WO2014058343A1 - Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения - Google Patents

Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
WO2014058343A1
WO2014058343A1 PCT/RU2013/000072 RU2013000072W WO2014058343A1 WO 2014058343 A1 WO2014058343 A1 WO 2014058343A1 RU 2013000072 W RU2013000072 W RU 2013000072W WO 2014058343 A1 WO2014058343 A1 WO 2014058343A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
casein
powder
solution
hydroxyapatite
bioresorbable material
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000072
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Любовь Константиновна ПОЛЕЖАЕВА
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "СТАЛВЕК"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "СТАЛВЕК" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "СТАЛВЕК"
Publication of WO2014058343A1 publication Critical patent/WO2014058343A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/185—Acids; Anhydrides, halides or salts thereof, e.g. sulfur acids, imidic, hydrazonic or hydroximic acids
    • A61K31/19—Carboxylic acids, e.g. valproic acid
    • A61K31/195—Carboxylic acids, e.g. valproic acid having an amino group
    • A61K31/197—Carboxylic acids, e.g. valproic acid having an amino group the amino and the carboxyl groups being attached to the same acyclic carbon chain, e.g. gamma-aminobutyric acid [GABA], beta-alanine, epsilon-aminocaproic acid, pantothenic acid
    • A61K31/198—Alpha-aminoacids, e.g. alanine, edetic acids [EDTA]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00—Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/01—Hydrolysed proteins; Derivatives thereof
    • A61K38/012—Hydrolysed proteins; Derivatives thereof from animals
    • A61K38/018—Hydrolysed proteins; Derivatives thereof from animals from milk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00—Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/1703—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from vertebrates
    • A61K38/1709—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans from vertebrates from mammals
    • 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
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/22—Polypeptides or derivatives thereof, e.g. degradation products
    • A61L27/227—Other specific proteins or polypeptides not covered by A61L27/222, A61L27/225 or A61L27/24
    • 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
    • A61L27/42—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix
    • A61L27/425—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having an inorganic matrix of phosphorus containing material, 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
    • A61L27/50—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
    • 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
    • A61L27/58—Materials at least partially resorbable by the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P41/00—Drugs used in surgical methods, e.g. surgery adjuvants for preventing adhesion or for vitreum substitution
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
    • A61L2300/112—Phosphorus-containing compounds, e.g. phosphates, phosphonates
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/21—Acids
    • A61L2300/214—Amino acids
    • 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
    • A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/20—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing organic materials
    • A61L2300/252—Polypeptides, proteins, e.g. glycoproteins, lipoproteins, cytokines
    • 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
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/06—Flowable or injectable implant compositions
    • 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
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Definitions

  • Osteogenic bioresorbable material to replace bone defects and method for its preparation.
  • the invention relates to medicine, namely to injectable bioresorbable compositions of biocomposite materials intended for the treatment of diseases and injuries of the human skeletal system, as: a material capable of completely biodegrading and replacing with new bone tissue, for bone cell regeneration, osteoconductive and osteoinductive biological supporting frame for bone tissue regeneration and can be used in traumatology, orthopedics, maxillofacial surgery, neurosurgeon and.
  • Calcium phosphate cements are obtained on the basis of a reaction-hardening powder mixture (RPS) of two or more calcium phosphates and a solidifying liquid (GC).
  • the starting powder is a mixture of acidic and basic phosphates.
  • GI reaction-hardening powder mixture
  • GI solidifying liquid
  • Tricalcium phosphate in combination with calcium hydroxide or calcium carbonate was used as the initial mixture (S. Tagaki, LCChow, K.
  • the proposed materials can be used as cement pastes to fill the bony maxillofacial and dental defects.
  • the disadvantage of these materials is low strength - less than 8MPa.
  • phosphate cement is known (B, B Samuskevich, N.Kh. Belous, LN Samuskevich, A.A. Doryshevskaya of water mixing based on hydroxyapatite of heat-treated calcium dihydrogen phosphate.
  • Inorganic Materials, 2000, vol. 36, N ° 9, p.1148-1 152 consisting of a mixture of powders of hydrosciapatite (HA) and heat-treated calcium dihydrogen phosphate, water is used as a coolant.
