RU2768571C1 - Скаффолд для замещения костных дефектов - Google Patents
Скаффолд для замещения костных дефектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768571C1 RU2768571C1 RU2020142197A RU2020142197A RU2768571C1 RU 2768571 C1 RU2768571 C1 RU 2768571C1 RU 2020142197 A RU2020142197 A RU 2020142197A RU 2020142197 A RU2020142197 A RU 2020142197A RU 2768571 C1 RU2768571 C1 RU 2768571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scaffold
- bone
- carbon
- defect replacement
- bone defect
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS 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
- A61F2/00—Filters 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
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/28—Bones
-
- 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
- A61L27/08—Carbon ; Graphite
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Surgery (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии, имплантологии и ортопедии, и раскрывает скаффолд для замещения костных дефектов, выполненный из биосовместимого композиционного полимерного материала, покрытого слоем гидроксиапатита, при этом материал содержит углеродный матрикс высокопористого открытоячеистого углеродного материала, насыщенного пироуглеродом, с пористостью не менее 90% с биоактивным остеокондуктивным покрытием на основе кальций фосфатов толщиной не более 1 мкм. Повышение эффективности применения скаффолда для замещения костных дефектов обеспечивается благодаря наличию структуры близкой к структуре трабекулярной кости человека, высокой пористости (90%), достаточной прочности (не менее 4 МПа) и наличию биоактивного остеокондуктивного покрытия на основе кальций фосфатов. Скаффолд для замещения костных дефектов может быть использован при хирургическом лечении воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также костных травм. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии, имплантологии и ортопедии, и может быть использовано при хирургическом лечении воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также костных травм.
При хирургическом лечении костных заболеваний и травм возникает необходимость компенсации (замещения) костных дефектов с помощью имплантатов. В качестве имплантатов используют костные фрагменты пациента или искусственные материалы, обладающие биосовместимостью и достаточным уровнем прочности.
Известен имплантат для замещения костных дефектов (1) (Патент RU №2669352), который выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, включающего пористую матрицу из волокон кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,58…3,62 ангстрема, при общем количестве волокна 20…80%. Материал-наполнитель состоит из кристаллического углерода с межслоевым расстоянием 3,42…3,44 ангстрема в количестве 50…70% и аморфного углерода в виде кокса в количестве 10…20% от общего объема пор матрицы. При этом в аморфный углерод внедрены углеродные нанотрубки в количестве 0,05…1,0% от массы аморфного углерода.
Недостатком данного изобретения является невозможность предоперационной доработки импланта с учетом анатомических особенностей пациента, кроме этого, использование нанотрубок нежелательно, так как, по мнению международного агентства по изучению рака (IARC), углеродные нанотрубки следует отнести к группе веществ 2В по канцерогенности ("возможно канцерогены для людей"). Помимо общетоксического действия на организм углеродные нанотрубки способны, по данным ряда исследований, оказывать избирательное повреждающее воздействие на генетический аппарат клетки и удаленные от места внедрения в организм органы-мишени (2-4).
Известен имплантат для замещения костных дефектов (5) (Патент на полезную модель RU №171824), выполненный из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, отличающийся тем, что он выполнен в виде трех соосных цилиндров, при этом диаметр среднего цилиндра составляет 10-30 мм, а диаметры крайних цилиндров одинаковы, меньше диаметра среднего цилиндра и составляют 5-15 мм, при этом общая длина имплантата - 20-140 мм, а длина крайнего цилиндра - 5-20 мм.
Недостатком данного изобретения является сложность конструкции и отсутствие остеокондуктивного и остеоиндуктивного потенциала.
