RU2712701C1

RU2712701C1 - Implant for bone tissue replacement

Info

Publication number: RU2712701C1
Application number: RU2019111195A
Authority: RU
Inventors: Максим Валерьевич Стогов; Дмитрий Юрьевич Борзунов; Евгений Николаевич Овчинников; Олег Константинович Чегуров; Дмитрий Владимирович Смоленцев; Максим Вячеславович Гурин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Мед-Инж-Био"
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-01-30

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to medicine. Disclosed is an implant for bone tissue replacement. Implant is presented in the form of a bone block produced from purified and preserved natural macro- and micropores of spongy xenobone. Implant contains native morphogenetic proteins, an antimicrobial preparation in a mixture with a biodegradable polymer. Antimicrobial preparation is located in macro- and micropores of a bone block in a mixture with amorphous L, D-polylactide.EFFECT: invention provides marked antimicrobial activity with dosed prolonged release of the antimicrobial preparation in the implantation area.5 cl, 4 ex

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к медицинским изделиям и может быть использовано в производстве имплантатов или трансплантатов для травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, предназначенных для замещения костной ткани, дефектов кости, костных полостей, отсутствующих частей целой кости, при хирургическом лечении костных травм, воспалительных, онкологических и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости.The invention relates to medical devices and can be used in the manufacture of implants or transplants for traumatology, orthopedics, maxillofacial surgery, intended to replace bone tissue, bone defects, bone cavities, missing parts of the whole bone, in the surgical treatment of bone injuries, inflammatory, oncological and degenerative bone disease.

Уровень техникиState of the art

При хирургическом лечении костных заболеваний и травм существует потребность заполнения утраченного, или направленно удаленного, объема костной ткани, костных дефектов, полостей, отсутствующих частей кости или ее частей ненадлежащей структуры и качества, патологически измененной костной ткани. Для замещения костной ткани применяют различные оперативные способы лечения.In the surgical treatment of bone diseases and injuries, there is a need to fill the lost, or directionally removed, volume of bone tissue, bone defects, cavities, missing parts of the bone or its parts of inadequate structure and quality, pathologically altered bone tissue. Various surgical treatments are used to replace bone tissue.

Известен способ малоинвазивного замещения дефекта кости Г. А. Илизарова (источник [1]: авторское свидетельство СССР, SU 313533) с использованием компрессионно-дистракционного аппарата. Аппарат является техническим средством позволяющим целенаправленно управлять естественными восстановительными и формообразовательными процессами выращивания костной и мягких тканей. Работа аппарата основана на эффекте Илизарова, общебиологическом свойстве тканей отвечать на дозированное растяжение ростом и регенерацией [источник [2]: реестр открытий СССР, открытие № 355 от 24 ноября 1970г., режим доступа: http://ross-nauka.narod.ru/03/03-355.html]. Способ предусматривает выполнение остеотомии конца одного из отломков кости и дозированное перемещение выделенного фрагмента с формированием регенерата до полного замещения дефекта с последующей фиксацией с помощью компрессионно-дистракционного аппарата.A known method of minimally invasive replacement of a bone defect G. A. Ilizarov (source [1]: USSR copyright certificate, SU 313533) using a compression-distraction apparatus. The device is a technical tool that allows you to purposefully control the natural regenerative and morphogenesis processes of growing bone and soft tissues. The apparatus is based on the Ilizarov effect, the general biological property of tissues to respond to dosed stretching by growth and regeneration [source [2]: USSR discoveries register, discovery No. 355 of November 24, 1970, access mode: http://ross-nauka.narod.ru /03/03-355.html]. The method involves performing an osteotomy of the end of one of the bone fragments and dosed movement of the selected fragment with the formation of a regenerate until the defect is completely replaced with subsequent fixation using a compression-distraction apparatus.

Однако, рост регенерата осуществляется со скоростью 1 мм в сутки, требуется время для формирования и последующей перестройкой костного регенерата, как правило несколько месяцев, поэтому выполнение данного способа сопряжено с длительными сроками, что в значительной степени увеличивает продолжительность лечения.However, the growth of the regenerate is carried out at a speed of 1 mm per day, it takes time for the formation and subsequent restructuring of the bone regenerate, usually several months, therefore, the implementation of this method is associated with long periods, which significantly increases the duration of treatment.

Известно одномоментное механическое замещение костных дефектов с помощью имплантатов различной конструкции. С точки зрения сокращения сроков нахождения пациента в стационаре, использование имплантатов кажется более предпочтительным чем постепенное наращивание регенерата и ожидание его созревания до того момента когда кость сможет полноценно выполнять свою опорную функцию. В качестве имплантатов используют, например фрагменты аутокости, аллокости, ксенокости специально подготовленные для имплантации, которые представляют собой имплантаты биологической природы, или имплантаты из искусственных материалов (например титан, углерод, полимеры, керамика, гидроксиапатит), обладающие биосовместимостью и достаточным уровнем прочности. Все эти имплантаты имеют свои преимущества и недостатки.Known simultaneous mechanical replacement of bone defects using implants of various designs. From the point of view of reducing the patient’s hospital stay, the use of implants seems to be more preferable than the gradual buildup of the regenerate and the expectation of its maturation until the bone can fully perform its supporting function. Implants include, for example, fragments of autobone, allocost, xenostrum specially prepared for implantation, which are implants of a biological nature, or implants made of artificial materials (e.g. titanium, carbon, polymers, ceramics, hydroxyapatite), which have biocompatibility and a sufficient level of strength. All these implants have their advantages and disadvantages.

Известен имплантат для замещения костных дефектов (источник [3]: патент РФ, RU 162540), состоящий из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, выполнен в виде цилиндрического сегмента.A known implant for the replacement of bone defects (source [3]: RF patent, RU 162540), consisting of a carbon-carbon material containing a pyrocarbon matrix and a carbon fiber reinforcing frame, is made in the form of a cylindrical segment.

Данный аналог [3] выполняет функцию инертной, пассивной матрицы (кондуктора, каркаса), но не обладает свойствами катализатора роста костной ткани, не обладает антимикробной активностью, не препятствует размножению патологических микроорганизмов. Аналог инертен, не проявляет биологической активности, поэтому не способен инициировать остеоиндукцию, в теле пациента он существует как инородное тело. Материал аналога [3] не создает центров кристаллизации гидроксиапатита, необходимых для формирования остеоида. При значительных размерах дефекта кости аналог [3] имеет также относительно большие размеры и не интегрируется в кость полностью, даже через несколько месяцев после операции его полноценное прорастании костной тканью не завершается.This analogue [3] performs the function of an inert, passive matrix (conductor, scaffold), but does not have the properties of a bone growth catalyst, does not have antimicrobial activity, and does not prevent the propagation of pathological microorganisms. The analogue is inert, does not show biological activity, therefore it is not able to initiate osteoinduction, in the patient’s body it exists as a foreign body. The analogue material [3] does not create centers of crystallization of hydroxyapatite necessary for the formation of osteoid. With significant size of the bone defect, the analogue [3] is also relatively large and does not fully integrate into the bone, even after several months after the operation, its full germination by bone tissue does not end.

