferred embodiments of the present invention, β ig-h3 and BMP-4 are used as materials promoting bone formation and bone fusion.
Хитозан представляет собой полисахарид, полученный путем деацетилирования хитина, структурного материала экзоскелета морских Crustacea (Kind, G.M., Bind, S.D., Staren, E.D., Templeton, A.J. and Economou, S.G., Curr. Surg., 47: 37, 1990; Hauschks, P.V., Bone, Vol. 1, 103, 1990, London CRC press; Cunningham, N.S., Paralkar, V. and Reddi, A.H., Proc. Nat. Acad. Sci., 89: 11740, 1982; Malette, W.G., Quigley, H.J. and Adickes, E.D., Nature and Technology, 435: 1986, New York Plenum Press). Muzzarelli и соавторы обнаружили, что введенный в участки с недоразвитием кости хитозан стимулирует нормальное образование костной ткани (Muzzarelli, R.A., Mattioli-Belmonte, M., Tiets, C., Biagini, R., Feioli, G., Brunelli, M.A., Fini, M., Giardino, R., Ilari, P. and Biagini, G., Biomaterials, 15: 1075, 1994), а Klokkevold и соавторами также сообщалось о том, что хитозан стимулирует дифференцировку костных остеобластов и сам по себе стимулирует образование костной ткани (Klokkevold, P.R., Vandemark, L., Kenney, E.B. and Bernard, G.W., J. Periodontol., 67: 1170, 1996).Chitosan is a polysaccharide obtained by deacetylation of chitin, a structural material of the exoskeleton of marine Crustacea (Kind, GM, Bind, SD, Staren, ED, Templeton, AJ and Economou, SG, Curr. Surg., 47: 37, 1990; Hauschks, PV , Bone, Vol. 1, 103, 1990, London CRC press; Cunningham, NS, Paralkar, V. and Reddi, AH, Proc. Nat. Acad. Sci., 89: 11740, 1982; Malette, WG, Quigley, HJ and Adickes, ED, Nature and Technology, 435: 1986, New York Plenum Press). Muzzarelli et al. Found that chitosan introduced into areas with bone maldevelopment stimulates normal bone formation (Muzzarelli, RA, Mattioli-Belmonte, M., Tiets, C., Biagini, R., Feioli, G., Brunelli, MA, Fini , M., Giardino, R., Ilari, P. and Biagini, G., Biomaterials, 15: 1075, 1994), and Klokkevold et al. Also reported that chitosan stimulates the differentiation of bone osteoblasts and in itself stimulates the formation of bone fabrics (Klokkevold, PR, Vandemark, L., Kenney, EB and Bernard, GW, J. Periodontol., 67: 1170, 1996).
Известно, что TGF-β индуцирует пролиферацию и дифференцировку остеобластов, в особенности считается, что β ig-h3 стимулирует продукцию различных костных внутриклеточных белков in vitro и снижает разрушение коллагена в остеобластах (Sporn, M.B., Roberts A.B., Springer-Verlag, New York: 3, 1990; Centrella, M., McCarthy, T.L. and Canalis, E., J. Bone Join. Surg., 73(Am): 1418, 1991; Mustoe, T.A., Pierce, G.F., Thomason, A., Gramates, P., Sporn, M.B. and Deuel, T.F., Science, 237: 1333, 1987; Noda, M. and Camilliere, J.J., Endocrinol., 124: 2991, 1989; Joyce, M.E., Jinguski, S., Roberts, A.B., Sporn, M.B. and Bolander, M.E., J. Bone Miner. Res., 4: 225, 1989; Hock, J.M., Canalis, E. and Centrella, M., Endocrinol., 126: 421, 1990; Beck, L.S., Ammann, A.J., Aufdemorte, T.B., DeGuzman, L., Xu, Y., Lee, W.P., McFatridge, L.A. and Chen, T.L., J. Bone Miner. Res., 6: 961, 1991). Среди многих факторов роста трансформирующий фактор роста β (TGF-β) является особо важным регулятором восстановления и развития кости. TGF-β 1 является сильным хемоаттрактантом остеобластов и регулирует деление клеток-предшественников остеобластов в ходе процесса эндохондрального окостенения. Применяемый в качестве клеточного белка-аттрактанта белок β ig-h3, экспрессия которого индуцируется TGF-β, обладает способностью привлекать клетки и способствовать их распространению путем взаимодействия с интегринами (Jung-Eun Kim, Song-Ja Kim, Byung-Heon Lee, Rang-Woon Park, Ki-San Kim and In-San Kim, J. Biol. Chem., 275: 30907-30915, 2000), а также излечивать порезы. Известно, что он также играет важную роль на ранней фазе остеогенеза (Dieudonne, S.C., Kerr, J.M., Xu, T., Sommer B., DeRubeis, A.R., Kuznetsov, S.A., Kim, I-S., Robey, P.G., and Young M.F., J. Cell. Biochem., 76: 231-243, 1999).It is known that TGF-β induces the proliferation and differentiation of osteoblasts, in particular it is believed that β ig-h3 stimulates the production of various bone intracellular proteins in vitro and reduces collagen destruction in osteoblasts (Sporn, MB, Roberts AB, Springer-Verlag, New York: 3, 1990; Centrella, M., McCarthy, TL and Canalis, E., J. Bone Join. Surg., 73 (Am): 1418, 1991; Mustoe, TA, Pierce, GF, Thomason, A., Gramates, P., Sporn, MB and Deuel, TF, Science, 237: 1333, 1987; Noda, M. and Camilliere, JJ, Endocrinol., 124: 2991, 1989; Joyce, ME, Jinguski, S., Roberts, AB, Sporn, MB and Bolander, ME, J. Bone Miner. Res., 4: 225, 1989; Hock, JM, Canalis, E. and Centrella, M., Endocrinol., 126: 421, 1990; Beck, LS, Ammann , AJ, Aufdemorte, TB, DeGuzman, L., Xu, Y., Lee, WP, McF atridge, L. A. and Chen, T. L., J. Bone Miner. Res., 6: 961, 1991). Among many growth factors, transforming growth factor β (TGF-β) is a particularly important regulator of bone repair and development. TGF-β 1 is a strong chemoattractant of osteoblasts and regulates the division of osteoblast progenitor cells during the endochondral ossification process. Used as a cellular attractant protein, β ig-h3 protein, the expression of which is induced by TGF-β, has the ability to attract cells and facilitate their spread by interacting with integrins (Jung-Eun Kim, Song-Ja Kim, Byung-Heon Lee, Rang- Woon Park, Ki-San Kim and In-San Kim, J. Biol. Chem., 275: 30907-30915, 2000), and also heal cuts. It is known that it also plays an important role in the early phase of osteogenesis (Dieudonne, SC, Kerr, JM, Xu, T., Sommer B., DeRubeis, AR, Kuznetsov, SA, Kim, IS., Robey, PG, and Young MF , J. Cell. Biochem. 76: 231-243, 1999).
