RU2814661C1 - Coating for implanted medical devices, method of preparing and applying coating - Google Patents

Coating for implanted medical devices, method of preparing and applying coating Download PDF

Info

Publication number
RU2814661C1
RU2814661C1 RU2022135117A RU2022135117A RU2814661C1 RU 2814661 C1 RU2814661 C1 RU 2814661C1 RU 2022135117 A RU2022135117 A RU 2022135117A RU 2022135117 A RU2022135117 A RU 2022135117A RU 2814661 C1 RU2814661 C1 RU 2814661C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
medical devices
mixture
implanted
implantable medical
Prior art date
Application number
RU2022135117A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Клинов
Александр Петрович Москалец
Ольга Павловна Бойченко
Дмитрий Анатольевич Иванов
Original Assignee
Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Научно-технологический университет "Сириус"
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Научно-технологический университет "Сириус" filed Critical Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Научно-технологический университет "Сириус"
Application granted granted Critical
Publication of RU2814661C1 publication Critical patent/RU2814661C1/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of bioactive coating for implanted medical devices, methods of its manufacture and use. Proposed coating for implanted medical devices contains three components: biodegradable polyester, namely polylactide, gelatine and calcium phosphate nanoparticles in weight ratio of 31:13.5:43. Also disclosed is a method for preparing a mixture for applying a bioactive coating on implanted medical devices, wherein three components are mixed in a highly volatile solvent to obtain a mixture: a biodegradable polyester, namely polylactide, gelatine and calcium phosphate nanoparticles in a weight ratio of 31:13.5:43, wherein the coating mixture is a suspension obtained by dissolving a biodegradable polyester in a volatile solvent and adding nanoparticles of calcium phosphate and gelatine in said ratio. According to the proposed method of coating implantable medical devices, the implanted article, in particular the implanted fastener, is immersed in a mixture prepared according to the method described above; excess mixture is removed from the surface of the implanted article; implanted article is dried until its constant weight is achieved.
EFFECT: group of inventions provides obtaining a coating with optimization of mechanical properties and simultaneously providing higher biocompatibility of implanted medical devices.
8 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области биоактивного покрытия из биоразлагаемых полиэфиров для имплантируемых медицинских изделий, в частности покрытий для крепежных изделий.The invention relates to the field of bioactive coatings made of biodegradable polyesters for implantable medical devices, in particular coatings for fasteners.

Различные композиции для покрытия имплантируемых медицинских изделий и способы нанесения покрытия на такие изделия достаточно хорошо известны в данной области техники.Various coating compositions for implantable medical devices and methods for coating such devices are well known in the art.

Имплантируемые медицинские изделия с нанесенным покрытием используют, например, в качестве заменителей кожи, костей или хрящей.Coated implantable medical devices are used, for example, as skin, bone or cartilage substitutes.

Заявленное изобретение предназначено для покрытия протезируемых устройств, в большей степени костей и хрящей, а также нанесения покрытиях на их элементы.The claimed invention is intended for coating prosthetic devices, mostly bones and cartilage, as well as applying coatings to their elements.

В патенте США №5788979 излагается способ покрытия биосовместимого вещества, которое вступает в соприкосновение с кровью больного, причем композиция для покрытия предназначена для того, чтобы предотвратить коагуляцию крови за счет биоматериала. В данном способе рассасывающийся материал, который совместим с кровью и тканями человеческого организма, сначала получают в жидком состоянии, а затем в жидкий рассасывающийся материал вводят антикоагулирующую композицию. Таким путем получают жидкий материал для покрытия, который можно наносить на биосовместимый материал непрерывно и затем сушить. Данным способом и с указанными материалами можно получать слои покрытия толщиной менее 100 мкм.US Patent No. 5,788,979 discloses a method of coating a biocompatible substance that comes into contact with the blood of a patient, the coating composition being intended to prevent coagulation of the blood by the biomaterial. In this method, an absorbable material that is compatible with the blood and tissues of the human body is first obtained in a liquid state, and then an anticoagulant composition is introduced into the liquid absorbable material. In this way, a liquid coating material is obtained which can be applied continuously to the biocompatible material and then dried. Using this method and with the specified materials, it is possible to obtain coating layers less than 100 microns thick.

