RU2609201C1

RU2609201C1 - Method for obtaining osteoplastic material

Info

Publication number: RU2609201C1
Application number: RU2015134550A
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Евдокимов; Алексей Александрович Венедиктов; Максим Вячеславович Гурин; Владислав Игоревич Благадырев; Дмитрий Владимирович Смоленцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Кардиоплант"
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-01-30

Abstract

FIELD: medicine, pharmaceutics.

SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to method for obtaining osteoplastic material. The method includes mechanical cleaning of bone from soft tissues and sawing cancellous bone, treatment with hypertonic sodium chloride solution with concentration 1-10% for 1-8 days, placement of material into ultrasonic bath with hydrogen peroxide solution with concentration 1-10% per 1-8 days, deep purification and delipidation by method of supercritical fluid extraction at temperature 20-70°C and pressure 1000-10000 psi for 30-500 minutes, demineralisation with hydrochloric acid 0.5-4 M for 15-300 minutes and lyophilisation for 1-48 hours.

EFFECT: invention makes it possible to perform deep and save purification of bone matrix with preservation of structure of bone matrix and native morphogenetic proteins, red.

3 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к способу получения остеопластического материала путем обработки губчатой костной ткани, особенностью которого является то, что он предусматривает глубокую очистку и делипидизацию костного материала методом сверхкритической флюидной экстракции. Изобретение может применяться в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, хирургической стоматологии при изготовлении медицинских изделий для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека в качестве остеопластического материала для замещения костной ткани, а также в качестве наполнителя при потере объема костной ткани и биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани.The invention relates to medicine, namely to a method for producing osteoplastic material by treating spongy bone tissue, the peculiarity of which is that it provides for deep cleaning and delipidization of bone material by supercritical fluid extraction. The invention can be used in traumatology, orthopedics, maxillofacial surgery, surgical dentistry in the manufacture of medical devices for the treatment of diseases and injuries of the human bone system as an osteoplastic material for bone replacement, as well as a filler for loss of bone tissue volume and biological supporting frame for bone regeneration.

Изобретение обеспечивает получение материала для остеопластики, а также повышение качества очистки костной ткани от жиров с целью снижения антигенности, повышения биосовместимости и остеоиндуктивных свойств за счет сохранения нативных белковых факторов роста. В конечном итоге применение остепластического материала, полученного этим способом, способствует ускорению процессов репарации и остеоинтеграции, а также сокращение сроков лечения и реабилитации больных.The invention provides obtaining material for osteoplasty, as well as improving the quality of cleaning bone tissue from fats in order to reduce antigenicity, increase biocompatibility and osteoinductive properties by preserving native protein growth factors. Ultimately, the use of osteoplastic material obtained by this method helps to accelerate the processes of repair and osseointegration, as well as reducing the time of treatment and rehabilitation of patients.

Известен способ получения костного материала, описанный в патенте РФ 2326680. Предложен способ характеризуется тем, что исходную костную ткань после освобождения от мягких тканей и жира кипятят в дистиллированной воде в течение 40-80 часов, периодически меняя воду, и подвергают термообработке вначале при температуре от 250 до 300°C в течение 7 часов, затем при температуре от 350 до 395°C в течение от 3 до 18 часов, и измельчают во время кипячения или после кипячения. Помимо преимуществ этот способ обладает недостатками, самым очевидным среди которых является наличие стадии кипячения костного матрикса. Кипячение приводит к частичному разрушению коллагена костного матрикса, а также нативных морфогенетических белков, стимулирующих процессы репарации и остеоинтеграции, что приводит к снижению остеоиндуктивных свойств остеопластического материала.A known method for producing bone material described in the patent of the Russian Federation 2326680. The proposed method is characterized in that the original bone tissue after release from soft tissues and fat is boiled in distilled water for 40-80 hours, periodically changing the water, and is subjected to heat treatment initially at a temperature of 250 to 300 ° C for 7 hours, then at a temperature of 350 to 395 ° C for 3 to 18 hours, and ground during boiling or after boiling. In addition to the advantages, this method has disadvantages, the most obvious of which is the presence of a boiling stage of the bone matrix. Boiling leads to partial destruction of the collagen of the bone matrix, as well as native morphogenetic proteins that stimulate the processes of repair and osseointegration, which leads to a decrease in the osteoinductive properties of osteoplastic material.