Впервые обнаруженный Urist костный морфогенный белок (обозначаемый в этом документе как "BMP") представляет собой костеобразующий материал. Сообщалось, что BMP стимулирует дифференцировку плюрипотентных клеток в хондроциты и остеобласты, а также играет важную роль в восстановлении кости (Urist, M.R., Science, 150: 893, 1965; Urist, M.R. and Strates, B.S., J. Dent. Res., 50: 1392, 1971; Wozney, J.M., Butterworth Heinermann 1st Ed. London: 397-411, 1994; Wozney, J.M., Mol. Reprod. Dev., 32; 160, 1992; Wozney, J.M., Rosen, V. and Celeste, A.J., Science, 242: 1528, 1988; Ono, I., Tatashita, T., Takita, H. and Kuboki, Y., J. Craniofac. Surg., 7: 418, 1996). К настоящему времени известны 13 BMP человека, и сообщалось, что костный морфогенный белок 4 (BMP-4) человека обладает особенно заметным положительным эффектом на восстановление кости (Boyne, P.J., Bone, 19: 83s, 1996; Zegzula, H.D., Buck, D.C., Brekke, J., Wozney, J.M. and Hollinger, J.O., J. Bone Join. Surg., 79: 1778, 1997; Sporn, M.B., Roberts AB (eds.), Springer-Verlag, New York: 3, 1990).The first discovered Urist bone morphogenic protein (referred to in this document as "BMP") is a bone-forming material. BMP has been reported to stimulate the differentiation of pluripotent cells into chondrocytes and osteoblasts, and also plays an important role in bone repair (Urist, MR, Science, 150: 893, 1965; Urist, MR and Strates, BS, J. Dent. Res., 50 : 1392, 1971; Wozney, JM, Butterworth Heinermann 1st Ed. London: 397-411, 1994; Wozney, JM, Mol. Reprod. Dev., 32; 160, 1992; Wozney, JM, Rosen, V. and Celeste, AJ, Science, 242: 1528, 1988; Ono, I., Tatashita, T., Takita, H. and Kuboki, Y., J. Craniofac. Surg., 7: 418, 1996). To date, 13 human BMPs are known, and it has been reported that bone
Триполифосфат немедленно застывает при добавлении к нему водорастворимого хитозана. Поэтому, в соответствии с настоящим изобретением, для немедленного затвердевания в месте введения, препятствующего распространению вводимых материалов в другие участки, хитозан, содержащий β ig-h3 водорастворимый хитозан, стимулирующий образование костной ткани и сращение кости материал или костный морфогенный белок требуется вводить в то же самое место с применением сдвоенного шприца, показанного на фигуре 2.Tripolyphosphate immediately hardens when water-soluble chitosan is added to it. Therefore, in accordance with the present invention, for immediate solidification at the injection site, preventing the spread of the introduced materials to other sites, chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan, stimulating bone formation and bone fusion, material or bone morphogenic protein is required to be introduced into the same the place using the double syringe shown in figure 2.
Для получения стимулирующей образование костной ткани и сращение кости композиции по настоящему изобретению, применяемый в качестве стимулирующего образование костной ткани и сращение кости материала белок β ig-h3 или костный морфогенный белок добавляют к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана, причем триполифосфат и водорастворимый хитозан предпочтительно смешивают в отношении 20:80-80:20 мас.%, и более предпочтительно в отношении 50:50. Применяемый в качестве материала, стимулирующего образование костной ткани и сращение кости, белок β ig-h3 предпочтительно добавляют к композиции в количестве 100 мкг/мл - 1 мг/мл, и более предпочтительно в количестве 300 мкг/мл - 600 мкг/мл. BMP также предпочтительно добавляют к композиции в количестве 50 нг/мл - 500 нг/мл, и более предпочтительно в количестве 100 нг/мл - 300 нг/мл.To obtain a bone formation and bone fusion stimulating composition of the present invention, β ig-h3 protein or bone morphogenic protein used as a bone formation and bone fusion stimulating material is added to a mixture of tripolyphosphate and water soluble chitosan, wherein tripolyphosphate and water soluble chitosan are preferably mixed in a ratio of 20: 80-80: 20 wt.%, and more preferably in a ratio of 50:50. Used as a material promoting bone formation and bone fusion, β ig-h3 protein is preferably added to the composition in an amount of 100 μg / ml - 1 mg / ml, and more preferably in an amount of 300 μg / ml - 600 μg / ml. BMP is also preferably added to the composition in an amount of 50 ng / ml to 500 ng / ml, and more preferably in an amount of 100 ng / ml to 300 ng / ml.
