RU2679140C1 - Calcium phosphate cement for filling bone defects - Google Patents

Calcium phosphate cement for filling bone defects Download PDF

Info

Publication number
RU2679140C1
RU2679140C1 RU2017140210A RU2017140210A RU2679140C1 RU 2679140 C1 RU2679140 C1 RU 2679140C1 RU 2017140210 A RU2017140210 A RU 2017140210A RU 2017140210 A RU2017140210 A RU 2017140210A RU 2679140 C1 RU2679140 C1 RU 2679140C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
calcium phosphate
liquid
bone defects
powder
Prior art date
Application number
RU2017140210A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Миронович Баринов
Маргарита Александровна Гольдберг
Ольга Станиславовна Антонова
Валерий Вячеславович Смирнов
Сергей Валерьевич Смирнов
Динара Рустамовна Хайрутдинова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
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 бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority to RU2017140210A priority Critical patent/RU2679140C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2679140C1 publication Critical patent/RU2679140C1/en

Links

Classifications

    • 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
    • A61L24/00Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices
    • A61L24/02Surgical adhesives or cements; Adhesives for colostomy devices containing inorganic materials
    • 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
    • A61L27/02Inorganic 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
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/12Phosphorus-containing materials, e.g. apatite

Landscapes

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

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to the field of medicine, namely to calcium phosphate cement for filling bone defects. Calcium phosphate cement for filling bone defects, consisting of powder containing tricalcium phosphate, hydroxyapatite and cement liquid containing magnesium phosphate, phosphoric acid, potassium carbonate and water, at a certain ratio of components.EFFECT: above composition allows to increase the porosity of calcium phosphate cement material.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицине, а именно использованию для закрытия полостей в костных тканях и лечения различных трещин травматического генеза. Кальцийфосфатные цементы (КФЦ) получают на основе реакционно-твердеющей порошковой смеси (РПС) и цементной жидкости. РПС представляет собой смесь кислых и основных фосфатов кальция или однокомпонентный порошок. При добавлении в РПС жидкости происходит взаимодействие между жидкостью и РПС с образованием новых кальцийфосфатных фаз с уровнем рН близким к нейтральному. В процессе взаимодействия происходит образование цементного раствора с последующим схватыванием и твердением с формированием цементного камня. КФЦ можно условно разделить на несколько классов, в том числе плотных и пористых. Применение плотных наиболее актуально для фиксации эндопротезов, создания прочных костных конструкций, а пористые используются в основном для регенерации новой костной ткани. Наиболее близким по техническому решению является цементный материал (патент РФ 2292865), в котором качестве РПС применяют смесь порошков гидроксиапатита (ГА) и трикальцийфосфата (ТКФ), в качестве жидкости используют раствор фосфатов магния и калия в фосфорной кислоте. В результате получают цементный камень на основе ГА. К недостаткам материала относится низкая пористость получаемого цементного камня. Это приводит к снижению скорости биорезорбции и, как следствие, к замедлению формирования новой костной ткани.The invention relates to medicine, namely to use for closing cavities in bone tissues and treating various cracks of traumatic origin. Calcium phosphate cements (KFC) are obtained on the basis of a reaction-hardening powder mixture (RPS) and cement liquid. RPS is a mixture of acidic and basic calcium phosphates or a one-component powder. When liquid is added to the RPS, an interaction occurs between the liquid and the RPS with the formation of new calcium phosphate phases with a pH close to neutral. In the process of interaction, a cement mortar is formed, followed by setting and hardening with the formation of a cement stone. KFC can be divided into several classes, including dense and porous. The use of dense is most relevant for fixing endoprostheses, creating strong bone structures, while porous ones are used mainly for the regeneration of new bone tissue. The closest in technical solution is a cement material (RF patent 2292865), in which a mixture of hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCF) powders is used as an RPS, a solution of magnesium and potassium phosphates in phosphoric acid is used as a liquid. The result is a HA-based cement stone. The disadvantages of the material include the low porosity of the resulting cement stone. This leads to a decrease in the rate of bioresorption and, as a consequence, to a slowdown in the formation of new bone tissue.