Известен персональный биоактивный структурированный имплантат для замещения дефекта кости (источник [4]: патент РФ, RU 173381). Выполнен из титана или биодеградируемого полимера по аддитивной технологии путем послойного наращивания материала по форме, размеру, структуре, заданной трехмерной математической моделью, построенной на основе трехмерной математической модели кости, полученной в результате компьютерной томографии, в виде тела, оснащенного с двух концов опорными ободками.A personal bioactive structured implant is known for replacing a bone defect (source [4]: RF patent, RU 173381). It is made of titanium or a biodegradable polymer according to additive technology by layer-by-layer building up of material according to the shape, size, structure specified by a three-dimensional mathematical model, constructed on the basis of a three-dimensional mathematical model of bone obtained as a result of computed tomography, in the form of a body equipped at both ends with support rims.

Имплантат [4] является инородным телом для организма пациента при имплантации. Материал имплантата не органический и по своему составу отличается от состава естественной кости, что может вызывать нежелательные ответные реакции, хотя это нивелируется гидроксиапатитным покрытием. Однако механическая структура, расположение макро и микропор и отверстий, каналов, их форма и размеры, не идентичны естественной структуре костного матрикса, что может замедлять скорость прорастания костной ткани. Недостатком аналог [4] является также то, что он не обеспечивает подавление патогенных микроорганизмов, не влияет на их свободное размножение.The implant [4] is a foreign body for the patient’s body during implantation. The material of the implant is not organic and in its composition differs from the composition of natural bone, which can cause unwanted responses, although this is leveled by a hydroxyapatite coating. However, the mechanical structure, the arrangement of macro and micropores and holes, channels, their shape and size, are not identical to the natural structure of the bone matrix, which can slow down the rate of bone tissue germination. The disadvantage of the analogue [4] is also that it does not suppress pathogenic microorganisms, does not affect their free reproduction.

Распространенным подходом в хирургии является использование аутотрансплантатов (источник [5]: патент РФ, RU 2341217). Когда в дефект кости помещают костный аутотрансплантат, сформированный из фрагментов кости пациента. Или использование аллотрансплантатов (источник [6]: патент РФ, RU 2524618), когда костный аллогенный трансплантат, представляющий собой костный блок, получают из кости донора.A common approach in surgery is the use of autografts (source [5]: RF patent, RU 2341217). When a bone autograft formed from fragments of a patient’s bone is placed in a bone defect. Or the use of allografts (source [6]: RF patent, RU 2524618), when an allogeneic bone transplant, which is a bone block, is obtained from a donor’s bone.

Однако использование собственной кости [5] пациента имеет недостатки связанные с ограниченной доступностью, необходимостью извлечения и формирования аутотрансплантата, дополнительным травмированием в месте забора трансплантата. Использование аллотрансплантата [6] связано с возможностью отторжения и также ограниченной доступностью, зависимостью от источника исходного материала, необходимостью наличия достаточного фонда донорской материала. Аналоги [5, 6] также не обладают антимикробной активностью. Не препятствует развитию инфекционных процессов.However, the use of the patient’s own bone [5] has disadvantages associated with limited availability, the need to remove and form an autograft, and additional trauma at the site of graft collection. The use of an allograft [6] is associated with the possibility of rejection and also limited availability, dependence on the source of the source material, and the need for a sufficient fund of donor material. Analogs [5, 6] also do not have antimicrobial activity. Does not interfere with the development of infectious processes.

Материалом имплантата с естественными структурными, механическими и физиологическими свойствами, лишенным проблем связанных с искусственными материалами, донорскими материалами и аутоматериалами является ксеногенный материал. Использование ксеногенного материала доступно, и позволяет получать и выбирать биомеханические структуры имплантата приближенные к свойствам кости пациента. Ксеногенные имплантаты так же известны. Для преодоления реакции отторжения их подвергают специальной обработке.The implant material with natural structural, mechanical and physiological properties, devoid of problems associated with artificial materials, donor materials and auto materials is xenogenic material. The use of xenogenic material is available, and allows you to obtain and select biomechanical implant structures close to the properties of the patient’s bone. Xenogenic implants are also known. To overcome the rejection reaction, they are subjected to special treatment.

Известен имплантат для замещения тотальных протяженных дефектов длинных трубчатых костей (источник [7]: патент РФ, RU 2555777). Представляет собой полый цилиндр, из углерод-углеродного композита, заполненный остеопластическим матриксом ксеногенного происхождения, обладающим естественными микро- и макропорами.A known implant to replace total extended defects of long tubular bones (source [7]: RF patent, RU 2555777). It is a hollow cylinder made of a carbon-carbon composite filled with an osteoplastic matrix of xenogenic origin with natural micro- and macropores.

Однако в имплантате [7] в качестве опорного каркаса используется углерод-углеродный композит, который не обладает необходимыми остеоиндуктивными свойствами. Остеопластический матрикс ксеногенного происхождения не содержит нативных морфогенетических белков, факторов роста костной ткани. Имплантат не обладает антимикробной активностью, не препятствует размножению патологических микроорганизмов, не пригоден для импрегнации противомикробных препаратов.However, in the implant [7], a carbon-carbon composite is used as a supporting frame, which does not have the necessary osteoinductive properties. The osteoplastic matrix of xenogenic origin does not contain native morphogenetic proteins, bone growth factors. The implant does not have antimicrobial activity, does not interfere with the propagation of pathological microorganisms, is not suitable for the impregnation of antimicrobial agents.

Известен остеопластический и имплантационный материал, для замещения костной ткани (источник [8]: патент РФ, RU 2609201). Имплантат выполнен из фрагмента губчатой части кости (костного блока (матрикса)) сельскохозяйственного животного очищенной от липидов, выдержанной в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия с концентрацией от 1% до 10% в течение 1-8 суток, в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода (от 1% до 10%) в течение 1-8 суток, подвергнутой 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, и лиофилизации в течение 1-48 ч, содержащей нативные морфогенетические белки, факторов роста костной ткани, содержащей естественные макро- и микропоры.Known osteoplastic and implantation material for bone replacement (source [8]: RF patent, RU 2609201). The implant is made of a fragment of the spongy part of the bone (bone block (matrix)) of an agricultural animal purified from lipids, aged in a hypertonic saline solution of sodium chloride with a concentration of 1% to 10% for 1-8 days, in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide ( from 1% to 10%) for 1-8 days, subjected to supercritical fluid extraction at a temperature of from 20 ° C to 70 ° C and a pressure of from 1000 to 10,000 psi for 30 to 500 minutes, and lyophilization for 1-48 h, containing native morphogenetic proteins, factors bone growth containing natural macro- and micropores.