Кроме того, в патенте США №5788979 сообщают, что рассасывающийся материал может представлять, в частности, рассасывающиеся синтетические полимеры, такие как, например, полимеры полигликолевых кислот, полимеры молочных кислот, полигидроксибутираты, полигидроксивалераты, полидиоксаноны, модифицированные крахмалы, целлюлозы и т.п.In addition, US Pat. No. 5,788,979 teaches that the absorbable material may be, in particular, absorbable synthetic polymers, such as, for example, polyglycolic acid polymers, lactic acid polymers, polyhydroxybutyrates, polyhydroxyvalerates, polydioxanones, modified starches, celluloses, and the like. .

Общими признаками заявленного изобретения с известными из уровня техники биоразлагаемыми покрытиями для имплантов является применение биоразлагаемых полимеров.The common features of the claimed invention with biodegradable coatings for implants known from the prior art is the use of biodegradable polymers.

Недостатком указанных покрытий является то, что после контакта с рекомбинантно продуцируемым гирудином у многих больных вырабатываются антитела против комплексов гирудин-тромбин, что делает антитромботическое действие данного вещества нерегулируемым.The disadvantage of these coatings is that after contact with recombinantly produced hirudin, many patients develop antibodies against hirudin-thrombin complexes, which makes the antithrombotic effect of this substance unregulated.

Из уровня техники известно по патенту РФ №2452517 (дата приоритета: 30.08.2008 г., дата публикации: 10.06.2012 г., МПК A61L 31/16, A61L 27/04, A61F 2/82, A61L 27/34, A61F 2/06) биоразрушаемое покрытие, состоящее из биоразрушаемых полимеров и, в частности, желатина. Также для изготовления биоразлагаемого импланта используют резорбируемые вещества: соли металлов, такие как хлорид кальция, сульфат кальция, фосфат кальция.Known from the prior art under RF patent No. 2452517 (priority date: 08/30/2008, publication date: 06/10/2012, IPC A61L 31/16, A61L 27/04, A61F 2/82, A61L 27/34, A61F 2/06) a biodegradable coating consisting of biodegradable polymers and, in particular, gelatin. Also, for the manufacture of a biodegradable implant, resorbable substances are used: metal salts, such as calcium chloride, calcium sulfate, calcium phosphate.

Техническим результатом является получение покрытия с оптимизацией механических свойств и одновременно обеспечивающее повышение биосовместимости имплантируемых медицинских изделий.The technical result is to obtain a coating that optimizes mechanical properties and at the same time provides increased biocompatibility of implanted medical devices.

Технический результат достигается за счет того, что используется покрытие для имплантируемых медицинских изделий, содержащее смесь по меньшей мере из трех компонентов: биоразлагаемый полиэфир, желатин и фосфат кальция, при этом массовое соотношение биоразлагаемого полиэфира и желатина находится в пределах (30 - 40):(10 - 20), где остальное фосфат кальция.The technical result is achieved due to the fact that a coating is used for implantable medical devices containing a mixture of at least three components: biodegradable polyester, gelatin and calcium phosphate, while the mass ratio of biodegradable polyester and gelatin is in the range (30 - 40):( 10 - 20), where the rest is calcium phosphate.

Материал, полученный по заявленному способу, обладает инкапсулирующей функцией для желатина и его пролонгированного высвобождения. Добавление к биоразлагаемому полиэфиру, например, полилактиду, поликапролактону или полигликолиду, желатина необходимо для увеличения гидрофильности покрытия, что требуется для предотвращения образования фиброзной капсулы вокруг импланта и улучшения адгезии и для обеспечения питанием быстро делящихся и пролиферирующих клеток. Использование фосфата кальция необходимо для удовлетворения потребности костных клеток в больших количествах «строительного материла» при образовании новой костной ткани. Предпочтительно использовать фосфат кальция в микро- и нанокристаллическом варианте для увеличения степени и скорости резорбции.The material obtained by the claimed method has an encapsulating function for gelatin and its prolonged release. The addition of gelatin to a biodegradable polyester, such as polylactide, polycaprolactone or polyglycolide, is necessary to increase the hydrophilicity of the coating, which is required to prevent the formation of a fibrous capsule around the implant and improve adhesion and to provide nutrition to rapidly dividing and proliferating cells. The use of calcium phosphate is necessary to meet the need of bone cells for large quantities of “building material” during the formation of new bone tissue. It is preferable to use calcium phosphate in micro- and nanocrystalline form to increase the degree and rate of resorption.

