RU2717676C1 - Биоактивное покрытие для восстановления костной ткани - Google Patents
Биоактивное покрытие для восстановления костной ткани Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717676C1 RU2717676C1 RU2019125998A RU2019125998A RU2717676C1 RU 2717676 C1 RU2717676 C1 RU 2717676C1 RU 2019125998 A RU2019125998 A RU 2019125998A RU 2019125998 A RU2019125998 A RU 2019125998A RU 2717676 C1 RU2717676 C1 RU 2717676C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gelatin
- coating
- bone tissue
- bioactive coating
- bioactive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/12—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS 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
- A61L31/00—Materials for other surgical articles, e.g. stents, stent-grafts, shunts, surgical drapes, guide wires, materials for adhesion prevention, occluding devices, surgical gloves, tissue fixation devices
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Surgery (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к биоактивному покрытию для восстановления костных тканей. Биоактивное покрытие для восстановления костных тканей, содержащее гидроксиапатит или фторапатит с размером частиц не более 10 мкм и 5-10 масс.% водный раствор желатина, взятые в определенных соотношениях. Вышеописанное покрытие максимально близкого состава к костной ткани обладает повышенной адгезионной прочностью (прочностью на разрыв), невысокой пористостью, обеспечивающей высокую микротвердость на поверхности имплантата или поврежденной ткани, при этом с высокой биодеградацией. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области биологически активных фармацевтических и медицинских композиционных материалов и препаратов, и может быть использовано в. хирургии при восстановлении и лечении костной ткани.
В настоящее время в медицинской практике для замены и восстановления костной ткани широко используют биоматериалы на основе фосфатов кальция, такие как Ca10(PO4)6F2 (фторапатит - ФАП), но главным образом - Ca10(PO4)6(OH)2 (гидроксиапатит - ГАП), которые практически идентичны по структуре и химическому составу природной костной ткани и обладают выраженным остеотропным поведением в биологических средах. Эти вещества обладают чрезвычайной хрупкостью, и проблема лечения патологий и восстановления различных дефектов костной ткани с применением ГАП и/или ФАП остается весьма актуальной, поскольку недостатком биокерамики на основе апатитов являются: низкая механическая прочность и трещиностойкость, невысокая адгезия на металлической или керамической основе имплантата, особенно малопористого, что ограничивает широкое использование ГАП (ФАП), как для ликвидации дефектов костных тканей, так и создания покрытий с повышенной биосовместимостью на имплантате. Улучшить свойства биоматериалов на основе ГАП (ФАП) возможно за счет добавления к частицам ГАП и/или ФАП связующего агента, в частности желатина, частично гидролизованного белка коллагена.
Известен материал - искусственная каменная кальцинированная ткань, которая предназначена для восстановления функции и формы твердых: тканей живого вещества, в состав материала входит органический материал-водный раствор коллагена или желатина, смешанный с неорганическим материалом - смесью порошков кальций водородфосфата и тетракальцийфосфата (патент Япония №JP 2018-68467; МПК A61K 6/033. A61K 6/08, A61L 27/02, A61L 27/12; 2018 г.).
Недостатком известного материала является использование в качестве неорганического компонента смеси порошков кальций водородфосфата и тетракальцийфосфата, структура и химический состав которых не отвечают полностью природной костной ткани и не обладают явно выраженным остеотропным поведением в биологических средах.
Известен материал, используемый в качестве основы для восстановления костной ткани при лечении костного туберкулеза, который содержит допированный стронцием измельченный до нанометрового размера гидроксиапатит, желатин и лечебный препарат - альгинат натрия (заявка CN 109432498; МПК A61L 27/12, A61L 27/22, A61L 27/50, A61L 27/54, A61L 27/5; 2019 г.).
Однако специфическое назначение известного материала обусловливает сложность его состава, а именно использование допированного гидроксиапатита, получение которого предполагает дополнительный синтез исходного компонента, например, взаимодействием олеатов металла с раствором трибутилфосфата.
Известно композиционное покрытие для репарирования костных дефектов, которое включает желатин и гидроксиапатит, с добавкой сшивающего агента, который представляет собой гидрофильный радикал гидроксил или амино (одно из веществ: этандиоевая кислота, янтарная кислота или пимелиновая кислота), которые смешивают в соответствии с массовым соотношением 5÷8 : 5÷10 : 2÷4, и смесь помещают в один из растворителей: вода, тетрагидрофуран, эфир (заявка CN 109481733; МПК A61L 27/32, A61L 27/34, A61L 27/50, A61L 27/58; 2019 г.) (прототип).