Имплантат для замещения костной ткани [8], наиболее близок по сущности, но не обладает антимикробной активностью, не препятствует размножению патологических микроорганизмов в месте имплантации, не способствует сдерживанию или подавлению инфекционных процессов. Патогенные микроорганизмы проникают в место имплантации через кровоток, могут быть занесены из вне или могут находиться в очаге воспаления. Патогенные микроорганизмы (бактерии или микобактерии) при хирургическом лечении костных травм, воспалительных, онкологических и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, могут приводить к осложнениям, например, таким как остеомиелит.An implant for bone tissue replacement [8] is the closest in essence, but does not have antimicrobial activity, does not interfere with the propagation of pathological microorganisms at the implantation site, and does not contribute to the containment or suppression of infectious processes. Pathogenic microorganisms penetrate the implantation site through the bloodstream, can be brought in from the outside, or can be in the focus of inflammation. Pathogenic microorganisms (bacteria or mycobacteria) in the surgical treatment of bone injuries, inflammatory, oncological and degenerative diseases of the bone can lead to complications, such as osteomyelitis.

Таким образом, проблема разработки имплантатов структурно идентичных естественной кости, обладающих остеогенными характеристиками, позволяющих одномоментно заместить дефект кости, способствовать росту костной ткани и препятствовать развитию инфекционных процессов является актуальной для современной медицинской науки.Thus, the problem of developing implants structurally identical to natural bone, with osteogenic characteristics that allow simultaneous replacement of a bone defect, promote bone growth and inhibit the development of infectious processes is relevant for modern medical science.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении имплантата, выполненного из ксенокости, обладающего естественными макро- и микропорами, пригодного для костной пластики у человека, не вызывающего иммунного ответа (т.е. не способного активировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с факторами иммунитета), обладающего остеоиндуктивными свойствами, выраженной антимикробной активностью, позволяющего замещать часть кости, обеспечивать механический каркас для клеток, купировать инфекционный процесс в зоне имплантации.The objective of the present invention is to provide an implant made of xenosity, with natural macro- and micropores, suitable for bone grafting in humans, not causing an immune response (i.e., not able to activate components of the immune system and specifically interact with immunity factors) having osteoinductive properties , pronounced antimicrobial activity, allowing to replace part of the bone, provide a mechanical framework for cells, stop the infection process in not implantation.

Технический результат заключается в обеспечении выраженной антимикробной активности, с дозированным пролонгированным высвобождением противомикробного препарата в зоне имплантации. При том, что имплантат является биологическим опорным каркасом для роста костной ткани, обладает остеоиндуктивными свойствами, способен трансформировать недифференцированные мезенхимальные клетки в остеобласты. Обладает схожими с костью пациента механическими свойствами, обеспечивает клеточную адгезию, и структурой с естественными макро- и микропорами, необходимых для межклеточной связи, васкуляризации, пролиферации клеток, диффузии биологических веществ. Не вызывает иммунного ответа (иммунологического отторжения). Основа для его изготовления (ксенокость) широко доступна.The technical result consists in providing pronounced antimicrobial activity, with a dosed prolonged release of an antimicrobial preparation in the implantation zone. Despite the fact that the implant is a biological supporting framework for bone growth, it has osteoinductive properties, is able to transform undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts. It has mechanical properties similar to the patient’s bone, provides cell adhesion, and a structure with natural macro- and micropores necessary for intercellular communication, vascularization, cell proliferation, and diffusion of biological substances. Does not cause an immune response (immunological rejection). The basis for its manufacture (xenon) is widely available.

Технический результат достигается тем, что имплантат для замещения костной ткани, выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки, противомикробный препарат в составе смеси с биоразлагаемым полимером, противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с аморфным L,D-полилактидом, костный блок очищен путем выдержки в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl, выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре при температуре от 20 до 70°С, подвергнут лиофилизации.The technical result is achieved by the fact that the implant for bone tissue replacement is made in the form of a bone block obtained from purified spongy xenosity, which retains natural macro- and micropores, contains native morphogenetic proteins, an antimicrobial preparation in a mixture with a biodegradable polymer, an antimicrobial preparation is located in macro - and micropores of the bone block as part of a mixture with amorphous L, D-polylactide, the bone block is purified by exposure to sodium chloride NaCl in hypertonic saline, aged in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide, subjected to supercritical fluid extraction at a temperature at a temperature of from 20 to 70 ° C, subjected to lyophilization.

Противомикробный препарат может представлять собой ванкомицин или гентамицин.The antimicrobial agent may be vancomycin or gentamicin.

Содержание ванкомицина в костном блоке составляет 100 мкг.The content of vancomycin in the bone block is 100 mcg.

Костный блок может быть получен из фрагмента губчатой части кости быка или свиньи.The bone block can be obtained from a fragment of the spongy part of the bone of a bull or pig.

Имплантат может дополнительно содержать рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7.The implant may additionally contain recombinant morphogenetic human proteins rhBMP-2 and rhBMP-7.

Предполагается, что костный блок выдержан в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl с концентрацией от 1% до 10% в течение от 12 до 240 часов, выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, от 1% до 10%, в течение от 12 до 240 часов, подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 psi (6,895МПа) до 10000 psi (68,95МПа) в течение от 30 до 500 минут, подвергнут лиофилизации. It is assumed that the bone block is aged in a hypertonic saline solution of sodium chloride NaCl with a concentration of 1% to 10% for 12 to 240 hours, aged in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide, from 1% to 10%, for 12 to 240 hours, subjected to supercritical fluid extraction at a temperature of from 20 ° C to 70 ° C and pressure from 1000 psi (6.895 MPa) to 10000 psi (68.95 MPa) for 30 to 500 minutes, subjected to lyophilization.

Осуществление технического решенияImplementation of a technical solution

Пример 1. Имплантат для замещения костной ткани с противомикробной активностью. Имплантат выполнен в форме костного блока (матрикса) полученного из очищенной ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs). Содержит противомикробный препарат импрегнированный в водном растворе или в составе смеси с биоразлагаемым полимером.Example 1. An implant to replace bone tissue with antimicrobial activity. The implant is made in the form of a bone block (matrix) obtained from purified xenosity, preserving natural macro- and micropores, and contains native morphogenetic proteins (bone growth factors BMPs). It contains an antimicrobial preparation impregnated in an aqueous solution or as part of a mixture with a biodegradable polymer.