  • HA hydrosciapatite
  • a shutting fluid the components of the mixture react with each other with the formation of an amorphous mass, which during the setting process turns into crystalline HA.
  • a significant drawback of this material is its low strength - not more than 30 MPa and a quick setting time of 2-3 minutes. Fast setting and low strength do not allow the formation of bone implants of complex configuration, heal bone defects of a large area and volume.
  • calcium phosphate cement is known to have increased strength.
  • Known cement (material) is used to fill bone maxillofacial and dental defects from a reaction-hardening mixture containing a powder of hydroxyapatite, dicalcium phosphate, tricalcium phosphate, and as a closing fluid contains a solution of magnesium phosphate and potassium phosphate in phosphoric acid, while the content components in the reaction-hardening mixture is, wt.%:
  • the content of components in the closing fluid is, wt.%:
  • this material does not possess the necessary bioactivity, osteoinductive and osteoconductive properties.
  • the technical task of the claimed invention is to obtain a biodegradable material for the replacement of bone defects with the necessary biocompatibility and pronounced osteoconductive and osteoinductive properties.
  • - implant materials must be biocompatible with the recipient's body
  • the material should not change the chemical composition in the zone of contact with the body
  • the injection biocomposite material according to the invention contains biological hydroxyapatite, calcium phosphate, arginine amino acid, as well as phosphoprotein (casein) isolated from skim milk, and glutaraldehyde as a hardener.
  • the technical problem is achieved by the group of the invention, which includes osteogenic bioresorbable material and a method for producing it.
  • osteogenic bioresorbable material to replace bone defects, possessing biocompatibility, bioactivity, osteoinductive and osteoconductive properties, made from a composition
  • a composition comprising, as a filler, biological hydroxyapatite with a particle size of 1-40 microns, calcium phosphate, amino acid, casein in the form of an ammonia solution, hardener glutaraldehyde, in the following ratio mass%:
  • the particle size of the filler is not more than 40 microns plays a decisive role in the dissolution rate of the components, and, therefore, has an effect on the solidification time of the material.
  • the size of the powder must be adjusted in order to minimize differences in dissolution rate, namely, a powder with a particle size of more than 40 ⁇ m and with a specific surface area of about 40-50 m 2 / g dissolves slowly, while a powder with a particle size of less than 40 ⁇ m and with a specific surface area of about 70-90 m / g dissolves quickly.
  • the resulting plastic mass when adding an ammonia solution of casein and glutaraldehyde is characterized by uniformity and setting time from 6 to 35 minutes, while when using powders with particle sizes greater than 40 microns, obtained the plastic mass is heterogeneous and the setting time is more than 40 minutes
  • the proposed intervals for the ratio of the components of calcium phosphate and amino acids are determined by the homogenization region of the apatite phase and variations in the elemental composition of bone tissue.
  • ammonia casein solution in the ratios of 65-75 wt.% Is necessary to obtain an injectable paste, the ratio less than 65 wt.% does not make it possible to obtain a homogeneous injectable mass.
  • a ratio of more than 75% leads to a low resistance of the material to leaching with bodily fluid.
  • glutaraldehyde in a ratio of less than 1, 9 wt.% As a hardener does not lead to rapid solidification of the material, since the resulting material is characterized by a viscous-flowing state.
  • the use of glutaraldehyde in a ratio of more than 2.1 wt.% Is not possible, since the resulting material crumbles and loses plasticity.
  • the stated technical problem is also achieved by the method of obtaining bioresorbable material to replace bone defects.
  • a method of obtaining bioresorbable material for bone tissue replacement is as follows: first, a biological hydroxyapatite powder with a particle size of 1-40 ⁇ m is obtained from demineralized bones of cattle, which is mixed with a 1% aqueous solution of amino acid-arginine, then a binder based on phosphoprotein is prepared casein by dissolving its powder in a 5% aqueous ammonia solution at a ratio of 1: 4 and mixing the resulting homogeneous viscous mass with a 3% solution of calcium hydrogen phosphate in 10% water solution of orthophosphoric acid, taken in an amount of 125 ml per 1 liter of dissolved casein, then the obtained binder based on casein is mixed with the prepared mixture of hydroxyapatite powder with arginine under vigorous stirring and the hardener glutaraldehyde is added to the resulting viscous mass of phosphate cement immediately before use .