Настоящее изобретение также относится к применению композиции по настоящему изобретению для стимуляции образования костной ткани и сращения кости на ранней стадии.The present invention also relates to the use of a composition of the present invention for promoting early bone formation and bone fusion.
Для проверки того, может ли композиция по настоящему изобретению применяться для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, авторы настоящего изобретения исследовали действие композиции, полученной путем добавления к триполифосфату водорастворимого хитозана, содержащего β ig-h3 водорастворимого хитозана или содержащего BMP водорастворимого хитозана, на образование костной ткани и сращение кости путем проведения операции вытяжения кости на челюсти собаки.To check whether the composition of the present invention can be used to stimulate bone formation and bone fusion, the present inventors examined the effect of the composition obtained by adding water-soluble chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan or BMP water-soluble chitosan to tripolyphosphate bone tissue and bone fusion by performing a bone traction operation on a dog’s jaw.
В контрольной группе проведенные через 4 недели и 7 недель исследования образца кости показали, что участок вытяжения был твердым, но слегка гнулся при сгибании. Было доказано, что в получавшей BMP-4 группе, полученной путем добавления к триполифосфату содержащего BMP-4 водорастворимого хитозана, в получавшей β ig-h3 группе, полученной путем добавления к триполифосфату содержащего β ig-h3 водорастворимого хитозана, и в получавшей хитозан группе, полученной путем добавления к триполифосфату только водорастворимого хитозана, участок вытяжения в образцах кости через 4 недели после вытяжения кости был более твердым, чем в контрольной группе через 7 недель после вытяжения кости. Через 7 недель после вытяжения в этих группах формировались новые кости, и участки вытяжения становились очень твердыми.In the control group, studies of a bone sample carried out after 4 weeks and 7 weeks showed that the stretch area was hard, but slightly bent when bent. It was proved that in the BMP-4-treated group obtained by adding water-soluble chitosan to BMP-4-containing tripolyphosphate, in the β ig-h3-treated group obtained by adding β ig-h3 water-soluble chitosan to the tripolyphosphate, and in the chitosan-treated group obtained by adding only water-soluble chitosan to tripolyphosphate, the stretch in
Через 4 недели и через 7 недель после вытяжения кости в контрольной группе проводили рентгенографическое исследование. В результате было показано, что между подвергнутыми вытяжению разрезанными частями челюстной кости образуется широкая рентгенопрозрачная зона, а в примыкающей к ним ткани едва образуется рентгеноконтрастная зона. Результат, полученный в контрольной группе через 4 недели после вытяжения кости, заметно не отличался от результата, полученного через 7 недель после вытяжения кости. В то же время, при введении способствующих росту кости материалов в получавшей BMP-4 группе, в получавшей β ig-h3 группе и в получавшей хитозан группе в участке вытяжения челюстной кости ясно наблюдалась кальцификация. Через 4 недели после введения способствующих росту кости материалов в результате рентгенографического исследования было подтверждено, что рентгенопрозрачная зона между подвергнутыми вытяжению разрезанными частями челюстной кости практически соединилась с рентгеноконтрастной зоной вокруг обеих сторон разрезанных частей челюстной кости. По сравнению с исследованиями, проведенными через 4 недели после вытяжения кости, через 7 недель толщина рентгеноконтрастной зоны увеличилась по высоте более чем в два раза. По сравнению с другими группами более темное рентгеноконтрастное затемнение и более плотную рентгеноконтрастную зону наблюдали в получавшей BMP-4 группе (см. фиг.4-7).After 4 weeks and 7 weeks after traction of the bone in the control group, an X-ray examination was performed. As a result, it was shown that between the stretched cut parts of the jawbone a wide radiolucent zone is formed, and in the adjacent tissue, a radiopaque zone is barely formed. The result obtained in the
Кроме того, по сравнению с контрольной группой в каждой экспериментальной группе была отмечена более высокая минеральная плотность кости. Наибольшая минеральная плотность кости была отмечена в получавшей BMP-4 группе, после которой в порядке убывания шли получавшая β ig-h3 группа, получавшая хитозан группа и контрольная группа. Минеральная плотность кости отражает степень рентгеноконтрастности в участке вытяжения между разрезанными частями челюстной кости, при этом подразумевается, что чем выше плотность, тем эффективнее идет процесс формирования новой кости (см. фиг.8).In addition, in comparison with the control group, a higher bone mineral density was noted in each experimental group. The highest bone mineral density was observed in the BMP-4 group, after which the β ig-h3 group received the chitosan group and the control group in descending order. The mineral density of the bone reflects the degree of radiopacity in the stretch between the cut parts of the jaw bone, it being understood that the higher the density, the more efficient the process of forming a new bone is (see Fig. 8).
Также проводили гистологическое исследование. В результате обнаружено, что в контрольной группе через 4 недели после вытяжения весь участок вытяжения кости заполнен фиброзной тканью. Хотя формирование новой кости вблизи разреза челюстной кости начиналось путем реакции надкостницы, общего образования костной ткани обнаружено не было (см. фиг.9a). Однако через 7 недель рядом с краем участка вытяжения было обнаружено образование костной ткани и образование хряща, а во многих местах также были обнаружены кровеносные сосуды и нервная ткань (см. фиг.9b и 9c).A histological examination was also performed. As a result, it was found that in the
В получавшей BMP-4 группе, через 4 недели пролиферация образующих остеоид остеобластов частично наблюдалась в центре и по краям подвергаемых вытяжению разрезанных участков, но большая часть участка вытяжения была заполнена фиброзными тканями (см. фиг.10a и 10c). Через 7 недель в участке вытяжения трабекулы перепончатой ретикулофиброзной кости, имеющие неправильную форму, были частично кальцифицированы, и наблюдалось формирование участка новой кости, в котором была развита сеть кровеносных сосудов разного размера, и узкого фиброзного промежуточного пространства, лежащего посередине. Новая кость, формирующаяся по всему участку вытяжения, была похожа на нормальную трубчатую кость (см. фиг.10b и 10d).In the BMP-4-treated group, after 4 weeks, the proliferation of osteoid-forming osteoblasts was partially observed in the center and along the edges of the stretched sections, but the majority of the stretched section was filled with fibrous tissues (see Figures 10a and 10c). After 7 weeks, the irregularly shaped membranes of the membranous reticulofibrotic bone trabeculae were partially calcified, and the formation of a new bone site was observed, in which a network of blood vessels of different sizes and a narrow fibrous intermediate space lying in the middle were developed. The new bone forming over the entire stretch was similar to a normal tubular bone (see Fig. 10b and 10d).