Костный блок формируют из очищенного фрагмента губчатой части кости животных (ксенокость). Предполагается использование сельскохозяйственных животных, например быков возрастом до 6 месяцев, с соблюдением требований стандарта на медицинские изделия, изготовленные с использованием материалов животного происхождения (ГОСТ Р ИСО 22442-1-2011 Изделия медицинские, использующие ткани и их производные животного происхождения). Костный блок выдержан в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия (NaCl) с концентрацией от 1% до 10% в течение от 12 до 240 часов. Костный блок выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, от 1% до 10%, в течение от 12 до 240 часов. Костный блок подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 до 10000 psi в течение от 30 до 500 минут. Указанной обработкой обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента. Костный блок представляет собой трехмерный пространственный каркас, из сети макромолекул, коллагена, ферменты, и гликопротеины, которые обеспечивают структурную и биохимическую поддержку окружающих клеток. Если необходимо, костные блоки могут быть подвергнуты деминерализации соляной кислотой (0,5-4 М) в течение от 15 до 300 мин. После этого деминерализованные или недеминерализованные костные блоки подвергают лиофилизации в течение 1-48 ч, упаковывают в газопроницаемую упаковку и стерилизуют.The bone block is formed from a purified fragment of the spongy part of the bones of animals (xenosis). It is planned to use farm animals, for example bulls up to 6 months old, in compliance with the requirements of the standard for medical products made using materials of animal origin (GOST R ISO 22442-1-2011 Medical products using fabrics and their derivatives of animal origin). The bone block is aged in hypertonic saline solution of sodium chloride (NaCl) with a concentration of from 1% to 10% for 12 to 240 hours. The bone block is aged in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide, from 1% to 10%, for 12 to 240 hours. The bone block was subjected to supercritical fluid extraction at a temperature of from 20 ° C to 70 ° C and a pressure of from 1000 to 10,000 psi for 30 to 500 minutes. The indicated treatment ensures the availability (openness) of macro- and micropores of the bone block, native morphogenetic proteins are preserved, and substances capable of irritating the patient's immune system are removed. The bone block is a three-dimensional spatial framework made up of a network of macromolecules, collagen, enzymes, and glycoproteins that provide structural and biochemical support for surrounding cells. If necessary, bone blocks can be subjected to demineralization with hydrochloric acid (0.5-4 M) for 15 to 300 minutes. After that, demineralized or non-demineralized bone blocks are lyophilized for 1-48 hours, packaged in a gas-tight package and sterilized.

Пример 2. Имплантат импрегнированный ванкомицином с полимерным носителем.Example 2. The implant impregnated with vancomycin with a polymer carrier.

Имплантат выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой части кости быка, размером 20×15×5мм, сохранившей естественные макро- и микропоры. Имплантат содержит нативные морфогенетические белки BMPs в материале костного блока.The implant is made in the form of a bone block obtained from the cleansed spongy part of the bull’s bone, 20 × 15 × 5 mm in size, preserving the natural macro and micropores. The implant contains native morphogenetic proteins BMPs in the bone block material.

Макро- и микропоры костного блока заполнены смесью состоящей из аморфного L,D-полилактида и противомикробного препарата ванкомицин. Аморфный L,D-полилактид, это биоразлагаемый полимер, самопроизвольно разрушающийся в результате естественных микробиологических и химических процессов. Этим обеспечивается замедленное вымывание ванкомицина, и его продолжительное антимикробное действие в зоне имплантации. Содержание ванкомицина в среднем составляет около 100 мкг в костном блоке, 78% противомикробного препарата высвобождаются дозировано в течение 30 дней после имплантации. Средний выход противомикробного препарата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 2,6 % за сутки.Macro- and micropores of the bone block are filled with a mixture of amorphous L, D-polylactide and the antimicrobial drug vancomycin. Amorphous L, D-polylactide is a biodegradable polymer that spontaneously breaks down as a result of natural microbiological and chemical processes. This ensures the delayed leaching of vancomycin, and its long-term antimicrobial effect in the implantation zone. The content of vancomycin on average is about 100 mcg in the bone block, 78% of the antimicrobial drug is released dosed within 30 days after implantation. The average yield of an antimicrobial drug, as a percentage of the initial content, depending on the duration of implantation, is 2.6% per day.

Костный блок формируют из губчатой кости, распиленной на блоки, размером 20×15×5 мм, очищают от сухожилий и мягких тканей, например ручным способом с использованием ножа. Костный блок промывают проточной водой в течение 2 мин, обрабатывают в 7% растворе NaCl в течение 12 часов. После обработки в 7% растворе NaCl костный блок промывают проточной водой. Костный блок обрабатывают в ультразвуковой ванне в 0,1% растворе перекиси водорода в течение 48 часов. После обработки в ультразвуковой ванне в 0,1% растворе перекиси водорода костный блок промывают проточной водой. Костный блок подсушивают на фильтровальной бумаге в течение трех часов в пластиковой таре. Костный блок взвешивают.The bone block is formed from a spongy bone sawn into blocks measuring 20 × 15 × 5 mm, and it is cleaned of tendons and soft tissues, for example, manually using a knife. The bone block is washed with running water for 2 minutes, treated in a 7% NaCl solution for 12 hours. After treatment in a 7% NaCl solution, the bone block is washed with running water. The bone block is treated in an ultrasonic bath in a 0.1% hydrogen peroxide solution for 48 hours. After processing in an ultrasonic bath in a 0.1% hydrogen peroxide solution, the bone block is washed with running water. The bone block is dried on filter paper for three hours in a plastic container. The bone block is weighed.

Костный блок подвергают глубинной очистке путем сверхкритической флюидной экстракции с использованием диоксида углерода СО₂, который способен диффундировать в макро- и микропоры костного блока и растворять липиды. Экстракцию проводят с использованием следующих параметров: давление P=5143 psi (35 МПа), температура t=50°C, поток от 20 до 22 scfh (стандартные кубические футы в час. standard cubic feet per hour) (среднее значение 16,9 г/мин, жидкий СО₂) и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 25 мин, и статического режима, длительностью 5 мин. Экстракцию липидов из костного блока регистрируют, оценивают наличие посторонних веществ в выходящей двуокиси углерода, и при регистрации выхода чистого газа CO₂, без посторонних веществ, для достоверности выдерживают еще 25 минут поточного режима. Костный блок взвешивают, при отсутствии изменения массы очистку считают завершенной, данный подход является гарантией качества очистки. Обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента.The bone block is subjected to deep cleaning by supercritical fluid extraction using carbon dioxide CO ₂ , which is able to diffuse into macro- and micropores of the bone block and dissolve lipids. The extraction is carried out using the following parameters: pressure P = 5143 psi (35 MPa), temperature t = 50 ° C, flow 20 to 22 scfh (standard cubic feet per hour. Standard cubic feet per hour) (average 16.9 g / min, liquid CO ₂ ) and alternating in time cycles consisting of a dynamic flow mode lasting 25 minutes and a static mode lasting 5 minutes The extraction of lipids from the bone block is recorded, the presence of foreign substances in the outgoing carbon dioxide is assessed, and when the yield of pure CO ₂ gas is recorded, without foreign substances, another 25 minutes of in-line operation are maintained for reliability. The bone block is weighed, in the absence of a change in mass, the cleaning is considered complete, this approach is a guarantee of the quality of cleaning. Accessibility (openness) of macro- and micropores of the bone block is ensured, native morphogenetic proteins are preserved, and substances capable of irritating the patient's immune system are removed.