Именно заявленное соотношение биоразлагаемого полиэфира и желатина, а также добавление фосфата кальция позволило обеспечить достижение технического результата для покрытия имплантируемых изделий, выполненных из различных материалов.It was the stated ratio of biodegradable polyester and gelatin, as well as the addition of calcium phosphate, that made it possible to achieve a technical result for coating implanted products made of various materials.

Кроме того, концентрация суспензии смеси в покрытии для имплантируемых медицинских изделий может составлять от 10 мг/мл до 100 мг/мл.In addition, the concentration of the suspension of the mixture in the coating for implantable medical devices can be from 10 mg/ml to 100 mg/ml.

В качестве биоразлагаемого полиэфира в покрытии может содержаться полилактид, полигликолид или их сополимеры.As a biodegradable polyester, the coating may contain polylactide, polyglycolide or their copolymers.

Технический результат достигается за счет того, что реализуется способ приготовления покрытия для имплантируемых медицинских изделий, при котором смешивают в летучем растворителе до получения гомогенной смеси по меньшей мере три компонента: биоразлагаемый полиэфир, желатин и фосфат кальция, при массовом соотношении биоразлагаемого полиэфира и желатина в пределах (30 - 40):(10 - 20), где остальное фосфат кальция.The technical result is achieved due to the fact that a method of preparing a coating for implantable medical devices is implemented, in which at least three components are mixed in a volatile solvent to obtain a homogeneous mixture: biodegradable polyester, gelatin and calcium phosphate, with a mass ratio of biodegradable polyester and gelatin within (30 - 40): (10 - 20), where the rest is calcium phosphate.

Использование легколетучего растворителя обеспечивает образование пористого покрытия на стадии сушки, что необходимо для увеличения шероховатости (т.е. общей поверхности) и, как следствие, клеточной адгезии к импланту. Биоразлагаемый полиэфир обеспечивает механическую прочность получаемого покрытия и служит матрицей, в которой диспергирован желатин и фосфат кальция.The use of a highly volatile solvent ensures the formation of a porous coating at the drying stage, which is necessary to increase the roughness (i.e. the total surface) and, as a result, cell adhesion to the implant. Biodegradable polyester provides mechanical strength to the resulting coating and serves as a matrix in which gelatin and calcium phosphate are dispersed.

Известен вариант реализации способа приготовления покрытия для имплантируемых медицинских изделий, в котором используют фосфат кальция с размером частиц от 20 до 100 нм.There is a known embodiment of a method for preparing a coating for implantable medical devices, in which calcium phosphate with a particle size of 20 to 100 nm is used.

Известен вариант реализации способа приготовления покрытия для имплантируемых медицинских изделий, в котором в качестве летучего растворителя используют хлороформ, дихлорметан или любой другой летучий растворитель, используемый для полимеров.There is a known embodiment of a method for preparing a coating for implantable medical devices, in which chloroform, dichloromethane or any other volatile solvent used for polymers is used as a volatile solvent.

Также технический результат достигается за счет того, что реализуется способ нанесения покрытия имплантируемых медицинских изделий, при которомAlso, the technical result is achieved due to the fact that a method of coating implantable medical devices is implemented, in which

- имплантируемое изделие погружают в заявленное покрытие,- the implanted product is immersed in the declared coating,

- удаляют избыток покрытия с поверхности имплантируемого изделия;- remove excess coating from the surface of the implanted product;

- сушат имплантируемое изделие до достижения его постоянной массы.- dry the implanted product until it reaches its constant weight.