Однако недостатком известного биоактивного покрытия является использование гидрофильного агента, что может при удалении влаги привести к увеличению пористости, при этом прочность на разрыв составляет 30-50 МПа.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать биоактивное покрытие для восстановления костной ткани оптимального состава максимально близкого к костной ткани, обладающего наряду с повышенной адгезионной прочностью (прочностью на разрыв) невысокой пористостью на поверхности имплантата или поврежденной ткани, при этом с высокой биодеградацией, способствующей регенерации костной ткани при различных костных патологиях, возможностью изготовления костных имплантатов и замещения дефектов, обладающее остеотропным поведением в биологических средах.
Поставленная задача решена в предлагаемом биоактивном покрытии для восстановления костных тканей, содержащем апатит и желатин, которое содержит апатит с размером частиц не более 10 мкм при следующем соотношении компонентов (масс. %):
апатит | - 35÷55; |
5-10 масс. % водный | |
раствор желатина | - 45÷65. |
При этом биоактивное покрытие по п. 1 содержит в качестве апатита гидроксиапатит или фторапатит.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известно биоактивное покрытие для восстановления костных тканей, содержащее апатит с размером частиц не более 10 мкм и желатин при соотношении компонентов (масс. %):
апатит | - 35÷55; |
5-10 масс. % водный | |
раствор желатина | - 45÷65. |
Исследования, проведенные авторами, подтвердили возможность получения биоактивного покрытия с использованием различных основ (титана, никеля, керамики), обеспечивающего высокую адгезию на поверхности как компактных, так и пористых; материалов и хорошую механическую прочность за счет невысокой пористости покрытия. При этом достаточным и необходимом условием является соблюдение предлагаемого состава покрытия, как по соотношению компонентов, так и по размерности частиц используемого апатита. При содержании апатита менее 35 масс. %, а водного раствора желатина более 65 масс. % возникает вероятность не полного равномерного покрытия поверхности основы, что ведет к снижению адгезии, а при содержании апатита более 55 масс. %, а водного, раствора желатина менее 45 масс. % возникает вероятность появления несмоченных раствором желатина частиц апатита, что ведет к снижению механической прочности. Размер частиц апатита должен быть в диапазоне ≤10 мкм, так как крупные включения, более 10 мкм будут снижать прочность покрытия из-за увеличения границы раздела фаз, что приводит к ухудшению пропитки частиц раствором желатина.
Предлагаемое покрытие может быть получено следующим образом. Для получения 5-10 масс. % водного раствора желатина желатин заливают соответствующим количеством воды и выдерживают 15 минут для набухания, после чего нагревают на водяной бане до температуры 60-80°C и перемешивают до полного растворения желатина, в теплый водный раствор вводят мелкокристаллический порошок гидроксиапатита или фторапатита с крупностью частиц не более 10 мкм, проводят тщательное смешивание до полной гомогенизация, то есть смачивания всех частичек. Полученную суспензию наносят на основу (пористый титан, пористый никель, титан, керамика) простым смачиванием или смазыванием поверхности основы. Затем полученные заготовки высушивают на воздухе в течение 24 часов или в. сушильном шкафу при температуре ниже 100°С (50-75°C) в течение 1-2 часов. В результате получают прочное покрытие из биоактивного материала на металлической (титан, никель) или керамической основе. Микротвердость покрытия (среднее значение) и адгезия приведены в таблице.
Прочность сцепления биоактивного покрытия с основой определяли методом центробежного отрыва (центрифуга СМ-6М, ELMI; центростремительное ускорение 500 м/с2). По полученным методом центробежного отрыва данным была рассчитана адгезионная прочность покрытий (табл.) на матрицах различной пористости и различного состава (титан, никель, керамика) в соответствии с формулой:
P=Fцентр/S=m ω2⋅r/S где
Р - адгезионная прочность, Н/м2;
m - масса покрытия, кг;
ω - угловая скорость вращения в момент разрыва, с-2;
r - расстояние от центра масс до оси вращения центрифуга, м;
S - площадь, контакта покрытия и подложки, м2.
На фиг. 1. представлена микроструктура биоактивного покрытия.
На фиг. 2. представлено микроизображение биоактивного покрытия со сформированной пористостью.
На фиг. 3. представлено биоактивное покрытие на титановой пластине.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Берут 1 грамм желатина и заливают 20 мл воды (5 масс. % водный раствор желатина), выдерживают 15 минут для набухания, после нагревают на водяной бане до температуры 60°С и перемешивают до полного растворения желатина, в теплый раствор вводят мелкокристаллический порошок гидроксиапатита состава Ca10(PO4)6(OH)2 в количестве 10 грамм (крупность частиц не более 10 мкм), проводят тщательное смешивание до полной гомогенизации, то есть смачивания всех частиц. Полученную суспензию наносят на основу из пористого титана простым смачиванием. Затем полученную заготовку сушат на воздухе в течение 24 часов. В результате получают прочное покрытие из биоактивного материала состава, масс. %: 5 масс. % водный раствор желатина - 65, гидроксиапатит - 35, на металлической (пористый титан) основе. Микротвердость покрытия (среднее-значение) и адгезия в таблице.
