RU2634860C1 - Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution - Google Patents

Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution Download PDF

Info

Publication number
RU2634860C1
RU2634860C1 RU2016149738A RU2016149738A RU2634860C1 RU 2634860 C1 RU2634860 C1 RU 2634860C1 RU 2016149738 A RU2016149738 A RU 2016149738A RU 2016149738 A RU2016149738 A RU 2016149738A RU 2634860 C1 RU2634860 C1 RU 2634860C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
porous
porous layer
implant
layer
antibacterial coating
Prior art date
Application number
RU2016149738A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Валентинович Максимкин
Фёдор Святославович Сенатов
Наталья Юрьевна Анисимова
Михаил Валентинович Киселевский
Дмитрий Юрьевич Залепугин
Наталия Александровна Тилькунова
Ирина Валерьевна Чернышова
Сергей Дмитриевич Калошкин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2016149738A priority Critical patent/RU2634860C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634860C1 publication Critical patent/RU2634860C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/28Bones
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: bioengineering multilayer structure based on biocompatible ultra-high molecular weight polyethylene contains a porous layer that can be populated with multipotent mesenchymal stromal cells of mammals and a continuous layer with an antibacterial coating based on amoxicillin 0.1-5 mm. The porous layer has an open porosity of up to 90 vol. % and a bound pore system with a diameter of 30-1000 mcm.
EFFECT: application of the invention provides a bioengineering structure that imitates the structure of cortical and trabecular tissues of the native bone and prevents development of local infectious complications in the postoperative period.
3 cl, 3 dwg, 2 ex

Description

Изобретение представляет собой биоинженерную многослойную конструкцию на основе биосовместимого сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержащую пористый слой, который может быть заселен мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК) пациента или здорового донора, и сплошной слой с наружным антибактериальным покрытием, для изготовления протезов, скаффолдов и биоимплантатов, предназначенных для замещения костно-хрящевых дефектов человека и животных. Областью применения заявляемого изобретения являются медицина и ветеринария, в частности реконструктивная хирургия, ортопедия, онкология, трансплантологии и травматология.The invention is a bioengineered multilayer structure based on a biocompatible ultra-high molecular weight polyethylene containing a porous layer that can be populated with multipotent mesenchymal stromal cells (MMSCs) of a patient or a healthy donor, and a continuous layer with an external antibacterial coating for the manufacture of prostheses, scaffolds and bi replacement of bone and cartilage defects in humans and animals. The scope of the claimed invention is medicine and veterinary medicine, in particular reconstructive surgery, orthopedics, oncology, transplantology and traumatology.

Известно изобретение (RU 2157151 A61F 2/28) для протезирования фрагментов скелета (преимущественно плоских костей грудной клетки), выполненное из никелида титана. Элемент фиксации имплантата к тканям выполнен в виде слоя из пористого никелида титана.Known invention (RU 2157151 A61F 2/28) for prosthetics of fragments of the skeleton (mainly flat chest bones) made of titanium nickelide. The element of fixation of the implant to the tissues is made in the form of a layer of porous titanium nickelide.

К недостаткам изобретения можно отнести низкую способность прорастания окружающих тканей в пористую часть элемента фиксации имплантата, в результате отсутствия в нем ростовых факторов роста.The disadvantages of the invention include the low ability to germinate surrounding tissues into the porous part of the implant fixation element, as a result of the absence of growth factors in it.

Известно изобретение костного имплантата (RU 2104040 A61L 31/00) выполненное из биоситалла, имитирующее внутренний спонгиозный и внешний кортикальный слои нативной костной ткани. Для слоя имплантата имитирующего кортикальный слой объемная пористость составляет 20-40%. Для слоя имплантата имитирующего спонгиозный слой объемная пористость может быть равна 40-65%. Размер пор до 100 мкм.It is known the invention of a bone implant (RU 2104040 A61L 31/00) made of biositall, simulating the internal spongy and external cortical layers of native bone tissue. For the implant layer imitating the cortical layer, the volume porosity is 20-40%. For an implant layer imitating a spongy layer, the volume porosity can be 40-65%. Pore size up to 100 microns.