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение пористости КФЦ материала. Для достижения технического результата предлагается использовать в качестве РПС смесь порошков ГА и трикальций фосфата (ТКФ), в качестве жидкости -раствор фосфатов магния и фосфорной кислоты, и добавку - карбонат калия. Добавка -карбонат калия при взаимодействии с жидкостью приводит к выделению углекислого газа, способствующему формированию пор в цементном камне. В результате получают цементный камень (основные фазы - гидроксиапатит, брушит и аморфный фосфат кальция) с пористостью до 60-80%. Цемент, состоящий из смеси ГА и ТКФ и жидкости на основе фосфатов магния и добавки карбоната натрия, - не известен. Отношение количества вводимой жидкости Ж (мл) к количеству РПС (г) должно быть в пределах 0.33-0,5 (Ж (мл)/ РПС (г)=0.33-0,5. После добавления жидкости в РПС, жидкость вступает в реакцию с РПС, при этом происходит частичное растворение РПС с последующим осаждением в виде аморфной фазы. В процессе схватывания формируется структура, состоящая из кристаллов фосфатов кальция, которые покрыты прослойками цементирующей аморфной фазы, обеспечивающей прочное сцепление кристаллов между собой. Введение ГА в количествах более 80% масс, приводит к быстрому схватыванию твердеющей смеси, что затрудняет применение данного материала в медицине. В случае использования жидкости в количестве, меньшем нижнего пределаThe technical result of the invention is to increase the porosity of the KFC material. To achieve a technical result, it is proposed to use a mixture of HA powders and tricalcium phosphate (TCF) as an RPS, as a liquid a solution of magnesium phosphates and phosphoric acid, and an additive of potassium carbonate. The addition of potassium carbonate in the interaction with the liquid leads to the release of carbon dioxide, which contributes to the formation of pores in the cement stone. The result is a cement stone (the main phases are hydroxyapatite, brushite and amorphous calcium phosphate) with porosity up to 60-80%. Cement, consisting of a mixture of HA and TCP and a liquid based on magnesium phosphates and sodium carbonate additives, is not known. The ratio of the amount of injected liquid W (ml) to the amount of RPS (g) should be in the range 0.33-0.5 (W (ml) / RPS (g) = 0.33-0.5. After adding liquid to the RPS, the liquid reacts with RPS, in this case, the RPS is partially dissolved, followed by precipitation in the form of an amorphous phase, during the setting process a structure is formed consisting of crystals of calcium phosphates, which are coated with layers of cementing amorphous phase, which provides strong adhesion of crystals to each other. masses leads to quick grips hardening of the mixture, which complicates the use of this material in medicine. In the case of using liquid in an amount less than the lower limit

(Ж (мл) / твердое (г) < 0.25) или использования высококонцентрированных растворов Ж с содержанием фосфата магния более 45% масс, и карбоната калия более 20%, получаемая смесь имеет высокую вязкость, что приводит к образованию многочисленных трещин и снижению времени схватывания до 1-2 минут, что недопустимо для цементов медицинского применения. При применении Ж в количестве выше верхнего предела (Ж (мл) / РПС (г) > 0.6) и разбавленных растворов с содержанием фосфата магния менее 10% масс, наоборот, смесь получается слишком жидкой, что не позволяет формовать изделия ввиду растекания цементного раствора, также при этом происходит значительное увеличение времени схватывания. При добавлении карбоната калия менее 5% пористость в цементах менее 30%, что ниже заявленных значений. При использовании жидкостей с уровнем рН более 4, жидкость быстро кристаллизуется, что не позволяет ее использовать. При использовании жидкости с уровнем рН менее 0,5 цементы получаются кислыми (рН менее 5) с большим содержанием кислых фосфатов кальция, что снижает их остеокондуктивные свойства.(W (ml) / solid (g) <0.25) or the use of highly concentrated solutions of W with a magnesium phosphate content of more than 45% by mass and potassium carbonate more than 20%, the resulting mixture has a high viscosity, which leads to the formation of numerous cracks and a reduction in setting time up to 1-2 minutes, which is unacceptable for medical cements. When using W in an amount above the upper limit (W (ml) / RPS (g)> 0.6) and dilute solutions with magnesium phosphate content of less than 10% by mass, on the contrary, the mixture turns out to be too liquid, which does not allow molding of the product due to spreading of the cement mortar, this also leads to a significant increase in setting time. When potassium carbonate is added less than 5%, the porosity in cements is less than 30%, which is lower than the declared values. When using liquids with a pH level of more than 4, the liquid crystallizes rapidly, which does not allow its use. When using liquids with a pH level of less than 0.5, the cements are acidic (pH less than 5) with a high content of acidic calcium phosphates, which reduces their osteoconductive properties.