Пример 2. Берут 2 грамм желатина и заливают 20 мл воды (10 масс. % водный раствор желатина), выдерживают 15 минут для набухания, после нагревают на водяной бане до температуры 80°С и перемешивают до полного растворения желатина, в теплый раствор вводят мелкокристаллический порошок фторапатита состава Ca10(PO4)6F2 в количестве 24 грамм (крупность частиц не более 10 мкм), проводят тщательное смешивание до полной гомогенизации, то есть смачивания всех частиц. Полученную тестообразную суспензию наносят путем смазывания на основу - титановую пластину с помощью шпателя. Затем полученную заготовку сушат в сушильном шкафу при температуре 50°C в течение 1 часа. В результате получают прочное покрытие из биоактивного материала на металлической (титан) основе состава, масс. %: 10 масс. % водный раствор желатина - 45, фторапатит - 55. Микротвердость покрытия (среднее значение) и адгезия представлены в таблице.
Приме 3. Берут 1 грамм желатина и заливают 20 мл воды (5 масс. % водный раствор желатина), выдерживают 15 минут для набухания, после нагревают на водяной бане до температуры 60°С и перемешивают до полного растворения желатина, в теплый раствор вводят мелкокристаллический порошок гидроксиапатита состава Ca10(PO4)6(OH)2 в количестве 20 грамм (крупность частиц не более 10 мкм), проводят тщательное смешивание до полной гомогенизации, то есть смачивания всех частиц. Полученную суспензию наносят на основу из пористого никеля простым смачиванием. Затем полученную заготовку сушат на воздухе в течение 24 часов. В результате получают прочное покрытие из биоактивного материала состава, масс. %: 5 масс. % водный раствор желатина - 50, гидроксиапатит - 50, на металлической (пористый никель) основе. Микротвердость покрытия (среднее значение) и адгезия в таблице.
Пример 4. Берут 2 грамм желатина и заливают 20 мл воды (10 масс. % водный раствор желатина), выдерживают 15 минут для. набухания, после нагревают на водяной бане до температуры 80°С и перемешивают до полного растворения желатина, в теплый раствор вводят мелкокристаллический порошок фторапатита состава Ca10(PO4)6F2 в количестве 24 грамм (крупность частиц не более 10 мкм), проводят тщательное смешивание до полной гомогенизации, то есть смачивания всех частиц. Полученную тестообразную суспензию наносят путем смазывания на керамическую основу с помощью шпателя. Затем полученную заготовку сушат в сушильном шкафу при температуре 75°С в течение 2 часов. В результате получают прочное покрытие из биоактивного материала на керамической основе состава, масс. %: 10 масс. % водный раствор желатина - 45, фторапатит - 55. Микротвердость покрытия (среднее значение) и адгезия представлены в таблице.
Таким образом, авторами предлагается биоактивное покрытие для восстановления костных тканей оптимального состава максимально близкого к костной ткани, обладающее наряду с повышенной адгезионной прочностью (прочностью на разрыв) невысокой пористостью, обеспечивающей высокую микротвердость, на поверхности имплантата или поврежденной ткани, при этом с высокой биодеградацией, способствующей регенерации костной ткани при различных костных патологиях, возможностью изготовления костных имплантатов и замещения дефектов, обладающее остеотропным поведением в биологических средах.