К недостаткам данного изобретения является относительно небольшой размер пор до 100 мкм, тогда как для запуска интенсивных процессов образования новых костных тканей и васкуляризации необходимы поры размером до 700 мкм и более. Объемная пористость слоя имплантата, имитирующего спонгиозный слой, не превышает 65%, так как увеличение объемной пористости биоситалла приводит к сильному падению его механических свойств, что в сочетании с низкой пластичностью может привести к катастрофическому разрушению материала даже при небольших нагрузках.The disadvantages of this invention is the relatively small pore size of up to 100 microns, while pores up to 700 microns or more are needed to start intensive processes of new bone tissue formation and vascularization. The bulk porosity of the implant layer imitating the spongy layer does not exceed 65%, since an increase in the bulk porosity of the bio-metal leads to a strong decrease in its mechanical properties, which, combined with low ductility, can lead to catastrophic destruction of the material even under light loads.

Известен имплантат (RU 88952 A61F 2/28) предназначенный для формирования костной ткани на поверхности имплантата и восстановления опороспособности костного скелета. Имплантат выполнен из композиционного материала, состоящего из углеродной матрицы и многонаправленного армирующего каркаса из стержней, сформованных из углеродных волокон. Углеродная матрица покрыта слоем тромбоцитов аутоплазмы крови концентрацией 0,02-0,5 г на 1 см2 поверхности. Имплантат может быть выполнен в виде блока цилиндрической или призматической формы.Known implant (RU 88952 A61F 2/28) designed to form bone tissue on the surface of the implant and restore the support ability of the bone skeleton. The implant is made of a composite material consisting of a carbon matrix and a multidirectional reinforcing frame of rods molded from carbon fibers. The carbon matrix is coated with a layer of platelets of blood autoplasm with a concentration of 0.02-0.5 g per 1 cm 2 surface. The implant can be made in the form of a block of cylindrical or prismatic shape.

К недостаткам изделия можно отнести недостаточную его пористость (пористость углеродной матрицы 9%), что не позволяет окружающим тканям эффективно прорастать вглубь имплантата.The disadvantages of the product include its insufficient porosity (9% carbon matrix porosity), which does not allow the surrounding tissues to effectively grow deep into the implant.

Известно изобретение (RU 2270640 A61F 2/14, A61L 27/56) для замещения костных дефектов, выполненное из пористого политетрафторэтилена. Объемная пористость составляет от 15 до 40%, удельная поверхность пространства пустот 0,25-0,55 мкм2/мкм3, среднее расстояние между пустотами в объеме 25-50 мкм.Known invention (RU 2270640 A61F 2/14, A61L 27/56) for the replacement of bone defects made of porous polytetrafluoroethylene. The bulk porosity is from 15 to 40%, the specific surface space of voids is 0.25-0.55 μm 2 / μm 3 , and the average distance between voids in a volume of 25-50 μm.

К недостаткам данного изобретения можно отнести относительно невысокую объемную пористость материала и малый размер пор, что может негативно сказаться на скорости адгезии и колонизации клеток прилегающих тканей в области имплантации. Формирование пористой структуры в политетрафторэтилене негативно сказывается на механических свойствах материала, а отсутствие в имплантате дополнительных армирующих компонентов ограничивает область его применения, разрешая его использование только для восстановления ненагруженных участков костных тканей.The disadvantages of this invention include the relatively low bulk porosity of the material and the small pore size, which can adversely affect the rate of adhesion and colonization of adjacent tissue cells in the implantation area. The formation of a porous structure in polytetrafluoroethylene adversely affects the mechanical properties of the material, and the absence of additional reinforcing components in the implant limits its scope, allowing its use only for restoration of unloaded areas of bone tissue.

Прототипом заявляемого изобретения является имплантат на основе пористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена (US 7781526 В2 «Medical implant or medical implant part comprising porous UHMWPE and process for producing the same»). Объемная пористость имплантата может быть более 20%, а размер пор 200-400 мкм.The prototype of the claimed invention is an implant based on porous ultra-high molecular weight polyethylene (US 7781526 B2 "Medical implant or medical implant part comprising porous UHMWPE and process for producing the same"). The bulk porosity of the implant can be more than 20%, and the pore size 200-400 microns.