Пример получения образца №1. Порошки 80 г ГА и 20 г ТКФ смешивают в вибромельнице корундовыми шарами в течение 20 минут. Полученную РПС в количестве 0,5 г (50%) смешивают с 0,5 мл жидкости (50%) масс. % (содержание фосфата магния MgHPO4 - 40%, уровень рН жидкости 1,5, который достигается добавлением фосфорной кислоты). Смешение проводят в течение 1-2 минут металлическим шпателем на стекле до сметаноподобного состояния, после чего смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 0,8 см. Время схватывания 12 минут. По истечении 30 минут образец вынимают и помещают в термостат с температурой 37°С и относительной влажностью 100%. Через 24 часа отвержденный образец имеет пористость 80%. Материал состоял из фосфатов кальция - аморфный фосфат кальция, брушит, гидроксиапатит, трикальций фосфат.An example of obtaining sample No. 1. Powders of 80 g of HA and 20 g of TCF are mixed in a vibratory mill with corundum balls for 20 minutes. The resulting RPS in the amount of 0.5 g (50%) is mixed with 0.5 ml of liquid (50%) of the mass. % (content of magnesium phosphate MgHPO 4 - 40%, the pH of the liquid is 1.5, which is achieved by the addition of phosphoric acid). Mixing is carried out for 1-2 minutes with a metal spatula on the glass until a sour cream-like state, after which the mixture is placed in a cylindrical shape with a diameter of 0.8 cm. Setting time 12 minutes. After 30 minutes, the sample is removed and placed in a thermostat with a temperature of 37 ° C and a relative humidity of 100%. After 24 hours, the cured sample has a porosity of 80%. The material consisted of calcium phosphates - amorphous calcium phosphate, brushite, hydroxyapatite, tricalcium phosphate.

Аналогично были изготовлены образцы, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.Similarly, samples were made having compositions within the claimed, and their properties were determined in comparison with the prototype. The results are summarized in table.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (7)

Кальцийфосфатный цемент для заполнения костных дефектов, состоящий из порошка, содержащего трикальцийфосфат, и цементной жидкости, содержащей фосфат магния, фосфорную кислоту и воду, отличающийся тем, что порошок может также содержать гидроксиапатит и цемент содержит добавку карбонат калия в количестве 5-15 масс. % по отношению к суммарной массе компонентов - порошка и жидкости, при следующем соотношении компонентов в кальцийфосфатном цементе:Calcium phosphate cement for filling bone defects, consisting of a powder containing tricalcium phosphate, and a cement liquid containing magnesium phosphate, phosphoric acid and water, characterized in that the powder may also contain hydroxyapatite and the cement contains an additive of potassium carbonate in an amount of 5-15 wt. % in relation to the total mass of the components - powder and liquid, with the following ratio of components in calcium phosphate cement: количество жидкости в мл к количеству порошка в г находится в пределахthe amount of liquid in ml to the amount of powder in g is within 0,33-0,500.33-0.50
при следующем состава порошка, масс. %:in the following composition of the powder, mass. %: гидроксиапатитhydroxyapatite 0-800-80 трикальцийфосфатtricalcium phosphate 20-10020-100
при следующем соотношении состава цементной жидкости в масс. %:in the following ratio of the composition of the cement fluid in the mass. %: фосфат магния (MgHPO4*3H2O)magnesium phosphate (MgHPO 4 * 3H 2 O) 15-4015-40 фосфорной кислотыphosphoric acid 2-102-10 водаwater остальное,rest,
уровень рН жидкости находится в диапазоне 1,5-3,0.the pH of the liquid is in the range of 1.5-3.0.
RU2017140210A 2017-11-20 2017-11-20 Calcium phosphate cement for filling bone defects RU2679140C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140210A RU2679140C1 (en) 2017-11-20 2017-11-20 Calcium phosphate cement for filling bone defects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140210A RU2679140C1 (en) 2017-11-20 2017-11-20 Calcium phosphate cement for filling bone defects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2679140C1 true RU2679140C1 (en) 2019-02-06