Далее костный блок насыщают раствором противомикробного препарата. Для импрегнации используют противомикробный препарат ванкомицин смешанный с аморфным L,D полилактидом, что обеспечивает абсорбцию антибиотика в объеме материала костного блока. Аморфный L,D полилактид выполняет функцию промежуточного носителя противомикробного препарата, смесь покрывает стенки макро- и микропор равномерно по всей поверхности и объему костного блока. Применяют аморфный L,D полилактид молекулярной массой 18 килодальтон (кДа), приведенная вязкость которого составляла 0,2 децилитра на грамм (дл/г). Смесь аморфного L,D полилактида и ванкомицина получают добавляя порошок аморфного L,D полилактида, в количестве 1,8 грамм, в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют ванкомицин из расчета 2 грамма на 50 мл раствора. В полученную вязкую смесь (раствор) помещают костный блок. Затем для пластификации аморфного L,D полилактида и удаления из смеси этилового спирта осуществляют сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO₂. Сосуд с размещенным в смеси костным блоком помещают в реактор установки сверхкритической флюидной экстракции фирмы, подают диоксид углерода CO₂, доводят среду до давления P=3626 psi (25 МПа), температуры T=32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течение 5 минут (для отгонки этилового спирта). Затем устанавливают статический режим при давления P= 17404 psi (120 МПа), температуре T=32°С на 60 мин (для пластификации и набухания аморфного L,D полилактида). Далее сбрасывают давление до атмосферного. Имплантат, замораживают и лиофилизируют. Осуществляют газовую стерилизацию в среде оксида этанола, с последующим вакуумированием и аэрацией в течение 2 суток. Конечное содержание ванкомицина в среднем составляет 100 мкг в костном блоке.Next, the bone block is saturated with an antimicrobial solution. For impregnation, the antimicrobial preparation vancomycin mixed with amorphous L, D polylactide is used, which ensures the absorption of the antibiotic in the volume of the bone block material. Amorphous L, D polylactide acts as an intermediate carrier of an antimicrobial drug, the mixture covers the walls of macro- and micropores evenly over the entire surface and volume of the bone block. Amorphous L, D polylactide with a molecular weight of 18 kilodaltons (kDa), the reduced viscosity of which was 0.2 deciliter per gram (dl / g), was used. A mixture of amorphous L, D polylactide and vancomycin is obtained by adding amorphous L, D polylactide powder, in an amount of 1.8 grams, to a solution of ethyl alcohol, in an amount of 50 ml, then vancomycin is added to the resulting solution at the rate of 2 grams per 50 ml of solution. A bone block is placed in the resulting viscous mixture (solution). Then, for the plasticization of amorphous L, D polylactide and removal of ethanol from the mixture, supercritical fluid extraction of carbon dioxide CO _{2 is} carried out. The vessel with the bone block placed in the mixture is placed in the reactor of the company’s supercritical fluid extraction unit, carbon dioxide CO _{2 is} supplied, the medium is brought to a pressure of P = 3626 psi (25 MPa), temperature T = 32 ° C, at a flow rate of 10 g / min within 5 minutes (for distillation of ethyl alcohol). Then, the static mode is established at a pressure of P = 17404 psi (120 MPa), temperature T = 32 ° С for 60 min (for plasticization and swelling of amorphous L, D polylactide). Then they release the pressure to atmospheric. The implant is frozen and lyophilized. Gas sterilization is carried out in an environment of ethanol oxide, followed by evacuation and aeration for 2 days. The final vancomycin content is on average 100 μg in the bone block.

Полимер, заполняющий макро- и микропоры, увеличивает общую механическую прочность костного блока.The polymer filling macro- and micropores increases the overall mechanical strength of the bone block.

Средний выход ванкомицина из имплантата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 19,11% на 2 сутки, 16,71% на 5 сутки, 16,10% на 8 сутки, 14,53% на 11 сутки, 1,71% на 14 сутки, 4,13% на 17 сутки, 0,45% на 20 сутки, 0,37% на 23 сутки, 3,70 % на 26 сутки, 1,02% на 30 сутки инкубации. Остаточное содержание ванкомицина в имплантате 22 % от начального содержания, на 30 сутки инкубации.The average yield of vancomycin from the implant, as a percentage of the initial content, depending on the duration of implantation, is 19.11% on day 2, 16.71% on day 5, 16.10% on day 8, 14.53% on day 11, 1.71% on day 14, 4.13% on day 17, 0.45% on day 20, 0.37% on day 23, 3.70% on day 26, 1.02% on day 30 of incubation. The residual content of vancomycin in the implant is 22% of the initial content, on the 30th day of incubation.

Пример 3. Имплантат импрегнированный гентамицином с полимерным носителем.Example 3. The implant is impregnated with gentamicin with a polymer carrier.

Имплантат выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой части кости свиньи, размером 20×20×20мм, сохранившей естественные макро- и микропоры. Имплантат содержит рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7. Макро- и микропоры костного блока заполнены смесью состоящей из аморфного L,D-полилактида и противомикробного препарата гентамицин. Этим обеспечивается замедленное вымывание гентамицина, и его продолжительное антимикробное действие в зоне имплантации. Содержание гентамицин а в среднем составляет около 100 мкг в костном блоке, 60% противомикробного препарата высвобождаются дозировано в течение 14 дней после имплантации. Средний выход противомикробного препарата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 4,28 % за сутки.The implant is made in the form of a bone block obtained from the cleaned spongy part of the pig’s bone, 20 × 20 × 20 mm in size, preserving the natural macro- and micropores. The implant contains recombinant morphogenetic human proteins rhBMP-2 and rhBMP-7. The macro- and micropores of the bone block are filled with a mixture of amorphous L, D-polylactide and the antimicrobial drug gentamicin. This ensures a delayed leaching of gentamicin, and its long-term antimicrobial effect in the implantation zone. The content of gentamicin a on average is about 100 μg in the bone block, 60% of the antimicrobial drug is released dosed within 14 days after implantation. The average yield of an antimicrobial drug, as a percentage of the initial content, depending on the duration of implantation, is 4.28% per day.