К недостаткам пористого имплантата СВМПЭ можно отнести несовершенство его структуры. Пористая структура СВМПЭ имеет границы спекания исходных частиц полимера. Сохранение границ между частицами СВМПЭ является дефектом структуры. Наличие таких дефектов может привести к преждевременному разрушению имплантата, что является недопустимым. Представленный имплантат имеет узкий диапазон распределения пор по размерам, что не позволяет обеспечивать оптимальную скорость адгезии и колонизации клеток прилегающих тканей в области имплантации. Имплантат выполнен полностью из пористого СВМПЭ, что не позволяет использовать его для восстановления нагруженных участков костной ткани. В имплантате отсутствуют ростовые факторы стимулирующие образование новой костной ткани.The disadvantages of the porous UHMWPE implant include the imperfection of its structure. The porous structure of UHMWPE has sintering boundaries of the initial polymer particles. Preserving the boundaries between UHMWPE particles is a structural defect. The presence of such defects can lead to premature destruction of the implant, which is unacceptable. The presented implant has a narrow range of pore size distributions, which does not allow for optimal adhesion and colonization rate of adjacent tissue cells in the area of implantation. The implant is made entirely of porous UHMWPE, which does not allow its use to restore the loaded areas of bone tissue. There are no growth factors stimulating the formation of new bone tissue in the implant.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании биоинженерной конструкции, состоящей из двух и более слоев, имитирующих структуру кортикальной и трабекулярной ткани нативной кости, с поверхностным антибактериальным покрытием, предотвращающим развитие местных инфекционных осложнений в постоперационном периоде, насыщенной ММСК. Биоинженерная конструкция характеризуется:The technical result of the claimed invention is to create a bioengineered design, consisting of two or more layers that mimic the structure of the cortical and trabecular tissue of the native bone, with a surface antibacterial coating that prevents the development of local infectious complications in the postoperative period, saturated with MMSC. Bioengineering design is characterized by:

- биосовместимостью,- biocompatibility

- высокой пластичностью при изгибе и сжатии,- high ductility in bending and compression,

- ударопрочностью и трещиностойкостью,- impact resistance and crack resistance,

- показателем модуля Юнга, близким к таковому трабекулярной кости,- a Young's modulus close to that of the trabecular bone,

- возможностью регулирования объемного содержания пор вплоть до 90%.- the ability to control the volumetric content of pores up to 90%.

- возможностью задавать размер пор от 30 до 1000 мкм;- the ability to set the pore size from 30 to 1000 microns;

- возможностью корректировки формы и размера имплантата в процессе выполнения операции;- the ability to adjust the shape and size of the implant during the operation;

- прочным скреплением на молекулярном уровне пористого и сплошного слоев, предотвращающим расслоение при механическом деформировании конструкции.- strong bonding at the molecular level of the porous and continuous layers, preventing delamination during mechanical deformation of the structure.

- биоактивностью за счет содержания мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в пористом слое биоинженерной конструкции и антибактериального покрытия в сплошном слое биоинженерной конструкции.- bioactivity due to the content of multipotent mesenchymal stromal cells in the porous layer of the bioengineered structure and the antibacterial coating in the continuous layer of the bioengineered structure.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

1) Пористая многослойная конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов, содержащая пористый слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, отличающаяся тем, что конструкция дополнительно содержит сплошной слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена поверх пористого слоя с антибактериальным покрытием на основе амоксициллина толщиной 0.1-5 мм, причем пористый слой имеет открытую пористость 50-90% об. и связанную систему пор с диаметром 30-1000 мкм.1) A porous multilayer structure for replacing bone-cartilaginous defects, containing a porous layer based on ultra-high molecular weight polyethylene, characterized in that the design further comprises a continuous layer based on ultra-high molecular weight polyethylene over a porous layer with an antibacterial coating based on amoxicillin with a thickness of 0.1-5 mm, the porous the layer has an open porosity of 50-90% vol. and an associated pore system with a diameter of 30-1000 microns.

2) Биоинженерная конструкция по п. 1, у которой пористый слой заселен мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками млекопитающих.2) The bioengineered construction according to claim 1, in which the porous layer is populated with multipotent mesenchymal stromal mammalian cells.

3) Биоинженерная конструкция по п. 2, которая выполнена в виде изделия, обеспечивающего ее применение в качестве имплантата для замещения дефектов костно-хрящевой ткани.3) The bioengineered construction according to claim 2, which is made in the form of a product providing its use as an implant to replace defects in bone-cartilaginous tissue.