Также существуют другие способы получения остеопластического матрикса. В патенте №2342162 способ включает этап гидролиза белков папаином и нейтрализацию получившегося материала. Недостатком этого способа является то, что обработка папаином может приводить к гидролизу факторов роста костной ткани и, следовательно, также снижению остеоиндуктивных свойств.There are also other methods for producing an osteoplastic matrix. In patent No. 2342162, the method includes the step of hydrolyzing papain proteins and neutralizing the resulting material. The disadvantage of this method is that treatment with papain can lead to hydrolysis of bone growth factors and, therefore, also reduce osteoinductive properties.

Недостатками обладают и другие способы получения остеопластических материалов, основанных на высокотемпературной обработке костной ткани. Так, например, способ, описанный в патенте РФ 2189823, подразумевает обжиг костной ткани при температуре 1200°С в течение 2-5 мин, что позволяет удалить остатки белков, в том числе и факторы роста.Other methods for producing osteoplastic materials based on high-temperature processing of bone tissue also have disadvantages. So, for example, the method described in the patent of the Russian Federation 2189823 involves burning the bone tissue at a temperature of 1200 ° C for 2-5 minutes, which allows you to remove protein residues, including growth factors.

Близким к заявляемому способу получения остеопластического материала является способ изготовления имплантатов из губчатой ткани, описанный в патенте РФ 2172104. Он заключается в том, что губчатая костная ткань проходит обработку раствором перекиси водорода, а затем обезжиривается в смеси этанола с хлороформом. Недостатком данного способа является применение хлороформа. Это повышает риск токсичности конечного медицинского изделия и опасность его применения.Close to the claimed method for producing osteoplastic material is a method for manufacturing implants from spongy tissue, described in RF patent 2172104. It consists in the fact that spongy bone tissue is treated with a solution of hydrogen peroxide and then degreased in a mixture of ethanol and chloroform. The disadvantage of this method is the use of chloroform. This increases the risk of toxicity of the final medical device and the risk of its use.

Предлагаемый способ позволяет устранить недостатки, описанные выше.The proposed method allows to eliminate the disadvantages described above.

Сущность способа состоит в том, что на этапе обезжиривания и очистки костного материала используется метод сверхкритической флюидной экстракции.The essence of the method is that at the stage of degreasing and cleaning of bone material, the method of supercritical fluid extraction is used.

Цель данного изобретения - проведение глубокой и безопасной очистки костного матрикса от жира и костного мозга с сохранной структурой костного матрикса и нативными морфогенетическими белками за счет чего снижается антигенность материала, повышается его биосовместимость и остеоиндуктивность.The purpose of this invention is the deep and safe cleaning of the bone matrix from fat and bone marrow with a preserved bone matrix structure and native morphogenetic proteins, thereby reducing the antigenicity of the material, increasing its biocompatibility and osteoinductance.