В получавшей β ig-h3 группе образующие остеоид остеобласты частично наблюдались в центре участка вытяжения, что было подтверждено в ходе гистологического исследования через 4 недели после вытяжения кости (см. фиг.11a). Через 7 недель большое количество остеобластов формировали новую кость по направлению от края к центру участка вытяжения. Величина вновь формирующейся кости была меньше, чем в получавшей BMP-4 группе, но расположенное в центре участка вытяжения фиброзное промежуточное пространство было шире, чем в получавшей BMP-4 группе (см. фиг.11b и 11c).In the β ig-h3-treated group, osteoid-forming osteoblasts were partially observed in the center of the stretch site, which was confirmed by
В получавшей хитозан группе проведенное через 4 недели гистологическое исследование подтвердило тот факт, что большая часть участка вытяжения заполнена фиброзными тканями (см. фиг.12a). Через 7 недель вместе с новой костью по краю участка вытяжения наблюдалось множество остеобластов, и было подтверждено формирование новых костей по направлению от края к центру участка вытяжения (см. фиг.12b и 12c). Величина вновь формирующейся кости была меньше, чем в получавшей β ig-h3 группе или в получавшей BMP-4 группе, но фиброзное промежуточное пространство было шире, чем в получавшей β ig-h3 группе.In the chitosan-treated group, a histological examination performed after 4 weeks confirmed the fact that most of the stretch site was filled with fibrous tissues (see Fig. 12a). After 7 weeks, a lot of osteoblasts were observed along with the new bone along the edge of the extension, and the formation of new bones from the edge to the center of the extension was confirmed (see Fig. 12b and 12c). The size of the newly forming bone was less than in the β ig-h3 group or in the BMP-4 group, but the fibrous interstitial space was wider than in the β ig-h3 group.
В итоге, композиция по настоящему изобретению, полученная путем добавления к триполифосфату водорастворимого хитозана, содержащего β ig-h3 водорастворимого хитозана и содержащего BMP-4 водорастворимого хитозана, может эффективно применяться для стимуляции образования костной ткани и сращения кости посредством стимуляции на ранней фазе и сокращения периода сращения кости.As a result, the composition of the present invention, obtained by adding to the tripolyphosphate water-soluble chitosan containing β ig-h3 water-soluble chitosan and containing BMP-4 water-soluble chitosan, can be effectively used to stimulate bone formation and bone fusion by stimulating in the early phase and shortening the period bone fusion.
ПРИМЕРЫEXAMPLES
Практические и предпочтительные в настоящее время варианты осуществления настоящего изобретения приведены с целью иллюстрации.Practical and currently preferred embodiments of the present invention are provided for purposes of illustration.
Однако следует принимать во внимание, что на основании раскрытия настоящего изобретения специалист в данной области техники может вносить изменения и усовершенствования, не выходя за пределы существа и объема настоящего изобретения.However, it should be appreciated that, based on the disclosure of the present invention, one skilled in the art can make changes and improvements without departing from the spirit and scope of the present invention.
Пример 1: Получение композицииExample 1: Preparation of a composition
Авторы настоящего изобретения получали композицию для стимуляции образования костной ткани и сращения кости посредством добавления к триполифосфату материала, стимулирующего образования костной ткани и сращения кости. Конкретно, авторы настоящего изобретения получали композицию посредством добавления 0,5 мл 5% хитозана к 0,5 мл 5% триполифосфата и называли ее «группа, получавшая хитозан».The inventors of the present invention have obtained a composition for stimulating bone formation and bone fusion by adding material that stimulates bone formation and bone fusion to tripolyphosphate. Specifically, the inventors of the present invention prepared the composition by adding 0.5 ml of 5% chitosan to 0.5 ml of 5% tripolyphosphate and called it the “chitosan-treated group”.
Пример 2: Получение композицииExample 2: Preparation of a composition
Авторы настоящего изобретения получали композицию для стимуляции образования костной ткани и сращения кости посредством добавления 0,5 мл водорастворимого хитозана, содержащего β ig-h3 в концентрации 450 мкг/мл, к 0,5 мл 5% триполифосфата в соответствии с описанным выше в примере 1 способом, и называли ее «группа, получавшая β ig-h3».The inventors of the present invention prepared a composition for promoting bone formation and bone fusion by adding 0.5 ml of water-soluble chitosan containing β ig-h3 at a concentration of 450 μg / ml to 0.5 ml of 5% tripolyphosphate as described above in Example 1 way, and called it "the group receiving β ig-h3".
Пример 3: Получение композицииExample 3: Preparation of a composition
Авторы настоящего изобретения получали композицию для стимуляции образования костной ткани и сращения кости посредством добавления 0,5 мл водорастворимого хитозана, содержащего BMP-4 в концентрации 200 нг/мл, к 0,5 мл 5% триполифосфата в соответствии с описанным выше в примере 1 способом, и называли ее «группа, получавшая BMP-4».The inventors of the present invention obtained a composition for promoting bone formation and bone fusion by adding 0.5 ml of water-soluble chitosan containing BMP-4 at a concentration of 200 ng / ml to 0.5 ml of 5% tripolyphosphate in accordance with the method described above in Example 1 , and called it "the group receiving BMP-4."