Костный блок формируют из губчатой кости, распиленной на блоки, размером 20×20×20 мм, очищают от сухожилий и мягких тканей, например ручным способом с использованием ножа. Костный блок промывают проточной водой в течение 3 мин, выдерживают в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl с концентрацией от 1% в течение 240 часов. После обработки в растворе NaCl костный блок промывают проточной водой. Костный блок выдерживают в ультразвуковой ванне с раствором 1% перекиси водорода, в течение 240 часов. После обработки в ультразвуковой ванне костный блок промывают проточной водой. Костный блок подвергают деминерализации соляной кислотой (0,5-4 М) в течение от 15 до 300 мин. После этого костный блок подвергают лиофилизации в течение 1-48 ч. Костный блок подсушивают на фильтровальной бумаге в течение трех часов в пластиковой таре. Костный блок взвешивают. Костный блок подвергают глубинной очистке путем сверхкритической флюидной экстракции с использованием диоксида углерода СО₂, который способен диффундировать в макро- и микропоры костного блока и растворять липиды. Экстракцию проводят с использованием следующих параметров: давление P=1000 psi, температура t=70°C, поток от 20 до 22 scfh (стандартные кубические футы в час. standard cubic feet per hour) (среднее значение 16,9 г/мин, жидкий СО₂) и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 400 мин, и статического режима, длительностью 100 мин. Экстракцию липидов из костного блока регистрируют, оценивают наличие посторонних веществ в выходящей двуокиси углерода, и при регистрации выхода чистого газа CO₂, без посторонних веществ, для достоверности выдерживают еще 25 минут поточного режима. Костный блок взвешивают, при отсутствии изменения массы очистку считают завершенной, данный подход является гарантией качества очистки. Обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента.The bone block is formed from a spongy bone, sawn into blocks, 20 × 20 × 20 mm in size, and is cleaned of tendons and soft tissues, for example, manually using a knife. The bone block is washed with running water for 3 minutes, kept in a hypertonic saline solution of sodium chloride NaCl with a concentration of 1% for 240 hours. After treatment in a NaCl solution, the bone block is washed with running water. The bone block is kept in an ultrasonic bath with a solution of 1% hydrogen peroxide for 240 hours. After processing in an ultrasonic bath, the bone block is washed with running water. The bone block is subjected to demineralization with hydrochloric acid (0.5-4 M) for 15 to 300 minutes. After that, the bone block is lyophilized for 1-48 hours. The bone block is dried on filter paper for three hours in a plastic container. The bone block is weighed. The bone block is subjected to deep cleaning by supercritical fluid extraction using carbon dioxide CO ₂ , which is able to diffuse into macro- and micropores of the bone block and dissolve lipids. The extraction is carried out using the following parameters: pressure P = 1000 psi, temperature t = 70 ° C, flow from 20 to 22 scfh (standard cubic feet per hour. Standard cubic feet per hour) (average 16.9 g / min, liquid СО ₂ ) and alternating in time cycles consisting of a dynamic flow mode lasting 400 minutes and a static mode lasting 100 minutes. The extraction of lipids from the bone block is recorded, the presence of foreign substances in the outgoing carbon dioxide is assessed, and when the yield of pure CO ₂ gas is recorded, without foreign substances, another 25 minutes of in-line operation are maintained for reliability. The bone block is weighed, in the absence of a change in mass, the cleaning is considered complete, this approach is a guarantee of the quality of cleaning. Accessibility (openness) of macro- and micropores of the bone block is ensured, native morphogenetic proteins are preserved, and substances capable of irritating the patient's immune system are removed.

Далее костный блок насыщают раствором противомикробного препарата. Для импрегнации используют противомикробный препарат гентамицин смешанный с аморфным L,D полилактидом, что обеспечивает абсорбцию антибиотика в объеме материала костного блока. Аморфный L,D полилактид выполняет функцию промежуточного носителя противомикробного препарата, смесь покрывает стенки макро- и микропор равномерно по всей поверхности и объему костного блока. Применяют аморфный L,D полилактид молекулярной массой 18 килодальтон (кДа), приведенная вязкость которого составляла 0,2 децилитра на грамм (дл/г). Смесь аморфного L,D полилактида и гентамицина получают добавляя порошок аморфного L,D полилактида, в количестве 1,8 грамм, в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют гентамицин из расчета 1,5 грамма на 50 мл раствора.Next, the bone block is saturated with an antimicrobial solution. For impregnation, an antimicrobial preparation gentamicin is used mixed with amorphous L, D polylactide, which ensures the absorption of the antibiotic in the volume of the bone block material. Amorphous L, D polylactide acts as an intermediate carrier of an antimicrobial drug, the mixture covers the walls of macro- and micropores evenly over the entire surface and volume of the bone block. Amorphous L, D polylactide with a molecular weight of 18 kilodaltons (kDa), the reduced viscosity of which was 0.2 deciliter per gram (dl / g), was used. A mixture of amorphous L, D polylactide and gentamicin is obtained by adding amorphous L, D polylactide powder, in an amount of 1.8 grams, to a solution of ethyl alcohol, in an amount of 50 ml, then gentamicin is added to the resulting solution at the rate of 1.5 grams per 50 ml of solution .

В полученную вязкую смесь (раствор) помещают костный блок. Затем для пластификации аморфного L,D полилактида и удаления из смеси этилового спирта осуществляют сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO₂. Сосуд с размещенным в смеси костным блоком помещают в реактор установки сверхкритической флюидной экстракции фирмы, подают диоксид углерода CO₂, доводят среду до давления P=10000psi, температуры T=32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течении 5 минут (для отгонки этилового спирта). Затем устанавливают статический режим при давления P= 17404 psi (120 МПа) температуре T=32°С на 60 мин (для пластификации и набухания аморфного L,D полилактида). Далее сбрасывают давление до атмосферного. Наносят на имплантат пасту содержащую рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7. Имплантат, замораживают и лиофилизируют.A bone block is placed in the resulting viscous mixture (solution). Then, for the plasticization of amorphous L, D polylactide and removal of ethanol from the mixture, supercritical fluid extraction of carbon dioxide CO _{2 is} carried out. Receptacle with placed in a mixture of bone block was placed in a carbon dioxide Fitting supercritical fluid extraction reactor firm fed CO ₂ medium is brought to a pressure P = 10000psi, temperature T = 32 ° C, at a flow rate of 10 g / min for 5 minutes (for distillation of ethyl alcohol). Then, the static mode is established at a pressure of P = 17404 psi (120 MPa) at a temperature of T = 32 ° C for 60 min (for plasticization and swelling of amorphous L, D polylactide). Then they release the pressure to atmospheric. A paste containing recombinant morphogenetic human proteins rhBMP-2 and rhBMP-7 is applied to the implant. The implant is frozen and lyophilized.

Использование промежуточного полимерного носителя (L/D изомер полилактида) позволяет получить имплантат с дозированным пролонгированным выходом противомикробного препарата (ванкомицина, гентамицина и т.п.). Противомикробный препарат в основной массе выходит достаточно большими равномерными порциями в течение первых 14 дней, сначала из поверхностных макро- и микропор при деградации полилактидной пленки аморфного L,D полилактида, образовавшейся на поверхности костных блоков в процессе обработки и удерживающей противомикробный препарат, а затем уже меньшими порциями выходит из глубоких макро-и микропор при биорезорбции материала костного блока.Using an intermediate polymer carrier (L / D isomer of polylactide) allows you to get an implant with a dosed prolonged release of an antimicrobial drug (vancomycin, gentamicin, etc.). The antimicrobial preparation in the bulk comes in fairly large uniform portions during the first 14 days, first from the surface macro- and micropores upon degradation of the polylactide film of the amorphous L, D polylactide, which formed on the surface of the bone blocks during processing and retains the antimicrobial preparation, and then smaller portions come out of deep macro and micropores during bioresorption of bone block material.

Пример 4. Имплантат импрегнированный винкомицином из водного раствора.Example 4. An implant impregnated with vincomycin from an aqueous solution.

Имплантат выполнен в форме костного блока (матрикса) полученного из очищенной ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs), содержит противомикробный препарат ванкомицин.The implant is made in the form of a bone block (matrix) obtained from purified xenosity, which has preserved natural macro- and micropores, contains native morphogenetic proteins (bone growth factors BMPs), and contains the antimicrobial drug vancomycin.