Технический результат достигается за счет того, что костные фрагменты на этапе обезжиривания и очистки подвергают обработке сверхкритическим диоксидом углерода. Он способен диффундировать в микропорах твердых матриц намного лучше, чем любые другие жидкости, и обладает хорошей способностью растворять липиды. При этом микропористость костной ткани становится гораздо доступнее, что дает возможность после этапа деминерализации высвободить нативные белковые факторы роста, тем самым, повысить остеокондуктивные свойства остеопластического материала после имплантации. Кроме того, метод сверхкритической флюидной экстракции безопасен и экологичен, поскольку не влечет за собой использование токсичных химических веществ. Данные, подтверждающие достижение технического результата изобретения, описаны в публикации Ю.В. Ефимова и соавт. [5]. В статье приведены результаты клинико-рентгенологического анализа результатов лечения 11 пациентов с дефицитом костной ткани. В качестве остеопластического применялся материал, разработанный на базе компании «Кардиоплант», обработанный заявленным способом. У всех пациентов осложнений в ближайшем и отдаленном периодах не наблюдалось. Было установлено, что через шесть месяцев новообразованная кость по своей структуре схожа с естественной костью. Результаты доказывают, что остеопластический матрикс имеет сохранную структуру костного матрикса, отсутствие антигенности, повышенные биосовместимость и остеоиндуктивность.The technical result is achieved due to the fact that bone fragments are subjected to supercritical carbon dioxide at the stage of degreasing and cleaning. It is able to diffuse in micropores of solid matrices much better than any other liquids, and has a good ability to dissolve lipids. At the same time, bone microporosity becomes much more accessible, which makes it possible to release native protein growth factors after the demineralization step, thereby increasing the osteoconductive properties of osteoplastic material after implantation. In addition, the supercritical fluid extraction method is safe and environmentally friendly because it does not entail the use of toxic chemicals. Data confirming the achievement of the technical result of the invention is described in the publication of Yu.V. Efimova et al. [5]. The article presents the results of a clinical and radiological analysis of the results of treatment of 11 patients with bone deficiency. As osteoplastic material was used, developed on the basis of the company "Cardioplant", processed by the claimed method. In all patients, complications in the near and distant periods were not observed. It was found that after six months, the newly formed bone is similar in structure to natural bone. The results prove that the osteoplastic matrix has a preserved bone matrix structure, lack of antigenicity, increased biocompatibility and osteoinductance.

Способ получения остеопластического материала осуществляется следующим образом.The method of obtaining osteoplastic material is as follows.

Губчатую кость получают от сельскохозяйственных животных по существующим правилам в течение 24 ч после смерти. После этого кость освобождают от мягких тканей распиливают на фрагменты необходимой величины. Полученные фрагменты выдерживают в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия с концентрацией от 1% до 10% в течение 1-8 суток. Затем фрагменты костного материала помещают в ультразвуковую ванну с раствором перекиси водорода (от 1% до 10%) на 1-8 суток. Далее костные фрагменты подвергают очистке методом сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 до 10000 psi в течение от 30 до 500 мин. Затем, если необходимо, костные фрагменты подвергают деминерализации соляной кислотой (0,5-4 М) в течение от 15 до 300 мин. После этого деминерализованные или недеминерализованные костные фрагменты подвергают лиофилизации в течение 1-48 ч, упаковывают в газопроницаемую упаковку и стерилизуют. Таким образом, получают остеопластический материал.Spongy bone is obtained from farm animals according to existing rules within 24 hours after death. After that, the bone is freed from soft tissues and cut into fragments of the required size. The obtained fragments are incubated in hypertonic saline solution of sodium chloride with a concentration of from 1% to 10% for 1-8 days. Then fragments of bone material are placed in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide (from 1% to 10%) for 1-8 days. Bone fragments are further purified by supercritical fluid extraction at a temperature of from 20 ° C to 70 ° C and a pressure of 1000 to 10,000 psi for 30 to 500 minutes. Then, if necessary, the bone fragments are subjected to demineralization with hydrochloric acid (0.5-4 M) for 15 to 300 minutes. After that, demineralized or non-demineralized bone fragments are lyophilized for 1-48 hours, packaged in a gas-tight package and sterilized. Thus, an osteoplastic material is obtained.