Известен композиционный материал для замещения костных дефектов и способ его изготовления (6) (Патент RU №2609829), принятый за прототип, включающий волокнистую армирующую основу, выполненную в виде каркаса из стержней, содержащих углеродные волокна, ориентированные вдоль оси стержней, и содержащего вертикально установленные стержни и горизонтальные слои, каждый из которых образован параллельно ориентированными стержнями, а стержни каждого слоя ориентированы относительно стержней предыдущего и последующего слоя под углом 60°, и матрицу из пироуглерода, отличающийся тем, что некоторые заранее выбранные стержни, стержни одного, нескольких или всех направлений армирования, входящие в армирующую основу, содержат в своем составе одно или несколько химических соединений из группы оксид алюминия, карбид кремния, ортофосфат кальция, пирофосфат кальция, оксид титана, карбид титана, оксид циркония, карбид циркония, оксид ниобия, карбид ниобия, оксид гафния, карбид гафния, оксид тантала, карбид тантала, карбид вольфрама в количестве 0,1-10% от массы стержня.
Недостатком данного изобретения является сложность конструкции, отсутствие остеокондуктивного и остеоиндуктивного потенциала, а также введения большого количества химических соединений, которые недостаточно изучены для инвазивного применения в человеке и могут обладать канцерогенными и патогенными эффектами, например, обнаружены различные патологические эффекты диоксида титана на организм человека и животных: онкогенные, иммуномодулирующие и аллергические (7).
Известен способ получения высокопористого открытоячеистого углеродного материала (8) (Заявка на патент RU №2020129066 от 02.09.2020 г.), использующий заготовку из пенополиуретана, пропитанную синтетической термореактивной смолой с последующей термообработкой до 1000°С и изотермической выдержкой при этой температуре в инертной атмосфере, с насыщением карбонизованной заготовки пироуглеродом из газовой фазы, отличающийся тем, что пропитку синтетической термореактивной смолой ведут под воздействием ультразвука в течение не менее 30 минут, с последующей конвективной сушкой при температуре не более 80°С, в течение 5-30 минут, термообработку проводят с постоянной скоростью нагрева 3-4°С/мин, с изотермической выдержкой течение не менее 30 минут, а насыщение пироуглеродом проводят при температуре не менее 950°С, в атмосфере метана, до достижения прироста массы не менее 150% от массы заготовки. При этом раствор термореактивной смолы в этиловом спирте имеет вязкость от 30 до 70 Пуаз.
Полученный по вышеуказанному способу высокопористый открытоячеистый углеродный материал используется в качестве основы - углеродного матрикса предлагаемого скаффолда для замещения костных дефектов.
Технический результат предложенного решения заключается в повышении эффективности применения скаффолда для замещения костных дефектов благодаря наличию структуры близкой к структуре трабекулярной кости человека (фиг. 1), высокой пористости (≥90%), достаточной прочности (не менее 4 МПа) и наличию биоактивного остеокондуктивного покрытия на основе кальций фосфатов.
Данный технический результат достигается тем, что скаффолд для замещения костных дефектов, выполненный из биосовместимого композиционного полимерного материала, покрытого слоем гидроксиапатита, отличается тем, что материал содержит углеродный матрикс высокопористого открытоячеистого углеродного материала, насыщенного пироуглеродом, с пористостью не менее 90% с биоактивным остеокондуктивным покрытием на основе кальций фосфатов толщиной не более 1 мкм. При этом матрикс имеет прочность на сжатие не менее 4 МПа.
Увеличенная, в отличие от известных, пористость высокопористого открытоячеистого углеродного материала до 94% получена за счет интенсификации процесса импрегнации и отсутствии наполнителя в импрегнирующем растворе. Одним из способов повышения физико-механических характеристик высокопористых материалов на основе углерода является нанесение покрытий. Для материала, по предлагаемому изобретению, наиболее предпочтительным является углеродное покрытие (пироуглерод), благодаря высокой адгезии, возможности получения равномерного слоя, биологической совместимости (например, при изготовлении остеопластических материалов). Сравнительные характеристики высокопористого открытоячеистого углеродного материала по физико-механическим свойствам также больше в отличие от известных, предел прочности на сжатие не менее 4 МПа.