Биосовместимость обеспечивается за счет химического состава, а именно, выполнения конструкции из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, разрешенного для медицинского применения. Механические характеристики, необходимые для выполнения конструкцией опорной функции обеспечиваются за счет наличия гибридной многослойной конструкции с прочно связанными между собой слоями с пределом прочности при сжатии более 70 МПа, модулем Юнга более 0.7 ГПа и отсутствием расслоения, разрушения и отделения частиц полимера до 45% деформации конструкции при сжатии. Пластичность, повышенная ударопрочность с одновременной возможностью индивидуальной подгонки режущим инструментом в ходе операции обеспечиваются за счет выполнения конструкции с ударной вязкостью более 50 кДж/м2 из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Антибактериальная активность обеспечивается импрегнацией антибактериального препарата (амоксициллин и его аналоги) в сплошной слой конструкции на 0.1-5 мм. Внесение ММСК в пористый слой обеспечивает ускоренные васкуляризацию и прочную фиксацию имплантата в области дефекта за счет индукции клетками биоактивных молекул.Biocompatibility is ensured by the chemical composition, namely, the construction of ultra-high molecular weight polyethylene, approved for medical use. The mechanical characteristics necessary for the support function to be performed by the structure are ensured by the presence of a hybrid multilayer structure with layers firmly connected to each other with a compressive strength of more than 70 MPa, a Young's modulus of more than 0.7 GPa and the absence of delamination, fracture and separation of polymer particles up to 45% of the structural deformation under compression. Plasticity, increased impact resistance with the simultaneous possibility of individual adjustment by the cutting tool during the operation are provided due to the construction with impact strength of more than 50 kJ / m 2 of ultra-high molecular weight polyethylene. Antibacterial activity is ensured by the impregnation of an antibacterial drug (amoxicillin and its analogues) into a continuous layer of the structure by 0.1-5 mm. The introduction of MMSCs into the porous layer provides accelerated vascularization and strong fixation of the implant in the defect area due to the induction of bioactive molecules by the cells.

Изобретение поясняется фигурой 1, где показан пример трехслойной биоинженерной конструкции, где 1 - сплошной слой СВМПЭ, 2 - пористый слой СВМПЭ, 3 - сплошной слой СВМПЭ. На фигуре 2 представлена сканирующая электронная микроскопия биоинженерной конструкции. Фигура 3 демонстрирует антибактериальный эффект сплошного слоя СВМПЭ с антибактериальным покрытием на примере микроорганизмов S. epidermidis на агаре Мюллера-Хинтона, где 1 - сплошной слой СВМПЭ без антибактериального покрытия и 2 сплошной слой СВМПЭ с антибактериальным покрытием.The invention is illustrated by figure 1, which shows an example of a three-layer bioengineered design, where 1 is a continuous layer of UHMWPE, 2 is a porous layer of UHMWPE, 3 is a continuous layer of UHMWPE. The figure 2 presents scanning electron microscopy of a bioengineered design. Figure 3 shows the antibacterial effect of a continuous layer of UHMWPE with an antibacterial coating on the example of S. epidermidis microorganisms on Muller-Hinton agar, where 1 is a continuous layer of UHMWPE without an antibacterial coating and 2 a continuous layer of UHMWPE with an antibacterial coating.

Возможность промышленной применимости предлагаемой конструкции и ее использования в медицине подтверждается следующим примером реализации.The possibility of industrial applicability of the proposed design and its use in medicine is confirmed by the following implementation example.

Пример 1Example 1

В качестве исходного материала использовался порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена производства Ticona, Celanese. Сформирована гибридная пористая многослойная конструкция диаметром 10 мм и высотой 3 мм, состоящая из пористого и сплошного слоя, со средним диаметром пор 400 мкм. Объемная пористость - 90% об. Предел прочности на сжатие - 90 МПа, модуль Юнга при сжатии - 1.0 ГПа, отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера до 45% деформации конструкции при сжатии. При изгибе под 45° - отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера. Ударная вязкость по Шарпи без надреза 80 кДж/м2. В качестве биоцида был выбран амоксициллин «Хемофарм А.Д.» г. Вршац, Сербия, лекарственная форма - капсулы, 1 капсула 500 мг. Фармакотерапевтическая группа - антибиотик, пенициллин полусинтетический. Наблюдалось проявление эффекта торможения роста колоний грампозитивных и грамнегативных микроорганизмов различных видов (S.aureus, S. epidermidis, Е. faecalis, В. subtilis, E.coli) после коинкубации с экспериментальными образцами при 37°С.Powder of ultrahigh molecular weight polyethylene manufactured by Ticona, Celanese was used as a starting material. Formed hybrid porous multilayer structure with a diameter of 10 mm and a height of 3 mm, consisting of a porous and continuous layer, with an average pore diameter of 400 microns. Bulk porosity - 90% vol. The compressive strength is 90 MPa, Young's modulus in compression is 1.0 GPa, the absence of delamination, destruction and separation of polymer particles up to 45% of the deformation of the structure under compression. When bending at 45 ° - the absence of delamination, destruction and separation of polymer particles. Charpy impact strength without notch 80 kJ / m 2 . Amoxicillin “Hemofarm AD” was chosen as a biocide. Vrsac, Serbia, dosage form - capsules, 1 capsule 500 mg. Pharmacotherapeutic group - antibiotic, penicillin semi-synthetic. A manifestation of the growth inhibition effect of colonies of gram-positive and gram-negative microorganisms of various species (S. aureus, S. epidermidis, E. faecalis, B. subtilis, E. coli) was observed after co-incubation with experimental samples at 37 ° C.