Экспериментальный пример 1: Исследование действия композиций по настоящему изобретению на образование костной ткани и сращение костиExperimental Example 1: Investigation of the effect of the compositions of the present invention on bone formation and bone fusion
Для проверки того, могут ли композиции для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, полученные в соответствии с примерами 1-3 по настоящему изобретению, стимулировать образование костной ткани и сращение кости на ранней фазе, авторы настоящего изобретения сначала произвели операцию по вытяжению кости на челюстной кости собак с последующим введением композиций для стимуляции образования костной ткани и сращения кости и наблюдением за происходящими изменениями.To test whether compositions for stimulating bone formation and bone fusion obtained in accordance with Examples 1-3 of the present invention can stimulate bone formation and bone fusion in an early phase, the inventors first performed a bone traction operation on the jaw bones of dogs, followed by the introduction of compositions to stimulate the formation of bone tissue and bone fusion and to monitor the ongoing changes.
Конкретно, для экспериментов использовали 16 собак в возрасте 5-8 месяцев, разделив их на 4 группы по 4 собаки в каждой группе, получив контрольную группу, группу, получавшую хитозан, группу, получавшую β ig-h3, и группу, получавшую BMP-4.Specifically, 16 dogs aged 5-8 months were used for the experiments, dividing them into 4 groups of 4 dogs in each group, receiving a control group, a group receiving chitosan, a group receiving β ig-h3, and a group receiving BMP-4 .
После общей анестезии и выбривания операционного поля с последующей стерилизацией, дыхание собаки поддерживали при помощи введенных в легкие трубок. Производили разрез кожи длиной 3-4 см вдоль нижнего края челюстной кости, приподнимали жевательную мышцу и выделяли нижнюю часть челюстной кости. Затем проводили с применением электропилы вертикальную остеотомию на центральной части нижней челюсти и полностью перерезали челюстную кость. На разрезанной части в 1 см справа и слева от зоны разреза закрепляли штифты внешнего фиксатора. В процессе закрепления штифтов на челюстной кости при помощи дрели участок крепления промывали солевым раствором во избежание пережога участков крепления. Штифты вводили на глубину, при которой они едва проходили через челюстную кость, а затем накрепко их фиксировали. После закрепления двух штифтов их подсоединяли к аппарату для вытяжения кости (Molina Distractors, Wells Johnson Company) (фиг.1).After general anesthesia and shaving of the surgical field, followed by sterilization, the dogs were maintained breathing using tubes inserted into the lungs. A skin incision was made 3-4 cm long along the lower edge of the jawbone, chewing muscle was lifted and the lower part of the jawbone was isolated. Then, vertical osteotomy was performed using the electric saw on the central part of the lower jaw and the jaw bone was completely cut. On the cut part of 1 cm to the right and left of the cut zone, the pins of the external fixator were fixed. In the process of fixing the pins on the jawbone using a drill, the attachment site was washed with saline to avoid burnout of the attachment sites. The pins were inserted to a depth at which they barely passed through the jawbone, and then firmly fixed them. After fixing the two pins, they were connected to a bone traction apparatus (Molina Distractors, Wells Johnson Company) (FIG. 1).
На область разреза накладывали швы 5-0 викрилом и 5-0 нейлоном слой поверх слоя и выводили собаку из состояния анестезии. Каждые 12 часов в течение 7 суток после операции вводили пенициллин путем внутримышечной инъекции (100000 мкг/кг), а для обезболивания каждые 4-6 часов перорально вводили анодин. В течение двух суток после операции собаку кормили мягкой пищей, а на третьи сутки обеспечивали обычным питанием. На пятые сутки после операции начинали выполнять вытяжение кости на 2 мм в сутки в течение 5 суток (всего до 10 мм).5-0 vicryl and 5-0 nylon sutures were placed on the incision area over the layer and the dog was taken out of anesthesia. Every 12 hours for 7 days after surgery, penicillin was administered by intramuscular injection (100,000 μg / kg), and anodine was administered orally every 4-6 hours to anesthetize. For two days after the operation, the dog was fed soft food, and on the third day they were provided with normal food. On the fifth day after the operation, bone traction began to be performed by 2 mm per day for 5 days (up to 10 mm in total).
В день окончания вытяжения кости для формирования новой крепкой кости группам вводили 5% водорастворимый хитозан, 5% содержащий BMP-4 водорастворимый хитозан (200 нг/мл) (R&D System Inc.) и 5% содержащий β ig-h3 водорастворимый хитозан (450 мкг/мл) в том же самом количестве, что и 0,5 мл 5% триполифосфата (TPP); для каждой группы с целью немедленного затвердевания при смешивании данных материалов введение осуществляли одновременно с применением сдвоенного шприца (фиг.2), что препятствовало распространению вводимых материалов в другие участки. Наоборот, в контрольной группе вводили только 1 мл 5% триполифосфата.On the day of the end of bone extension, 5% water-soluble chitosan, 5% containing BMP-4 water-soluble chitosan (200 ng / ml) (R&D System Inc.) and 5% containing β ig-h3 water-soluble chitosan (450 μg) were administered to the groups to form a new strong bone. / ml) in the same amount as 0.5 ml of 5% tripolyphosphate (TPP); for each group, in order to immediately harden when mixing these materials, the introduction was carried out simultaneously with the use of a double syringe (figure 2), which prevented the spread of the injected materials to other areas. Conversely, only 1 ml of 5% tripolyphosphate was administered in the control group.