Известен вариант реализации способа нанесения покрытия имплантируемых медицинских изделий, в котором имплантируемое изделие сушат в вакуумном шкафу в течение не менее 60 минут при температуре 60-70°С.There is a known embodiment of a method for coating implantable medical devices, in which the implanted product is dried in a vacuum oven for at least 60 minutes at a temperature of 60-70°C.

Известен вариант реализации способа нанесения покрытия имплантируемых медицинских изделий, в котором качестве имплантируемого изделия используют крепежный элемент.There is a known embodiment of a method for coating implantable medical devices, in which a fastening element is used as an implanted product.

Пример 1. Получение смеси для нанесения биоактивного покрытия для имплантируемых медицинских изделий.Example 1. Preparation of a mixture for applying a bioactive coating for implantable medical devices.

Первоначально готовят раствор биоразлагаемого полимера, например, полилактида в легколетучем растворителе, например, хлороформе. Для этого растворяют, например, 6,2 г полилактида в 175 мл хлороформа, добавляют туда наночастицы фосфата кальция (8,6 г) размером около 30 нм и желатина (2,7 г). Далее диспергируют в ультразвуковой ванне для разрушения агрегатов в течение 40 мин и оставляют на автоматической качалке до момента использования. Содержание сухого остатка (суспензии) в данном варианте составляет 100 мг/мл, при массовом соотношении компонентов - полиэфир: желатин: фосфат кальция равно 35,4: 15,4: 49,2.Initially, prepare a solution of a biodegradable polymer, for example, polylactide, in a highly volatile solvent, for example, chloroform. To do this, dissolve, for example, 6.2 g of polylactide in 175 ml of chloroform, add nanoparticles of calcium phosphate (8.6 g) with a size of about 30 nm and gelatin (2.7 g). Next, they are dispersed in an ultrasonic bath to destroy the aggregates for 40 minutes and left on an automatic rocker until use. The content of the dry residue (suspension) in this embodiment is 100 mg/ml, with the mass ratio of the components being polyester: gelatin: calcium phosphate equal to 35.4: 15.4: 49.2.

При других заявленных соотношениях биоразлагаемого полиэфира, желатина и фосфата кальция смесь получают аналогично примеру описанному выше.With other stated ratios of biodegradable polyester, gelatin and calcium phosphate, the mixture is prepared similarly to the example described above.

Пример 2. Нанесение биоактивного покрытия толщиной 100 мкм.Example 2. Application of a bioactive coating with a thickness of 100 microns.

В суспензию, полученную в примере 1, полностью погружают винт импланта размером 0.8 см*2.5 см, выполненный, например, из полилактида, выдерживают в течение 5 секунд, вынимают и удаляют избыток суспензии. После этого сушат полученный винт с покрытием до постоянной массы (60 минут) в вертикальном положении при температуре 60°С. Получают покрытие, которое по данным сканирующей электронном микроскопии имеет толщину 100-120 мкм и поры от 200 нм до 50 мкм.An implant screw measuring 0.8 cm * 2.5 cm, made, for example, from polylactide, is completely immersed in the suspension obtained in example 1, held for 5 seconds, removed and excess suspension is removed. After this, the resulting coated screw is dried to constant weight (60 minutes) in a vertical position at a temperature of 60°C. A coating is obtained, which, according to scanning electron microscopy, has a thickness of 100-120 microns and pores from 200 nm to 50 microns.

Пример 3. Получение биоактивного покрытия толщиной 20 мкм.Example 3. Preparation of a bioactive coating with a thickness of 20 microns.

Суспензию, полученную в примере 1, разводят в 10 раз по объему до концентрации сухого остатка 10 мг/мл и наносят биоактивное покрытие способом, описанным в примере 2, на имплантируемый винт. Получают покрытие толщиной 10-20 мкм с порами диаметром около 200 нм.The suspension obtained in example 1 is diluted 10 times by volume to a dry residue concentration of 10 mg/ml and a bioactive coating is applied in the manner described in example 2 to the implanted screw. A coating with a thickness of 10-20 microns with pores with a diameter of about 200 nm is obtained.