Claims (3)
- Биоактивное покрытие для восстановления костных тканей, содержащее апатит и желатин, отличающееся тем, что оно содержит гидроксиапатит или фторапатит с размером частиц не более 10 мкм при следующем соотношении компонентов, масс.%:
- гидроксиапатит или фторапатит - 35÷55;
- 5-10 масс.% водный раствор желатина - 45÷65.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125998A RU2717676C1 (ru) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | Биоактивное покрытие для восстановления костной ткани |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125998A RU2717676C1 (ru) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | Биоактивное покрытие для восстановления костной ткани |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2717676C1 true RU2717676C1 (ru) | 2020-03-25 |
Family
ID=69943206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019125998A RU2717676C1 (ru) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | Биоактивное покрытие для восстановления костной ткани |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2717676C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753529C1 (ru) * | 2021-01-11 | 2021-08-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ изготовления гранул из биоактивного материала на основе гидроксиапатита или фторапатита |
RU2814661C1 (ru) * | 2022-12-29 | 2024-03-04 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Научно-технологический университет "Сириус" | Покрытие для имплантируемых медицинских изделий, способ приготовления и нанесения покрытия |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120036217A (ko) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 단국대학교 산학협력단 | 젤라틴-아파타이트를 함유하는 생체고분자를 이용한 골 조직 재생용 나노섬유의 제조방법 |
JP2018068467A (ja) * | 2016-10-26 | 2018-05-10 | 下田 信治 | 人工石灰化組織、人工石灰化補填材料、及び、人工石灰化組織の製造方法 |
CN109432498A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-08 | 广州创赛生物医用材料有限公司 | 一种用于骨结核治疗的骨修复支架及其制备方法 |
CN109481733A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-19 | 四川瑞宝生物科技股份有限公司 | 一种用于骨修复的复合涂层及其制备方法 |
-
2019
- 2019-08-19 RU RU2019125998A patent/RU2717676C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120036217A (ko) * | 2010-10-07 | 2012-04-17 | 단국대학교 산학협력단 | 젤라틴-아파타이트를 함유하는 생체고분자를 이용한 골 조직 재생용 나노섬유의 제조방법 |
JP2018068467A (ja) * | 2016-10-26 | 2018-05-10 | 下田 信治 | 人工石灰化組織、人工石灰化補填材料、及び、人工石灰化組織の製造方法 |
CN109432498A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-08 | 广州创赛生物医用材料有限公司 | 一种用于骨结核治疗的骨修复支架及其制备方法 |
CN109481733A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-03-19 | 四川瑞宝生物科技股份有限公司 | 一种用于骨修复的复合涂层及其制备方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2753529C1 (ru) * | 2021-01-11 | 2021-08-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ изготовления гранул из биоактивного материала на основе гидроксиапатита или фторапатита |
RU2814661C1 (ru) * | 2022-12-29 | 2024-03-04 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Научно-технологический университет "Сириус" | Покрытие для имплантируемых медицинских изделий, способ приготовления и нанесения покрытия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lee et al. | Induction of osteogenic differentiation in a rat calvarial bone defect model using an In situ forming graphene oxide incorporated glycol chitosan/oxidized hyaluronic acid injectable hydrogel | |
Heinemann et al. | Bio-inspired silica–collagen materials: applications and perspectives in the medical field | |
Luo et al. | 3D printing of strontium-doped hydroxyapatite based composite scaffolds for repairing critical-sized rabbit calvarial defects | |
JP3770555B2 (ja) | 複合生体材料 | |
Sariibrahimoglu et al. | Development of porous polyurethane/strontium‐substituted hydroxyapatite composites for bone regeneration | |
WO2020206799A1 (zh) | 三维生物打印墨水的制备方法及其应用 | |
Kim et al. | Preparation of a porous chitosan/fibroin-hydroxyapatite composite matrix for tissue engineering | |
KR20110007672A (ko) | 다공성 마이크로스피어 및 이의 제조방법 | |
JP2007512063A (ja) | 生体吸収性複合材料 | |
JP5578499B2 (ja) | リン酸カルシウム/生分解性ポリマーハイブリッド材料並びにその製法及びハイブリッド材料を用いたインプラント | |
RU2717676C1 (ru) | Биоактивное покрытие для восстановления костной ткани | |
Sadeghian et al. | Dentin extracellular matrix loaded bioactive glass/GelMA support rapid bone mineralization for potential pulp regeneration | |
Mohandesnezhad et al. | 3D-printed bioactive Chitosan/Alginate/Hardystonite scaffold for bone tissue engineering: Synthesis and characterization | |
EP1086711B1 (en) | Ceramic-polymer composites | |
KR101176793B1 (ko) | 실크 피브로인 가수분해물과 pmma를 함유하는 생체적합성 골 시멘트 조성물 | |
EP3468632B1 (en) | Settable bone void filler | |
PL236369B1 (pl) | Sposób otrzymywania rusztowania kostnego na bazie ceramiki fluoroapatytowej i polimeru oraz rusztowanie kostne | |
JP2567595B2 (ja) | 骨補綴部材 | |
CN113350573B (zh) | 一种具有骨诱导能力的多孔微球粘接剂及制备方法 | |
CN113499475B (zh) | 一种支架用复合材料及其制备方法和应用 | |
JPWO2010101242A1 (ja) | 非多孔質体及びその製造方法 | |
Galić et al. | Processing of gelatine coated composite scaffolds based on magnesium and strontium doped hydroxyapatite and yttria-stabilized zirconium oxide | |
RU2804689C2 (ru) | Способ получения композиционного гидрогеля, формирующегося in situ для замещения костно-хрящевых дефектов | |
EP4382142A1 (en) | Composition for preparing organic-inorganic complex hydrogel and kit for preparing organic-inorganic complex hydrogel comprising same | |
JP2015192867A (ja) | 骨細胞増殖用足場材料およびその製造方法 |