Пример 1Example 1

Губчатую кость получают от сельскохозяйственных животных по существующим правилам в течение 24 ч после смерти. После этого кость освобождают от мягких тканей, распиливают на фрагменты необходимой величины. Полученные фрагменты выдерживают в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия с концентрацией 2% в течение 2 суток. Затем фрагменты костного материала помещают в ультразвуковую ванну с раствором перекиси водорода (9%) на 2 суток. Далее костные фрагменты подвергают очистке методом сверхкритической флюидной экстракции при температуре 20°С и давлении 1000 psi в течение от 30 мин. Затем костные фрагменты подвергают деминерализации соляной кислотой (0,6 М) в течение от 40 мин. После этого деминерализованные или недеминерализованные костные фрагменты подвергают лиофилизации в течение 2 ч, упаковывают в газопроницаемую упаковку и стерилизуют.Spongy bone is obtained from farm animals according to existing rules within 24 hours after death. After this, the bone is freed from soft tissues, sawn into fragments of the required size. The obtained fragments are kept in hypertonic saline solution of sodium chloride with a concentration of 2% for 2 days. Then fragments of bone material are placed in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide (9%) for 2 days. Bone fragments are then purified by supercritical fluid extraction at a temperature of 20 ° C and a pressure of 1000 psi for 30 minutes or more. Bone fragments are then demineralized with hydrochloric acid (0.6 M) for a period of 40 min. After that, demineralized or non-demineralized bone fragments are lyophilized for 2 hours, packaged in a gas-permeable package and sterilized.

Пример 2Example 2

Отличается от примера 1 тем, что фрагменты костного материала выдерживают в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия с концентрацией 5% в течение 7 суток. Деминерализацию проводят соляной кислотой (2 М) в течение от 16 мин.It differs from example 1 in that fragments of bone material are kept in a hypertonic saline solution of sodium chloride with a concentration of 5% for 7 days. Demineralization is carried out with hydrochloric acid (2 M) for a period of 16 min.

Пример 3Example 3

Отличается от примера 1 тем, что костные фрагменты подвергают очистке методом сверхкритической флюидной экстракции при температуре 30°С и давлении 3000 psi в течение от 100 мин.It differs from Example 1 in that the bone fragments are purified by supercritical fluid extraction at a temperature of 30 ° C and a pressure of 3000 psi for 100 minutes or more.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2172104. «Способ изготовления имплантатов из губчатой костной ткани».1. RF patent No. 2172104. "A method of manufacturing implants from spongy bone tissue."

2. Патент РФ №2189823. «Способ получения костного материала».2. RF patent No. 2189823. "A method of obtaining bone material."

3. Патент РФ №2326680. «Способ получения депротеинизированного костного материала».3. RF patent No. 2326680. "A method of obtaining deproteinized bone material."

4. Патент РФ №2342162. «Способ получения биоматериалов из костной ткани и полученный этим способом материал для остеопластики и тканевой инженерии».4. RF patent No. 2342162. "A method for producing biomaterials from bone tissue and material obtained by this method for osteoplasty and tissue engineering."

5. Ефимов Ю.В., Стоматов Д.В., Ефимова Е.Ю., Стоматов А.В., Алешанов К.А. Использование отечественного остеопластического материала Bio-Ost при синуслифтинге // Медицинский алфавит, 2016, №21, том №3, с 37-39.5. Efimov Yu.V., Stomatov D.V., Efimova E.Yu., Stomatov A.V., Aleshanov K.A. The use of domestic Bio-Ost osteoplastic material for sinus lifting // Medical Alphabet, 2016, No. 21, Volume No. 3, pp. 37-39.

Claims

A method for producing osteoplastic material, including mechanical cleaning of bone from soft tissues and sawing of spongy bone tissue, treatment with a hypertonic solution of sodium chloride with a concentration of 1-10% for 1-8 days, placing the material in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide with a concentration of 1-10 % for 1-8 days, deep cleaning and delipidization by supercritical fluid extraction at a temperature of 20-70 ° C and a pressure of 1000-10000 psi for 30-500 minutes, demineralization with hydrochloric acid 0.5-4 M for 15-300 minutes and l Iofilization within 1-48 hours.