Пример 2Example 2

В качестве исходного материала использовался порошок сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки производства Ticona, Celanese. Сформирована гибридная пористая многослойная конструкция, состоящая из пористого и сплошного слоя, со средним диаметром пор 800 мкм. Объемная пористость - 60 об.%. Предел прочности на сжатие - 90 МПа, модуль Юнга при сжатии - 1200 МПа, отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера до 45% деформации конструкции при сжатии. При изгибе под 45° - отсутствие расслоения, разрушения и отделения частиц полимера. Ударная вязкость по Шарпи без надреза 70 кДж/м2. Нагрузка пористого слоя ММСК составляла 6,4×105 клеток на 1 мм3 конструкции. При ортотопической имплантации заявляемой конструкции цилиндрической формы лабораторным животным (крысы линии Вистар, самцы, m=200±11 г) в искусственно сформированный дефект большеберцовой кости на 30 дней было установлено сохранение опорной функции конечностей животного за счет оптимальных механических характеристик и прочной фиксации имплантированной конструкции, наличие признаков ее васкуляризации, отсутствие признаков воспаления или отторжения за счет ее биосовместимости и наличия антибактериального покрытия на поверхности имплантата.Powder of ultra high molecular weight polyethylene of the brand manufactured by Ticona, Celanese was used as the starting material. A hybrid porous multilayer structure is formed, consisting of a porous and continuous layer, with an average pore diameter of 800 μm. Bulk porosity - 60 vol.%. The compressive strength is 90 MPa, the Young's modulus in compression is 1200 MPa, the absence of delamination, destruction and separation of polymer particles up to 45% of the structural deformation under compression. When bending at 45 ° - the absence of delamination, destruction and separation of polymer particles. Charpy impact strength without notch 70 kJ / m 2 . The load of the porous MMSC layer was 6.4 × 105 cells per 1 mm 3 of the structure. When orthotopic implantation of the claimed design of a cylindrical shape by laboratory animals (Wistar rats, males, m = 200 ± 11 g) into an artificially formed tibial defect for 30 days, the support function of the animal's limbs was established due to optimal mechanical characteristics and strong fixation of the implanted structure, the presence of signs of its vascularization, the absence of signs of inflammation or rejection due to its biocompatibility and the presence of an antibacterial coating on the impl ntata.

Claims (3)

1. Биоинженерная пористая многослойная конструкция для замещения костно-хрящевых дефектов, содержащая пористый слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, отличающаяся тем, что конструкция дополнительно содержит сплошной слой на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена поверх пористого слоя с антибактериальным покрытием на основе амоксициллина толщиной 0.1-5 мм, причем пористый слой имеет открытую пористость до 90 об.% и связанную систему пор с диаметром 30-1000 мкм.1. Bioengineering porous multilayer structure for the replacement of bone-cartilage defects, containing a porous layer based on ultra-high molecular weight polyethylene, characterized in that the design further comprises a continuous layer based on ultra-high molecular weight polyethylene on top of the porous layer with an antibacterial coating based on amoxicillin with a thickness of 0.1-5 mm, and the porous layer has an open porosity of up to 90 vol.% and a connected pore system with a diameter of 30-1000 microns. 2. Биоинженерная конструкция по п. 1, у которой пористый слой заселен мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками млекопитающих.2. Bioengineering design according to claim 1, in which the porous layer is populated with multipotent mesenchymal stromal mammalian cells. 3. Биоинженерная конструкция по п. 2, которая выполнена в виде изделия, обеспечивающего ее применение в качестве имплантата для замещения дефектов костно-хрящевой ткани.3. The bioengineered construction according to claim 2, which is made in the form of a product providing its use as an implant to replace defects in bone-cartilaginous tissue.
RU2016149738A 2016-12-19 2016-12-19 Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution RU2634860C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149738A RU2634860C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149738A RU2634860C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634860C1 true RU2634860C1 (en) 2017-11-07