Сформированный методом электрохимического осаждения на поверхности основы имплантата слой гидроксиапатита, не только покрывает ее, но и проникает в поверхностные поры имплантата, при этом возможно получение толщины покрытия менее 1 мкм (уменьшение толщины приводит к уменьшению расслоения и трещинообразования, которое часто наблюдается у более толстых покрытий) (9). Гидроксиапатит, в силу своих остеоиндуктивных свойств, способствует проникновению в него оссеина (коллагена 1 типа) и остеобластов. Это упрощает доставку таких элементов, как кальций и фосфор, к месту формирования костной ткани, т.е. к оперированной области. За счет этого сокращаются сроки восстановления пациента. Гидроксиапатит является основной минеральной составляющей костей (около 50% от общей массы кости). В медицине синтетический гидроксиапатит используется как наполнитель, замещающий части утерянной кости (в травматологии и ортопедии, хирургии кисти), и как покрытие имплантатов, способствующее формированию костной ткани.
Используемый для изготовления скаффолда пироуплотненный высокопористый открытоячеистый углеродный материал на основе стеклоуглерода с биоактивным покрытием на основе кальций фосфатов (фигура 2) обладает биосовместимостью, прочностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, подтвержденными испытаниями in vitro и in vivo. По результатам испытаний, скаффолд не проявляет ни общетоксического действия на организм лабораторного животного, ни местного патогенного действия на окружающие ткани, также скаффолд обладает хорошей адгезией с мягкими тканями, стимулируют ангеогенез и плотно фиксируется в зоне имплантации. При томографической оценке аутопсийного материала и компьютерной денситометрии области имплантации материала было обнаружено большее содержание костно-хрящевого регенерата. Кроме того, благодаря высокой пористости материала, наблюдается капиллярный эффект, позволяющий текучим средам равномерно, независимо от направления кровотока, проникать внутрь скаффолда, что приводит к улучшенному образованию костной ткани и, соответственно, срастанию.
Кроме того, скаффолд для замещения костных дефектов по настоящему изобретению обладает легкостью механической обработки, что позволяет доработать иплантат предоперационно с учетом анатомических особенностей пациента и геометрией дефекта. Предлагаемый скаффолд отвечает требованиям, предъявляемым к остеопластическим материалам, а именно:
- биосовместимость;
- остеокондукция;
- остеоиндукция;
- пористость;
- прочность.
Материалы и вещества, входящие в состав скаффолда, не являются токсичными, канцерогенными, иммуногенными и разрешены к применению в медицине.
Применение скаффолда для замещения костных дефектов в клинической практике позволит повысить эффективность лечения за счет восстановления дефектного сегмента и отсутствия необходимости проведения повторных, ревизионных, а также хирургических вмешательств по удалению скаффолда.
Таким образом, применение предлагаемого технического решения обеспечивает получение скаффолда для замещения костных дефектов, структура которого сходна со структурой трабекулярной кости человека, на основе пироуплотненного высокопористого открытоячеистого углеродного материала с остеокондутивным и остеоиндуктивным покрытием из кальций фосфата, в частности гидроксиапатита. Скаффолд обладает высокой пористостью, биосовместимостью, достаточной прочностью, а также не является токсичным, что позволяет увеличить эффективность лечения данным видом остеопластического материала.
Claims (2)
1. Скаффолд для замещения костных дефектов, выполненный из биосовместимого композиционного полимерного материала, покрытого слоем гидроксиапатита, отличающийся тем, что материал содержит углеродный матрикс высокопористого открытоячеистого углеродного материала, насыщенного пироуглеродом, с пористостью не менее 90% с биоактивным остеокондуктивным покрытием на основе кальций фосфатов толщиной не более 1 мкм.