После окончания введения собакам композиций по настоящему изобретению, стимулирующих образование костной ткани и сращение кости, аппарат для вытяжения кости сохраняли на собаках в течение 7 недель для сращения и восстановления кости. Через 4 недели после вытяжения кости по 2 собаки из каждой группы умерщвляли путем инъекции сверхдозы фенобарбитала (40-50 мг/кг), а оставшиеся 8 собак умерщвляли через 7 недель после вытяжения кости (фиг.3).After administration of the compositions of the present invention to dogs to stimulate bone formation and bone fusion was completed, the bone traction apparatus was kept on dogs for 7 weeks for bone fusion and restoration. After 4 weeks after bone stretching, 2 dogs from each group were killed by injection of an overdose of phenobarbital (40-50 mg / kg), and the remaining 8 dogs were killed 7 weeks after bone stretching (Fig. 3).
<1-1> Наблюдения невооруженным глазом<1-1> Observations with the naked eye
Изменения после проведенных выше экспериментов были заметны невооруженным глазом. Все собаки хорошо оправились после анестезии и хирургической операции, аппарат для вытяжения кости был закреплен надежно, а вокруг аппарата не наблюдалось признаков инфекции. Исследование образцов кости, отобранных через 4 недели и через 7 недель после вытяжения кости, подтвердило тот факт, что в контрольной группе участок вытяжения кости становился тверже, но слегка гнулся при сгибании. Между тем, участки вытяжения кости в исследованных через 4 недели группе, получавшей BMP-4, группе, получавшей β ig-h3, и группе, получавшей хитозан, были тверже, чем участки вытяжения кости в исследованной через 7 недель контрольной группе, и через 7 недель во всех группах, за исключением контрольной группы, было отмечено формирование очень жесткой и твердой новой кости.Changes after the above experiments were noticeable to the naked eye. All dogs recovered well after anesthesia and surgery, the bone traction apparatus was fixed securely, and no signs of infection were observed around the apparatus. The study of bone samples taken after 4 weeks and 7 weeks after bone traction confirmed the fact that in the control group the bone traction site became harder but slightly bent when bent. Meanwhile, the bone stretch sites in the BMP-4-treated group, the β ig-h3-treated group, and the chitosan-treated group after 4 weeks were harder than the bone stretch areas in the control group examined after 7 weeks, and after 7 weeks in all groups, except for the control group, the formation of a very rigid and solid new bone was noted.
<1-2> Рентгенографическое исследование<1-2> X-ray examination
Рентгенографическое исследование каждой группы животных с проведенной операцией вытяжения кости проводили еженедельно, и через 4 недели и через 7 недель на рентгенограммах было отмечено образование костной ткани и сращение кости, соответственно.X-ray examination of each group of animals with bone traction was performed weekly, and after 4 weeks and after 7 weeks, bone formation and bone fusion were noted on radiographs, respectively.
В результате в контрольной группе широкая рентгенопрозрачная зона между подвергнутыми вытяжению разрезанными частями челюстной кости наблюдалась как через 4 недели, так и через 7 недель после завершения вытяжения кости, тогда как прилегающая с обеих сторон к разрезанным частям челюстной кости рентгеноконтрастная зона была едва видна через 4 недели после вытяжения кости, и через 7 недель после вытяжения кости картина не претерпевала изменений. Между тем, со временем в каждой группе, получавшей BMP-4, получавшей β ig-h3 и получавшей хитозан, в которых животным вводили соответствующий материал для стимуляции роста кости, в участке вытяжения челюстной кости наблюдалась кальцификация. В этих группах рентгенопрозрачная зона между подвергнутыми вытяжению разрезанными частями кости почти соединялась с прилегающей с обеих сторон к разрезанным частям кости рентгеноконтрастной зоной, что было подтверждено на полученных на 4 неделе рентгенограммах. На 7 неделе плотность рентгеноконтрастной зоны становилась в два раза большей по сравнению с таковой, исследованной на 4 неделе. По сравнению с другими группами особо более темное и более плотное рентгеноконтрастное затемнение наблюдали в группе, получавшей BMP-4.As a result, in the control group, a wide X-ray transparent zone between the stretched cut parts of the jaw bone was observed both 4 weeks and 7 weeks after the bone traction was completed, while the radiopaque zone adjacent to both cut parts of the jaw bone was barely visible after 4 weeks after bone traction, and 7 weeks after bone traction, the picture did not change. Meanwhile, over time, in each group treated with BMP-4, treated with β ig-h3, and treated with chitosan, in which animals were injected with the appropriate material to stimulate bone growth, calcification was observed in the jaw bone stretch site. In these groups, the radiolucent zone between the stretched cut parts of the bone was almost connected to the radiopaque zone adjacent to the cut parts of the bone on both sides, which was confirmed by x-ray obtained at 4 weeks. At week 7, the density of the radiopaque zone became twice as high compared to that studied at
<1-3> Измерение минеральной плотности кости<1-3> Measurement of bone mineral density
На основании рентгенограмм (фиг.4b, 5b, 6b и 7b), полученных на 7 неделе в приведенных выше примерах <1-2>, авторы настоящего изобретения при помощи компьютерной программы измеряли минеральную плотность кости, используя тот факт, что в процессе образования костной ткани рентгеноконтрастная зона на рентгенограмме становится ярче.Based on the radiographs (FIGS. 4b, 5b, 6b and 7b) obtained at week 7 in the examples <1-2> above, the inventors of the present invention measured the bone mineral density using a computer program using the fact that during bone formation tissue radiopaque area on the radiograph becomes brighter.