Family

ID=60263793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149738A RU2634860C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634860C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725063C1 (en) * 2019-12-25 2020-06-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Polymer insert of acetabular component of endoprosthesis with bioactive porous layer for osteosynthesis

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080287990A1 (en) * 2004-07-27 2008-11-20 Dsm Ip Assets B.V. Elongated Surgical Repair Product Based on Uhmwpe Filaments
US7781526B2 (en) * 2003-09-19 2010-08-24 Depuy Products, Inc. Medical implant or medical implant part comprising porous UHMWPE and process for producing the same
CN104233318A (en) * 2014-09-27 2014-12-24 浙江大学 Method for preparing implant surface with multi-scale complex porous structure
RU2609832C1 (en) * 2015-09-25 2017-02-06 Олег Викторович Барзинский Carbon implants for bone defects replacement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7781526B2 (en) * 2003-09-19 2010-08-24 Depuy Products, Inc. Medical implant or medical implant part comprising porous UHMWPE and process for producing the same
US20080287990A1 (en) * 2004-07-27 2008-11-20 Dsm Ip Assets B.V. Elongated Surgical Repair Product Based on Uhmwpe Filaments
CN104233318A (en) * 2014-09-27 2014-12-24 浙江大学 Method for preparing implant surface with multi-scale complex porous structure
RU2609832C1 (en) * 2015-09-25 2017-02-06 Олег Викторович Барзинский Carbon implants for bone defects replacement

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAVARESCO VP et al. Devices for use as an artificial articular surface in joint prostheses or in the repair of osteochondral defects. Artif Organs, 2000, 24(3), p.202-5. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725063C1 (en) * 2019-12-25 2020-06-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Polymer insert of acetabular component of endoprosthesis with bioactive porous layer for osteosynthesis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Neto et al. Synthetic and marine-derived porous scaffolds for bone tissue engineering
George et al. Multifunctional hydroxyapatite composites for orthopedic applications: a review
Min et al. Designer dual therapy nanolayered implant coatings eradicate biofilms and accelerate bone tissue repair
Jahan et al. Composite biopolymers for bone regeneration enhancement in bony defects
Harvey et al. Nanotechnology and bone healing
Senatov et al. Polyhydroxybutyrate/hydroxyapatite highly porous scaffold for small bone defects replacement in the nonload-bearing parts
Liu et al. Bioinspired piezoelectric periosteum to augment bone regeneration via synergistic immunomodulation and osteogenesis
CN111939319B (en) Bioactive porous polyether-ether-ketone and preparation method and application thereof
US11628069B2 (en) 3D printing of polymeric bioceramics for the treatment of bone defects
Hayashi et al. Effects of scaffold shape on bone regeneration: tiny shape differences affect the entire system
US20220176019A1 (en) Porous polymer scaffold and methods thereof
Ciocca et al. Mesenchymal stem cells and platelet gel improve bone deposition within CAD‐CAM custom‐made ceramic HA scaffolds for condyle substitution
Cho et al. Natural sources and applications of demineralized bone matrix in the field of bone and cartilage tissue engineering
Zhang et al. Repair of segmental long bone defect in a rabbit radius nonunion model: comparison of cylindrical porous titanium and hydroxyapatite scaffolds
Sa et al. Beneficial effects of biomimetic nano-sized hydroxyapatite/antibiotic gentamicin enriched chitosan–glycerophosphate hydrogel on the performance of injectable polymethylmethacrylate
RU88954U1 (en) IMPLANT FOR REPLACEMENT OF BONE DEFECTS
Gao et al. Chitosan-vancomycin hydrogel incorporated bone repair scaffold based on staggered orthogonal structure: a viable dually controlled drug delivery system
JP2015529526A (en) Scaffold with cortical walls
Cohrs et al. Modification of silicone elastomers with Bioglass 45S5® increases in ovo tissue biointegration
CN107224615B (en) Artificial bionic bone and synthesis method thereof
Skriabin et al. Titanium membranes with hydroxyapatite/titania bioactive ceramic coatings: Characterization and in vivo biocompatibility testing
RU2634860C1 (en) Bio-engineering structure with antibacterial coating for osteochondral defects substitution
Jin et al. Enhanced antibacterial ability and bioactivity of polyetherketoneketone modified with LL-37
Bi et al. Polyetheretherketone (PEEK) as a potential material for the repair of maxillofacial defect compared with e-poly (tetrafluoroethylene)(e-PTFE) and silicone
Kazemzadeh-Narbat et al. Antimicrobial peptide delivery from trabecular bone grafts

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180410

Effective date: 20180410