2. Скаффолд для замещения костных дефектов по п. 1, отличающийся тем, что матрикс имеет прочность на сжатие не менее 4 МПа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142197A RU2768571C1 (ru) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | Скаффолд для замещения костных дефектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142197A RU2768571C1 (ru) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | Скаффолд для замещения костных дефектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2768571C1 true RU2768571C1 (ru) | 2022-03-24 |
Family
ID=80819469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020142197A RU2768571C1 (ru) | 2020-12-21 | 2020-12-21 | Скаффолд для замещения костных дефектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2768571C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2204361C2 (ru) * | 2000-07-04 | 2003-05-20 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Протез тела позвонка |
DE10333099A1 (de) * | 2003-07-21 | 2005-02-10 | Blue Membranes Gmbh | Implantate mit funktionalisierten Kohlenstoffoberflächen |
RU2609829C1 (ru) * | 2015-09-25 | 2017-02-06 | Олег Викторович Барзинский | Композиционный материал для замещения костных дефектов и способ его изготовления |
EP3488877A4 (en) * | 2016-07-25 | 2020-03-25 | UBE Industries, Ltd. | IMPLANT AND KIT FOR TREATING BONE LESION SITES AND METHOD FOR TREATING LESION SITES |
-
2020
- 2020-12-21 RU RU2020142197A patent/RU2768571C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2204361C2 (ru) * | 2000-07-04 | 2003-05-20 | Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов" | Протез тела позвонка |
DE10333099A1 (de) * | 2003-07-21 | 2005-02-10 | Blue Membranes Gmbh | Implantate mit funktionalisierten Kohlenstoffoberflächen |
RU2609829C1 (ru) * | 2015-09-25 | 2017-02-06 | Олег Викторович Барзинский | Композиционный материал для замещения костных дефектов и способ его изготовления |
EP3488877A4 (en) * | 2016-07-25 | 2020-03-25 | UBE Industries, Ltd. | IMPLANT AND KIT FOR TREATING BONE LESION SITES AND METHOD FOR TREATING LESION SITES |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
САДОВОЙ М.А. и др. Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы. Хирургия позвоночника. 2014. N2, c.79-86. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU88952U1 (ru) | Имплантат для компенсации костных дефектов | |
US11213605B2 (en) | Large 3D porous scaffolds made of active hydroxyapatite obtained by biomorphic transformation of natural structures and process for obtaining them | |
RU88953U1 (ru) | Имплантат для хирургического восстановительного лечения дефектов кости | |
RU88954U1 (ru) | Имплантат для замещения костных дефектов | |
Agarwal et al. | Mechanical and biological behaviour of additive manufactured biomimetic biodegradable orthopaedic cortical screws | |
Zhang et al. | Repair of segmental long bone defect in a rabbit radius nonunion model: comparison of cylindrical porous titanium and hydroxyapatite scaffolds | |
Li et al. | In vitro calcium phosphate formation on a natural composite material, bamboo | |
RU171317U1 (ru) | Имплантат для компенсации дефектов кости | |
RU2768571C1 (ru) | Скаффолд для замещения костных дефектов | |
Liang et al. | Fabrication of porous tantalum with low elastic modulus and tunable pore size for bone repair | |
Karthic et al. | Characterization of 3D-printed graphene-reinforced PLA scaffold for bone regeneration | |
RU167669U1 (ru) | Имплантат для хирургического замещения костных дефектов | |
Chłopek et al. | Non-metallic composite materials for bone surgery | |
RU2617052C1 (ru) | Композиционный углеродный наноматериал для замещения костных дефектов, способ его изготовления и имплантат из композиционного углеродного наноматериала | |
RU170113U1 (ru) | Имплантат для хирургического замещения дефектов кости | |
RU167670U1 (ru) | Имплантат для замещения дефектов кости | |
RU168515U1 (ru) | Имплантат для хирургической компенсации дефектов кости | |
RU172399U1 (ru) | Имплантат для хирургической компенсации костных дефектов | |
CN101474425A (zh) | 人造金属海绵骨及其制造方法 | |
WO2018038624A1 (ru) | Композиционный углеродный наноматериал для замещения костных дефектов, способ его изготовления и имплантант из композиционного углеродного наноматериала | |
JP6803067B2 (ja) | 頭蓋骨接合部材 | |
RU2414916C2 (ru) | Способ совмещения культивированных остеогенных клеток и трехмерного материала-носителя | |
WO2017069654A2 (ru) | Композиционный материал для компенсации костных дефектов, способ его изготовления и имплантат из композиционного материала | |
RU2606270C1 (ru) | Имплантат для хирургического лечения онкологических и воспалительных заболеваний кости | |
RU169561U1 (ru) | Имплантат для компенсации костных дефектов |