Импрегнацию ванкомицина для данного имплантата осуществляют путем заполнения имеющихся в материале макро-и микропор из водного раствора противомикробного препарата (адсорбция). Раствор ванкомицина а готовили на дистиллированной воде, концентрации 5 мг/мл в объеме 50 мл. Затем костные блоки размером 20×15×5мм помещают в раствор, сосуд с раствором загружают в реактор установки для сверхкритической флюидной экстракции. В камеру подают углекислый газ и доводят параметры среды до давления 3674 psi (25,33 МПа), температуры t= 25°С. Устанавливали статический режим и выдерживали блоки 3 часа. Далее костные блоки лиофилизуют, стерилизуют в среде оксида этанола, с последующим вакуумированием и аэрацией в течение 2 суток. Конечное содержание ванкомицина в среднем составляет 35 мкг в костном блоке.Vancomycin is impregnated for this implant by filling in the macro- and micropores in the material from an aqueous solution of an antimicrobial preparation (adsorption). A solution of vancomycin a was prepared in distilled water, a concentration of 5 mg / ml in a volume of 50 ml. Then the bone blocks with a size of 20 × 15 × 5 mm are placed in the solution, the vessel with the solution is loaded into the reactor of the supercritical fluid extraction unit. Carbon dioxide is supplied to the chamber and the medium is adjusted to a pressure of 3674 psi (25.33 MPa), temperature t = 25 ° C. We set the static mode and kept the blocks for 3 hours. Next, the bone blocks are lyophilized, sterilized in ethanol oxide, followed by evacuation and aeration for 2 days. The final vancomycin content averages 35 mcg in the bone block.

Импрегнированный ванкомицином костный блок, обладает выраженной антимикробной активностью, с пролонгированным высвобождением антибиотика в течение короткого промежутка времени, не более 5 суток.The bone block impregnated with vancomycin has a pronounced antimicrobial activity, with a prolonged release of the antibiotic for a short period of time, not more than 5 days.

В общем случае, на основе вышеизложенного, имплантат выполнен в форме костного блока (матрикса) полученного из очищенной ксенокости, выбранной по механическим свойствам наиболее близкой к кости пациента, например из кости быка или свиньи или других животных, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки и дополнительно может быть насыщен белковыми факторами роста полученными путем генной инженерии. В качестве стимулятора остеогенеза в объем костного матрикса могут быть введены стволовые клетки пациента. Имплантат содержит противомикробный препарат, предполагается ванкомицин, но также доступно использование его аналогов, например гентомицина или иных. Предпочтительно, противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с биоразлагаемым полимером (абсорбция антибиотика в объеме материала костного блока). Это позволяет обеспечить длительное высвобождение противомикробного препарата. Также противомикробный препарат может быть нанесен на поверхность костного блока и расположен на поверхности в макро- и микропорах путем использования водного раствора противомикробного препарата (адсорбция антибиотика на поверхностях пор костного блока), это обеспечивает более быстрое высвобождение противомикробного препарата имплантации. В качестве полимера предполагается использовать аморфный L,D-полилактид, биосовместимый и биоразлагаемый полимер. Предполагается, что костный блок выдержан в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия (NaCl) с концентрацией от 1% до 10% в течение от 12 до 240 часов, выбирают в зависимости от размера костного блока. Костный блок выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, от 1% до 10%, в течение от 12 до 240 часов. Костный блок подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 psi (6,895 МПа) до 10000 psi (68,95 МПа) в течение от 30 до 500 минут.In general, on the basis of the foregoing, the implant is made in the form of a bone block (matrix) obtained from purified xenosity, selected according to the mechanical properties closest to the patient’s bone, for example, from a bone of a bull or pig or other animals that have preserved natural macro- and micropores, native morphogenetic proteins and can additionally be saturated with protein growth factors obtained by genetic engineering. As a stimulator of osteogenesis, the patient’s stem cells can be introduced into the bone matrix. The implant contains an antimicrobial drug, vancomycin is assumed, but the use of its analogues, for example gentomycin or others, is also available. Preferably, the antimicrobial preparation is located in the macro- and micropores of the bone block in a mixture with a biodegradable polymer (antibiotic absorption in the volume of the bone block material). This allows for a sustained release of the antimicrobial agent. Also, the antimicrobial preparation can be applied to the surface of the bone block and located on the surface in macro- and micropores by using an aqueous solution of the antimicrobial preparation (antibiotic adsorption on the surfaces of the pores of the bone block), this provides a faster release of the antimicrobial implantation preparation. As the polymer, it is proposed to use amorphous L, D-polylactide, a biocompatible and biodegradable polymer. It is assumed that the bone block is sustained in a hypertonic saline solution of sodium chloride (NaCl) with a concentration of 1% to 10% for 12 to 240 hours, depending on the size of the bone block. The bone block is aged in an ultrasonic bath with a solution of hydrogen peroxide, from 1% to 10%, for 12 to 240 hours. The bone block was subjected to supercritical fluid extraction at a temperature of from 20 ° C to 70 ° C and a pressure of 1000 psi (6.895 MPa) to 10000 psi (68.95 MPa) for 30 to 500 minutes.