Family

ID=65273412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017140210A RU2679140C1 (en) 2017-11-20 2017-11-20 Calcium phosphate cement for filling bone defects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679140C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4917702A (en) * 1984-09-10 1990-04-17 Hans Scheicher Bone replacement material on the basis of carbonate and alkali containing calciumphosphate apatites
RU2292865C1 (en) * 2005-05-06 2007-02-10 Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2578435C1 (en) * 2015-04-07 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method of producing porous ceramic from calcium phosphates for treating bone tissue defects
RU2620549C2 (en) * 2015-10-26 2017-05-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Calcium carbonate cement for bone defects filling

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4917702A (en) * 1984-09-10 1990-04-17 Hans Scheicher Bone replacement material on the basis of carbonate and alkali containing calciumphosphate apatites
RU2292865C1 (en) * 2005-05-06 2007-02-10 Институт физико-химических проблем керамических материалов РАН Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2578435C1 (en) * 2015-04-07 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method of producing porous ceramic from calcium phosphates for treating bone tissue defects
RU2620549C2 (en) * 2015-10-26 2017-05-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Calcium carbonate cement for bone defects filling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1335757B1 (en) Porous calcium phosphate cement
JP5383961B2 (en) Brush stone hydraulic cement stabilized with magnesium salt
Rawtiya et al. MTA-based root canal sealers
US8591645B2 (en) Hydraulic cements with optimized grain size distribution, methods, articles and kits
US20130066324A1 (en) Hydraulic cements, methods and products
JPH04135562A (en) Hydraulic calcium phosphate cement
KR20080096746A (en) Two Phase Cement Precursor System for Bone Regeneration
JP5441869B2 (en) Bone cement material and biosorbable hardened bone cement composite formed thereby
KR20070095864A (en) Absorbent Ceramic Composition
JP4215884B2 (en) Calcium phosphate cement and calcium phosphate cement composition
Tanaka et al. Biopex® acquires anti-washout properties by adding sodium alginate into its liquid phase
WO2016005822A1 (en) Cement systems, hardened cements and implants
US9427492B2 (en) Composition containing injectable self-hardened apatite cement
RU2679140C1 (en) Calcium phosphate cement for filling bone defects
JPH10248915A (en) Calcium phosphate cement curing solution and composition for calcium phosphate cement cured object
RU2485978C1 (en) Porous calcium phosphate cement
US20180264167A1 (en) Cement-forming compositions, apatite cements, implants and methods for correcting bone defects
RU2620549C2 (en) Calcium carbonate cement for bone defects filling
WO2018168474A1 (en) Calcium phosphate cement composition, calcium phosphate cement kit, and method for producing cured calcium phosphate cement body
RU2292868C1 (en) Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2292865C1 (en) Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2292867C1 (en) Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2292866C1 (en) Material for filling maxillofacial and dental bone defects
RU2657568C2 (en) Method for producing calcium carbonate-based biocement for filling bone defects
RU2611345C1 (en) Resorbable porous calcium phosphate cement