  • biological hydroxyapatite for the preparation of bioresorbable material according to the invention, biological hydroxyapatite (powder) from demineralized bones of the horn is used livestock (for example, in a 1M hydrochloric acid solution, followed by precipitation, for example with a 5M sodium hydroxide solution, filtration and heat treatment at a temperature of, in particular, 830 ° C.
  • livestock for example, in a 1M hydrochloric acid solution, followed by precipitation, for example with a 5M sodium hydroxide solution, filtration and heat treatment at a temperature of, in particular, 830 ° C.
  • a powder with a particle size of not more than 40 ⁇ m (1-40 ⁇ m) is obtained.
  • amino acid in particular, 2-amino-5-guanidinovaleric acid (arginine) is used.
  • Casein belonging to the group of phosphoproteins, is obtained as a result of the interaction of skim milk with 5% ascorbic acid with continuous stirring; protein precipitates in the form of globules.
  • the deposition temperature of 37 ° -39 °; the acidity of the mass should correspond to pH 4.6-4.8. Acid is added over 8-10 minutes. After precipitation, the precipitate is stirred for 10-15 minutes. For a better seal, they are washed 3-4 times with distilled water at a temperature of 25-30 °.
  • phosphoprotein casein
  • ammonia a 5% aqueous solution of ammonia is prepared to dissolve it in the following ratios of components: 1 weight. including phosphoprotein and 4 parts by weight ammonia. After dissolving it and obtaining a homogeneous viscous mass, a 3% solution of calcium hydrogen phosphate dissolved in a 10% phosphoric acid solution is then added in an amount of 125 ml of CaHPO 4 per 1 liter of dissolved phosphoprotein.
  • the preparation of the starting components for the filler included the preparation of fractions of hydroxyapatite powder with particle sizes from 1-40 microns. This operation consisted of sieving the powder through sieves of appropriate sizes. Next, a solution of arginine (% of the masses given above) was added to the hydroxyapatite powder with vigorous stirring. Next, the mixture was dried at a temperature of 40-60 ° C for 10-15 minutes. This is a filler preparation. Drying of the filler at a temperature below 40 ° C leads to a longer time processing, and at temperatures above 60 ° C is the decomposition of amino acids.
  • a hydroxyapatite powder with a particle size of 1-40 ⁇ m and a 1% solution of arginine are mixed in a ball mill for 60 minutes.
  • a mixture of an ammonia solution of phosphoprotein (casein) with a solution of calcium hydrogen phosphate in phosphoric acid is added to the resulting powder and intensively mixed for 1-2 minutes, then glutaraldehyde is added to the obtained viscous material for fast curing with vigorous stirring and the material a bone defect is immediately filled.
  • Setting time is 3 minutes, and curing is 15-20 minutes.
  • the developed bioresorbable injectable material to replace bone tissue, after filling bone defects forms a material that is an analogue of the inorganic component of natural bone and has biocompatibility, bioactivity, osteoconductive and osteoinductive properties, due to which it is gradually replaced by natural bone tissue, effectively restoring existing defects.
  • the test results showed that, in contrast to the known cements, the proposed cements have complete biocompatibility with bone tissue, biodegradability, create conditions for reducing the need for bone transplantation and the overall duration of surgery.
  • the material proved to be biocompatible, biodegradable, with pronounced osteoconductive and osteoinductive properties.
  • the material is a powerful stimulator of osteogenesis, as evidenced by x-ray, histological and biochemical research methods.

Abstract

Изобретение относится к области медицины, а именно к инъекционным биорезорбируемым составам биокомпозиционных материалов, предназначенных для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека, в качестве: материала, способного в организме полностью биодеградировать и заменяться новой костной тканью, для регенерации костных клеток, остеокондуктивного и остеоиндуктивного биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани, применяемых в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии. Инъекционный биокомпозиционный материал содержит биологический гидроксиапатит, гидрофосфат кальция, аминокислоту-аргинин, а также фосфопротеин (казеин), выделенный из обезжиренного молока, а в качестве отвердителя глутаровый альдегид. Технический результат заключается в получении биорезорбируемого материала; обладающий биосовместимостью и выраженными остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами.