В результате показано, что на 4 неделе минеральная плотность кости в исследованных группах была выше, чем в контрольной группе. Наибольшая минеральная плотность кости была обнаружена в группе, получавшей BMP-4, после которой в порядке убывания шли группа, получавшая β ig-h3, группа, получавшая хитозан, и контрольная группа (фиг.8a). На 7 неделе удивительно высокая минеральная плотность кости по сравнению с другими группами все еще наблюдалась в группе, получавшей BMP-4, после которой в порядке убывания шли группа, получавшая β ig-h3, группа, получавшая хитозан, и контрольная группа (фиг.8b). Минеральная плотность кости отражает яркость рентгенограммы, другими словами степень рентгеноконтрастности в участке вытяжения между разрезанными частями челюстной кости. Поэтому, чем выше плотность, тем эффективнее идет процесс формирования новой кости. В результате было подтверждено, что в группах, которым вводили стимулирующие образование костной ткани и сращение кости композиции, образование костной ткани шло быстрее и лучше, чем в контрольной группе.As a result, it was shown that at
<1-4> Гистологическое исследование<1-4> Histological examination
Образцы кости отбирали при помощи электрической пилы из подвергнутой вытяжению челюстной кости, включая прилегающие нормальные костные ткани. Полученные разрезанные части кости подвергали фиксации 10% нейтральным формалином в течение 1 недели, а затем декальцинировали в 10% азотной кислоте и 10% цитрате натрия в течение 2 суток. Пробы весом 4-6 г получали путем дегидратации и фиксации парафином, следуя обычным методикам. Пробы окрашивали гематоксилином&эозином для наблюдения гистологических изменений с применением светового микроскопа.Bone samples were taken with an electric saw from an elongated jaw bone, including adjacent normal bone tissue. The resulting cut bone parts were fixed with 10% neutral formalin for 1 week, and then decalcified in 10% nitric acid and 10% sodium citrate for 2 days. Samples weighing 4-6 g were obtained by dehydration and fixation with paraffin, following the usual methods. Samples were stained with hematoxylin & eosin to observe histological changes using a light microscope.
В результате в контрольной группе обнаружено, что на 4 неделю после вытяжения кости весь участок вытяжения кости заполнен фиброзной тканью, а общее образование костной ткани не происходит, несмотря на то, что вблизи разреза челюстной кости начиналось формирование новой кости путем реакции надкостницы (см. фиг.9a). По краю участка вытяжения происходило образование костной ткани и образование хряща, а во многих местах также были обнаружены кровеносные сосуды и нервная ткань (см. фиг.9b и 9c).As a result, in the control group, it was found that 4 weeks after the bone extension, the entire bone extension section was filled with fibrous tissue, and the general formation of bone tissue did not occur, despite the formation of a new bone by the periosteum reaction near the jaw bone section (see Fig. .9a). Bone tissue and cartilage formed along the edge of the stretch, and blood vessels and nerve tissue were also found in many places (see Figs. 9b and 9c).
В группе, получавшей BMP-4, на 4 неделю большая часть участка вытяжения была заполнена фиброзными тканями, хотя в центре и по краям подвергаемых вытяжению разрезанных частей кости частично наблюдалась пролиферация образующих остеоид остеобластов (см. фиг.10a и 10c). На 7 неделю наблюдалось формирование широкого участка новой кости с трабекулами перепончатой ретикулофиброзной кости, имеющими неправильную форму вследствие частичной кальцифицикации, с развитой сетью кровеносных сосудов разного размера и с узким фиброзным промежуточным пространством, расположенным сверху и снизу от центра формирования новой кости. Новая кость, формирующаяся по всему участку вытяжения, была похожа на нормальную трубчатую кость (фиг.10b и 10d).In the BMP-4 group, for 4 weeks, most of the stretch site was filled with fibrous tissues, although proliferation of osteoid-forming osteoblasts was partially observed in the center and at the edges of the cut bone parts that were stretched (see FIGS. 10a and 10c). At week 7, the formation of a wide area of the new bone was observed with trabeculae of the membranous reticulofibrotic bone having an irregular shape due to partial calcification, with a developed network of blood vessels of different sizes and with a narrow fibrous intermediate space located above and below the center of the formation of the new bone. The new bone forming over the entire stretch site was similar to a normal tubular bone (Figs. 10b and 10d).
В группе, получавшей β ig-h3, на 4 неделю в центре участка вытяжения наблюдалась частичная пролиферация образующих остеоид остеобластов (фиг.11a). На 7 неделе большое количество остеобластов формировали новую кость по направлению от края к центру участка вытяжения кости, но величина вновь формирующейся кости была меньше, чем в группе, получавшей BMP-4. Однако расположенное сверху и снизу от центра участка вытяжения фиброзное промежуточное пространство было шире, чем в группе, получавшей BMP-4 (фиг.11b и 11c).In the group receiving β ig-h3, partial proliferation of osteoid-forming osteoblasts was observed for 4 weeks in the center of the stretch site (Fig. 11a). At week 7, a large number of osteoblasts formed a new bone in the direction from the edge to the center of the bone elongation site, but the size of the newly formed bone was less than in the group treated with BMP-4. However, the fibrous intermediate space located above and below the center of the stretch section was wider than in the group treated with BMP-4 (Figs. 11b and 11c).
В группе, получавшей хитозан, на 4 неделю большая часть участка вытяжения была заполнена фиброзными тканями (фиг.12a). На 7 неделю вместе с новой костью по краю участка вытяжения наблюдалось множество остеобластов, и по направлению от края к центру участка вытяжения было отмечено формирование новой кости. Объем вновь формирующейся кости был меньше, чем в группе, получавшей β ig-h3, или в группе, получавшей BMP-4, но фиброзное промежуточное пространство было шире, чем в группе, получавшей β ig-h3 (фиг.12b и 12c).In the chitosan-treated group, at 4 weeks, most of the stretch site was filled with fibrous tissues (Fig. 12a). At week 7, along with the new bone, a lot of osteoblasts were observed along the edge of the extension, and the formation of a new bone was noted in the direction from the edge to the center of the extension. The volume of the newly forming bone was less than in the group receiving β ig-h3 or in the group receiving BMP-4, but the fibrous interstitial space was wider than in the group receiving β ig-h3 (Fig. 12b and 12c).