Таким образом, при осуществлении способа для приготовления покрытия, нанесения этого покрытия на медицинские имплантируемые изделия и само покрытие обеспечивают достижение заявленного технического результата.Thus, when implementing the method for preparing the coating, applying this coating to medical implantable products and the coating itself, the stated technical result is achieved.

Claims (11)

1. Покрытие для имплантируемых медицинских изделий, содержащее три компонента: биоразлагаемый полиэфир, а именно полилактид, желатин и наночастицы фосфата кальция в массовом соотношении 31:13,5:43.1. A coating for implantable medical devices containing three components: biodegradable polyester, namely polylactide, gelatin and calcium phosphate nanoparticles in a mass ratio of 31:13.5:43. 2. Способ приготовления смеси для нанесения биоактивного покрытия на имплантируемые медицинские изделия, при котором смешивают в легколетучем растворителе до получения смеси три компонента: биоразлагаемый полиэфир, а именно полилактид, желатин и наночастицы фосфата кальция в массовом соотношении 31:13,5:43, при этом смесь для нанесения покрытия представляет собой суспензию, полученную при растворении в летучем растворителе биоразлагаемого полиэфира и добавлении наночастиц фосфата кальция и желатина в указанном соотношении.2. A method for preparing a mixture for applying a bioactive coating to implantable medical devices, in which three components are mixed in a highly volatile solvent to obtain a mixture: biodegradable polyester, namely polylactide, gelatin and calcium phosphate nanoparticles in a mass ratio of 31:13.5:43, at In this case, the coating mixture is a suspension obtained by dissolving biodegradable polyester in a volatile solvent and adding nanoparticles of calcium phosphate and gelatin in the specified ratio. 3. Способ приготовления смеси для нанесения биоактивного покрытия на имплантируемые медицинские изделия по п.2, в котором используют фосфат кальция с размером зерен от 20 до 100 нм. 3. A method for preparing a mixture for applying a bioactive coating to implantable medical devices according to claim 2, in which calcium phosphate with a grain size from 20 to 100 nm is used. 4. Способ приготовления смеси для нанесения биоактивного покрытия на имплантируемые медицинские изделия по п.2, в котором концентрация полученной суспензии составляет от 10 мг/мл до 100 мг/мл сухого остатка.4. A method for preparing a mixture for applying a bioactive coating to implantable medical devices according to claim 2, in which the concentration of the resulting suspension is from 10 mg/ml to 100 mg/ml of dry residue. 5. Способ приготовления смеси для нанесения биоактивного покрытия на имплантируемые медицинские изделия по п.2, в котором в качестве легколетучего растворителя используют хлороформ, дихлорметан.5. A method for preparing a mixture for applying a bioactive coating to implantable medical devices according to claim 2, in which chloroform and dichloromethane are used as a highly volatile solvent. 6. Способ нанесения покрытия на имплантируемые медицинские изделия, при котором 6. Method of coating implantable medical devices, in which - имплантируемое изделие погружают в смесь, приготовленную по способу по любому из пп.2-5,- the implanted product is immersed in a mixture prepared according to the method according to any one of claims 2-5, - удаляют избыток смеси с поверхности имплантируемого изделия;- remove excess mixture from the surface of the implanted product; - сушат имплантируемое изделие до достижения его постоянной массы.- dry the implanted product until it reaches its constant weight. 7. Способ нанесения покрытия на имплантируемые медицинские изделия по п.6, в котором имплантируемое изделие сушат в вакуумном шкафу в течение не менее 60 минут при температуре 60-70°С. 7. The method of coating implantable medical devices according to claim 6, in which the implanted product is dried in a vacuum cabinet for at least 60 minutes at a temperature of 60-70°C. 8. Способ нанесения покрытия на имплантируемые медицинские изделия по п.6, в котором качестве имплантируемого изделия используют имплантируемый крепежный элемент.8. The method of coating implantable medical products according to claim 6, in which an implantable fastening element is used as an implantable product.