Description

Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения.
Изобретение относится к области медицины, а именно к инъекционным биорезорбируемым составам биокомпозиционных материалов, предназначенных для лечения заболеваний и повреждений костной системы человека, в качестве: материала, способного в организме полностью биодеградировать и заменяться новой костной тканью, для регенерации костных клеток, остеокондуктивного и остеоиндуктивного биологического опорного каркаса для регенерации костной ткани и может найти применение в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии.
Кальций фосфатные цементы получают на основе реакционно- твердеющей порошковой смеси (РПС) двух и более фосфатов кальция и затворяющей жидкости (ЗЖ). Исходный порошок представляет смесь кислых и основных фосфатов. При добавлении в смесь ЗЖ компоненты начинают взаимодействовать между собой через жидкую фазу по механизму растворения-осаждения с образованием нейтральных (рН7) фосфатов. В качестве исходной смеси (S.Tagaki, L.C.Chow, К. Ishikawa, «Formation of hydrohyapatite in new calcium phosphate cements», Biomaterials, 19 (1998), pp 1593-1599) использовали трикальций фосфат в сочетании с гидроксидом кальция или карбонатом кальция, аморфный фосфат кальция с гидроксидом кальция, дикальций фосфат с гидроксидом кальция или карбонатом кальция. В качестве ЗЖ применяли водные растворы гидроксида натрия или двухзамещенного ортофосфата натрия. При смешении смеси порошков фосфата кальция с ЗЖ образуется тестоподобная масса, которая со временем схватывается до образования прочного гидроксиапатитового цементного камня, состоящего из кристаллического гидроксиапатита (ГА).
Предложенные материалы могут быть использованы в качестве цементных паст для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов. Недостатком данных материалов является низкая прочность- менее 8МПа.
Известен, в частности, фосфатный цемент (В,В Самускевич, Н.Х. Белоус, Л.Н. Самускевич, А.А.Дорышевская водного затворения на основе гидроксиапатита термообработанного дигидрофосфата кальция. Неорганические Материалы, 2000, т.36, N°9, с.1148-1 152), состоящий из смеси порошков гидроскиапатита (ГА) и термообработанного дигидрофосфата кальция, в качестве ЗЖ используется вода. При добавлении затворяющей жидкости компоненты смеси реагируют друг с другом с образованием аморфной массы, которая в процессе схватывания превращается в кристаллический ГА.
Существенным недостатком данного материала является низкая прочность - не более 30 МПа и быстрое время схватывания-2-3 мин. Быстрое схватывание и низкая прочность не позволяют формировать костные имплантанты сложной конфигурации, залечивать костные дефекты большой площади и объема.
Из RU 2292867, 10.02.2007 известен кальций фосфатный цемент, обладающий повышенной прочностью. Известный цемент (материал) используется для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов из реакционно-твердеющей смеси, содержащей порошок гидроксиапатита, дикальций фосфат, трикальций фосфат, а в качестве затворяющей жидкости содержит раствор фосфатов магния и фосфатов калия в фосфорной кислоте, при этом содержание компонентов в реакционно-твердеющей смеси составляет, мас.%:
Гидроксиапатит - 15,0-75,0
Дикальций фосфат - 10,0-60,0
Трикальций фосфат - 15,0-75,0
содержание компонентов в затворяющей жидкости составляет, мас.%:
Фосфат магния - 15,0-75,0
Фосфат калия - 3,5-25,0 Количество затворяющей жидкости (ЗЖ) (мл) к количеству реакционно-твердеющей смеси (РПС) (г) должно быть в пределах 0,25-0,65 (ЗЖ(мл)/ (РПС(г)=0,25-0,65. Время схватывания изменяется от 6 до 35 мин.
Однако данный материал не обладает необходимой биоактивностью, остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами.
Технической задачей данного заявленного изобретения является получение биодеградируемого материала для замещения дефектов костной ткани, обладающей необходимой биосовместимостью и выраженными остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами.