Таким образом, в получавшей BMP-4, в получавшей β ig-h3 группе и в получавшей хитозан группе, которую обрабатывали композицией по настоящему изобретению для стимуляции образования костной ткани и сращения кости, на 4 неделю после вытяжения кости происходило частичное формирование новой кости в участке вытяжения, которое продолжалось на 7 неделе. Объем вновь формирующейся кости был наибольшим в группе, получавшей BMP-4, после которой в порядке убывания шли группа, получавшая β ig-h3, и группа, получавшая хитозан. В каждой группе на 7 неделю в центре участка вытяжения было обнаружено фиброзное промежуточное пространство. Фиброзное промежуточное пространство было наиболее узким в группе, получавшей BMP-4, после которой в порядке убывания шли группа, получавшая β ig-h3, и группа, получавшая хитозан. Между тем, в контрольной группе фиброзное промежуточное пространство занимало большую часть участка вытяжения. Наблюдаемое на 7 неделю фиброзное промежуточное пространство подтверждает тот факт, что формирование новой кости все еще продолжается.Thus, in the BMP-4 treated group, the β ig-h3 treated group, and the chitosan treated group that was treated with the composition of the present invention to stimulate bone formation and bone fusion, a partial formation of new bone occurred in the
ПРИМЕНИМОСТЬ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХAPPLICABILITY IN INDUSTRIAL CONDITIONS
Композиция по настоящему изобретению, полученная путем добавления материала для стимуляции образования костной ткани и сращения кости к смеси триполифосфата и водорастворимого хитозана, может эффективно применяться для стимуляции образования костной ткани и сращения кости. А именно, композиция индуцирует формирование новой кости, обеспечивает нормальную структуру кости, предотвращает рост нежелательных соединительных тканей и в достаточной мере пригодна для восполнения потери костной массы в процессе восстановления, а также индуцирует рост кровеносных сосудов и развитие костных остеобластов на ранней стадии.The composition of the present invention, obtained by adding material to stimulate bone formation and bone fusion to a mixture of tripolyphosphate and water-soluble chitosan, can be effectively used to stimulate bone formation and bone fusion. Namely, the composition induces the formation of a new bone, ensures a normal bone structure, prevents the growth of unwanted connective tissues and is sufficiently suitable to compensate for bone loss in the recovery process, and also induces the growth of blood vessels and the development of bone osteoblasts at an early stage.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113289/15A RU2294751C2 (en) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Composition for stimulation formation of osseous tissue and bone joining |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113289/15A RU2294751C2 (en) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Composition for stimulation formation of osseous tissue and bone joining |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005113289A RU2005113289A (en) | 2005-12-20 |
| RU2294751C2 true RU2294751C2 (en) | 2007-03-10 |
Family
ID=35869594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005113289/15A RU2294751C2 (en) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Composition for stimulation formation of osseous tissue and bone joining |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2294751C2 (en) |
-
2002
- 2002-09-30 RU RU2005113289/15A patent/RU2294751C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JEFFREY FISCHGRUND M. D. et. al., Variables affecting time to bone healing during limb lengthening, Clinical Orthopaedics and Related Research, №301, pp.31-37, 1994. * |
| KISHIMOTO К. N., et. al., Ectopic bone formation by electroporatic transfer of bone morfogenetic protein-4 gene, Bone, 2002, Vol.31, p.340-347. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005113289A (en) | 2005-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2225241T3 (en) | HIALURONIC ACID FORMULATIONS TO SUPPLY OSTEOGENIC PROTEINS. | |
| US9254301B2 (en) | Compositions and methods for forming and strengthening bone | |
| US6372257B1 (en) | Compositions and methods for forming and strengthening bone | |
| DE69024970T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING A MATERIAL FOR OSTEOPLASTIC FROM NATURAL BONE TISSUE AND MATERIAL GIVEN FROM SUCH A METHOD | |
| KR101420100B1 (en) | Multi-purpose bio-material composition | |
| Waselau et al. | Effects of a magnesium adhesive cement on bone stability and healing following a metatarsal osteotomy in horses | |
| JPH05507930A (en) | Bone induction pharmaceutical preparation | |
| AU2002330762B2 (en) | Composition for stimulating bone-formation and bone consolidation | |
| AU2020202702A1 (en) | Semi-synthetic powder material, obtained by modifying the composition of a natural marine biomaterial, method for producing same, and applications thereof | |
| US20040220681A1 (en) | Injectable resorbable bone graft material, powder for forming same and methods relating thereto for treating bone defects | |
| AU2002335562B2 (en) | Bone-filling composition for stimulating bone-forming and bone-consolidation comprising calcium sulfate and viscous biopolymers | |
| RU2294751C2 (en) | Composition for stimulation formation of osseous tissue and bone joining | |
| RU2296588C2 (en) | Filling composition containing calcium sulfate and viscous biopolymers to stimulate bone forming and concretion | |
| KR100435418B1 (en) | Composition for stimulating bone-forming and bone-consolidation | |
| EP2841114B1 (en) | Self-hardening bioactive cement compositions with partially deacetylated chitin as bone graft substitutes | |
| RU2283043C1 (en) | Method for treating defects of tubular bones | |
| RU2227037C2 (en) | Material for osteoplasty | |
| RU2225212C2 (en) | Method for stimulating distraction regenerate | |
| KR20020076685A (en) | Bone-filling composition for stimulating bone-forming and bone-consolidation comprising calcium sulfate and viscous biopolymers | |
| Johnson et al. | Evaluation of collagen as a retainer for autogenous cancellous bone used in repair of full thickness cortical bone defects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101001 |