Использование имплантатаImplant use

Имплантаты, описанные в примерах 1-4 применяют в травматологии и ортопедии (например при ревизионном эндопротезировании и при переломах), челюстно-лицевой хирургии, для замещения костной ткани, путем заполнения утраченного или направленно удаленного объема костной ткани имплантатом. Имплантаты описанные в примерах 1-3 целесообразно применять в случаях, когда необходимо постепенно создавать необходимую концентрацию противомикробного препарата в месте имплантации и обеспечивать длительное высвобождение противомикробного препарата, например при заполнении дефектов с целью снижения риска послеоперационного инфицирования. Имплантат импрегнированный винкомицином из водного раствора (пример 4) целесообразно применять в случаях, когда необходимо достаточно быстро создавать необходимую концентрацию противомикробного препарата в месте имплантации и обеспечивать быстрое высвобождение противомикробного препарата, например при заполнении уже инфицированных дефектов. В ходе оперативного вмешательства удаляют патологически изменённую костную ткань, очищают зону повреждения кости, в объем недостающей костной ткани устанавливают имплантат, одномоментно замещая отсутствующую костную ткань. При необходимости имплантат фиксируют в месте имплантации, например спицей Киршнера, костным винтом, или иным известным способом. После установки имплантата из костного блока высвобождается противомикробный препарат (ванкомицин, гентамицин и т.п.) который обладает антимикробной активностью, препятствует размножению патогенных микроорганизмов в месте имплантации, способствует сдерживанию и подавлению инфекционных процессов. Имплантат является биологическим опорным каркасом для роста костной ткани, механические свойства которого идентичны кости пациента, так как он состоит из губчатой ксенокости, подобранной из наиболее подходящей по механическим свойствам, с сохраненными естественными макро- и микропорами. Имплантат способствует образованию костной ткани, так как содержит морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs), которые инициируют трансформацию недифференцированных мезенхимальных клеток в остеобласты. Наличие макро- и микропор обеспечивает межклеточные связи, васкуляризацию, пролиферацию клеток, диффузию биологических веществ в зоне имплантации. Костный блок не вызывает иммунного ответа (иммунологического отторжения), в результате того, что обработан путем сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO₂. При наличии воспаления имплантат способен купировать инфекционный процесс в зоне имплантации. В процессе разложения из материала костного блока высвобождаются сохраненные нативные белковые факторы роста, стимулирующие остеогенез, формирование собственной костной ткани пациента.The implants described in examples 1-4 are used in traumatology and orthopedics (for example, with revision arthroplasty and fractures), maxillofacial surgery, to replace bone tissue, by filling the lost or directionally removed volume of bone tissue with an implant. The implants described in examples 1-3 are advisable to use in cases where it is necessary to gradually create the necessary concentration of an antimicrobial preparation at the implantation site and to ensure a prolonged release of the antimicrobial preparation, for example, when filling defects to reduce the risk of postoperative infection. The implant impregnated with vincomycin from an aqueous solution (Example 4) is advisable to use in cases where it is necessary to quickly create the necessary concentration of an antimicrobial preparation at the implantation site and to ensure rapid release of the antimicrobial preparation, for example, when filling already infected defects. During surgical intervention, pathologically changed bone tissue is removed, the area of bone damage is cleaned, an implant is placed in the volume of the missing bone tissue, replacing the missing bone tissue at the same time. If necessary, the implant is fixed at the implantation site, for example with a Kirschner needle, a bone screw, or in another known manner. After the implant is installed, an antimicrobial agent (vancomycin, gentamicin, etc.) is released from the bone block, which has antimicrobial activity, prevents the growth of pathogenic microorganisms at the implantation site, and helps to contain and suppress infectious processes. The implant is a biological supporting framework for bone growth, the mechanical properties of which are identical to the patient’s bones, since it consists of spongy xenosis, selected from the most suitable mechanical properties, with preserved natural macro- and micropores. The implant promotes bone formation, as it contains morphogenetic proteins (bone growth factors BMPs), which initiate the transformation of undifferentiated mesenchymal cells into osteoblasts. The presence of macro- and micropores provides intercellular communication, vascularization, cell proliferation, diffusion of biological substances in the implantation zone. The bone block does not cause an immune response (immunological rejection), as a result of being processed by supercritical fluid extraction with carbon dioxide CO ₂ . In the presence of inflammation, the implant is able to stop the infectious process in the implantation zone. In the process of decomposition, preserved native protein growth factors stimulating osteogenesis and the formation of the patient’s own bone tissue are released from the material of the bone block.

Имплантат, импрегнированный противомикробным препаратом, в частности ванкомицином, путем адсорбции ванкомицина на поверхности материала костного блока (пример 4) и абсорбции ванкомицина в объеме материала костного блока (пример 2) с использованием промежуточного носителя (полимера) обеспечивают отличающуюся кинетику высвобождения противомикробного препарата и соответственно противомикробная активность имплантатов отличается в зависимости от времени после имплантации.An implant impregnated with an antimicrobial drug, in particular vancomycin, by adsorption of vancomycin on the surface of the bone block material (example 4) and absorption of vancomycin in the volume of the material of the bone block (example 2) using an intermediate carrier (polymer) provide different kinetics of release of the antimicrobial drug and, accordingly, antimicrobial implant activity differs depending on the time after implantation.

Предлагаемый имплантат изготовлен авторами в ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Минздрава России и прошел экспериментальные исследования. В исследовании in vitro изучена антимикробная активность имплантата. Для оценки антибактериальных свойств имплантата использовали стандартные микробные культуры. Для проверки антимикробных свойств матрикса с ванкомицином использовали штамм Staphylococcus aureus ATCC 29213. Всего выполнено три серии тестов in vitro. Тестировали две серии опытных образцов имплантатов, описанных в примере 2 и примере 4, в каждой серии опытов тестировали по 6 имплантатов. По результатам оценки вымывания ванкомицина из костного блока обнаружено, что выход ванкомицина из имплантата, описанного в примере 4, после 24 часов инкубации составил более 98% от исходного содержания в матриксе. Остаточное содержание антибиотика в среднем составляло 1,75%. Таким образом, данный имплантат обеспечивает «быстрое» высвобождение противомикробного препарата. Количественные показатели кинетики высвобождения ванкомицина из имплантата, описанного в примере 2, значительно отличались. Обнаружено, что выход ванкомицина при использовании промежуточного полимерного носителя (L/D изомер полилактида) в имплантате позволяет получить имплантат с дозированным пролонгированным выходом ванкомицина. Основной выход (68,16% от исходного содержания), ванкомицина происходит равномерно в течение первых 14 дней. После 30 дней инкубации остаточное содержание противомикробного препарата ванкомицина в костном блоке составляет около 22%. Все имплантаты проявляют выраженную антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus. Таким образом, заявленные имплантаты достоверно обладают выраженной антимикробной активностью.The proposed implant is made by the authors in FSBI "RRC" WTO "them. Acad. G.A. Ilizarova of the Ministry of Health of Russia and passed experimental studies. An in vitro study examined the antimicrobial activity of an implant . To assess the antibacterial properties of the implant, standard microbial cultures were used. To check the antimicrobial properties of the matrix with vancomycin, the Staphylococcus aureus ATCC 29213 strain was used. Three series of in vitro tests were performed in total. Tested two series of prototype implants described in example 2 and example 4, in each series of experiments tested 6 implants. According to the results of vancomycin leaching from the bone block, it was found that the yield of vancomycin from the implant described in Example 4 after 24 hours of incubation was more than 98% of the initial matrix content. The residual antibiotic content averaged 1.75%. Thus, this implant provides a “quick” release of the antimicrobial agent. Quantitative indicators of the kinetics of the release of vancomycin from the implant described in example 2 were significantly different. It was found that the yield of vancomycin using an intermediate polymer carrier (L / D polylactide isomer) in the implant allows one to obtain an implant with a dosed prolonged release of vancomycin. The main yield (68.16% of the initial content), vancomycin occurs evenly during the first 14 days. After 30 days of incubation, the residual content of the antimicrobial drug vancomycin in the bone block is about 22%. All implants exhibit pronounced antimicrobial activity against Staphylococcus aureus. Thus, the claimed implants reliably possess pronounced antimicrobial activity.

Claims

1. The implant for bone replacement, characterized in that it is made in the form of a bone block obtained from purified spongy xenosity, which retains natural macro- and micropores, contains native morphogenetic proteins, an antimicrobial preparation in a mixture with a biodegradable polymer, an antimicrobial preparation is located in macro - and micropores of the bone block as part of a mixture with amorphous L, D-polylactide, the bone block is purified by exposure to sodium chloride NaCl in a hypertonic saline solution, and is sonicated the first bath with a solution of hydrogen peroxide, subjected to supercritical fluid extraction at a temperature at a temperature of from 20 to 70 ° C, subjected to lyophilization.

2. The implant according to claim 1, characterized in that the antimicrobial preparation is vancomycin or gentamicin.

3. The implant according to claim 1, characterized in that the bone block is obtained from a fragment of the spongy part of the bone of a bull or pig.

4. The implant according to claim 1, characterized in that it contains recombinant morphogenetic human proteins rhBMP-2 and rhBMP-7.

5. The implant according to claim 2, characterized in that the content of vancomycin in the bone block is 100 μg.