RU2022135117A 2022-12-29 Coating for implanted medical devices, method of preparing and applying coating RU2814661C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2814661C1 true RU2814661C1 (en) 2024-03-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001001930A2 (en) * 1999-07-02 2001-01-11 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Composite materials comprised of calcium compounds and protein constituents
WO2009106502A2 (en) * 2008-02-27 2009-09-03 Thommen Medical Ag Implant and method for the manufacture thereof
RU2452517C2 (en) * 2007-01-30 2012-06-10 Хемотек Аг Biodegradable device for vessel lumen maintenance
US20130273135A1 (en) * 2008-03-25 2013-10-17 University Of Utah Research Foundation Controlled Release Combination Biomaterials
CN106222723B (en) * 2016-08-17 2018-08-31 高孝雪 A kind of implant composite biological coatings and its preparation process
RU2717676C1 (en) * 2019-08-19 2020-03-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Bioactive coating for bone tissue recovery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001001930A2 (en) * 1999-07-02 2001-01-11 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Composite materials comprised of calcium compounds and protein constituents
RU2452517C2 (en) * 2007-01-30 2012-06-10 Хемотек Аг Biodegradable device for vessel lumen maintenance
WO2009106502A2 (en) * 2008-02-27 2009-09-03 Thommen Medical Ag Implant and method for the manufacture thereof
US20130273135A1 (en) * 2008-03-25 2013-10-17 University Of Utah Research Foundation Controlled Release Combination Biomaterials
CN106222723B (en) * 2016-08-17 2018-08-31 高孝雪 A kind of implant composite biological coatings and its preparation process
RU2717676C1 (en) * 2019-08-19 2020-03-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Bioactive coating for bone tissue recovery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КУРМАНАЛИНА М.А. и др. Синтетические биоматериалы в стоматологии. Вестник Казахского Национального медицинского университета, 2018, N. 1, с. 538-541, [онлайн], [найдено 26.06.2023]. Найдено из Интернет: https://cyberleninka.ru/article/n/sinteticheskie-biomaterialy-v-stomatologii. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fini et al. The healing of confined critical size cancellous defects in the presence of silk fibroin hydrogel
JP5726014B2 (en) Biologically active implants
US8034363B2 (en) Sustained release systems of ascorbic acid phosphate
JP6212586B2 (en) Bone grafting and biocomposites for dental prostheses
US9364587B2 (en) Bone regeneration using biodegradable polymeric nanocomposite materials and applications of the same
TWI436779B (en) Biodegradable filler for restoration of alveolar bones
US6110205A (en) Implant material having an excipient/active compound combination
JP2017047188A (en) Method for forming scaffold
JP2010046249A (en) Hard tissue filling material
Guo et al. Bioactive calcium phosphate silicate ceramic surface-modified PLGA for tendon-to-bone healing
Moussi et al. Injectable macromolecule-based calcium phosphate bone substitutes
Wang et al. Enhanced biocompatibility and osseointegration of calcium titanate coating on titanium screws in rabbit femur
RU2814661C1 (en) Coating for implanted medical devices, method of preparing and applying coating
RU2702239C1 (en) Technology of producing functionally active biodegradable small-diameter vascular prostheses with drug coating
JP3860417B2 (en) Transplant prosthesis with long-term stability
WO2023114103A1 (en) Hybrid tissue engineering constructs
US20110153029A1 (en) Bioresorbable and flexible membranes exhibiting asymmetric osteoconductive behavior in both faces
RU2316290C2 (en) Gauze endoprosthesis usable in plastic surgery
RU2308295C2 (en) Coating composition for implanted medical device and method for coating of such device
Li et al. Antibiotic-containing biodegradable bead clusters with porous PLGA coating as controllable drug-releasing bone fillers
Wada et al. Bone formation in gelatin/calcium phosphate paste in a subperiosteal pocket of rat calvaria
EP3877013A2 (en) Bone sialoprotein functionalized materials for directed bone regeneration
RU2723588C1 (en) Method of producing biomedical titanium-polylactide nickelide material with possibility of controlled drug delivery
US11331191B2 (en) Bioactive soft tissue implant and methods of manufacture and use thereof
CA2905819A1 (en) Biodegradable polymeric nanocomposite materials and applications of the same