Многолетний клинический опыт применения костнозамещающих материалов определил основные предъявляемые к ним требования:
-имплантационные материалы должны быть биосовместимыми с организмом реципиента;
- по химическому составу структуре и свойствам должны быть близки к составу костных тканей;
- материал не должен изменять химический состав в зоне контакта с организмом;
-обладать способностью замещения дефектов в жидком или вязкотекущем состоянии сложной анатомической формы, неоднородных по строению и структуре;
Инъекционный биокомпозиционный материал по изобретению содержит биологический гидроксиапатит, фосфорнокислый кальция, аминокислоту-аргинин, а также фосфопротеин (казеин), выделенный из обезжиренного молока, а в качестве отвердителя глутаровый альдегид.
Поставленная техническая задача достигается группой изобретения, в которую входит остеогенный биорезорбируемый материал и способ получения его.
Итак, поставленная техническая задача достигается остеогенным биорезорбируемым материалом для замещения дефектов костной ткани, обладающий биосовместимостью, биоактивностью, остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами, выполненный из композиции, включающей в качестве наполнителя биологический гидроксиапатит с размером частиц 1-40 мкм, фосфорнокислый кальций, аминокислоту, казеин в виде аммиачного раствора, отвердитель глутаровый альдегид, при следующем соотношении исходных компонентов, в масс.%:
порошок гидроксиапатита с размером частиц 1-40 мкм - 13,9-14, 1 фосфорнокислый кальций
аминокислота
казеин в виде аммиачного раствора
глутаровый альдегид
Экспериментально было доказано, что размер частиц наполнителя не более 40 мкм играет решающую роль в скорости растворения компонентов, а, следовательно, оказывает влияние на время затвердевания материала. Размер порошка нужно регулировать для того, чтобы минимизировать различия в скорости растворения, а именно, порошок с размерами частиц более 40 мкм и с площадью удельной поверхности порядка 40-50 м2/г растворяется медленно, тогда как порошок с размерами частиц менее 40 мкм и с площадью удельной поверхности порядка 70-90 м /г растворяется быстро. Кроме того было установлено,что при использовании порошков с размерами частиц менее 40 мкм полученная пластичная масса при добавлении аммиачного раствора казеина и глутарового альдегида характеризуется однородностью и временем схватывания от 6 до 35 мин, тогда как при использовании порошков с размерами частиц более 40 мкм, полученная пластичная масса неоднородна и время схватывания составляет более 40 мин.
Предлагаемые интервалы соотношения компонентов фосфорнокислого кальция и аминокислоты определяются областью гомогенизации апатитной фазы и вариациями элементного состава костной ткани.
Применение аммиачного раствора казеина в соотношениях 65-75 масс.% необходимо для получения инжектируемой пасты, соотношение менее 65 масс.% не дает возможности получения однородной инжектируемой массы. Соотношение более 75% приводит к низкой устойчивости материла к вымыванию телесной жидкостью.
Использование глутарового альдегида в соотношении менее 1 ,9 масс.% в качестве отвердителя не приводит к быстрому затвердеванию материала, поскольку полученный материал характеризуется вязко-текучим состоянием. Использование же глутарового альдегида в соотношении более 2,1 масс.% не возможно, поскольку полученный материал рассыпается и теряет пластичность.
Поставленная техническая задача достигается также и способом получения биорезорбируемого материала для замещения дефектов костной ткани.
Способ получения биорезорбируемого материала для замещения костной ткани заключается в следующем, сначала получают порошок биологического гидроксиапатита с размером частиц 1-40 мкм из деминерализованных костей крупного рогатого скота, который перемешивают с 1%-ным водным раствором аминокислоты-аргинином, далее готовят связующее на основе фосфопротеина-казеина путем растворения порошка его в 5%-ном водном растворе аммиака при соотношении 1 :4 и смешения полученной гомогенной вязкой массы с 3%-ным раствором гидрофосфата кальция в 10%-ном водном растворе ортофосфорной кислоты, взятым в количестве 125 мл на 1 л растворенного казеина, после этого смешивают полученное связующее на основе казеина с приготовленной смесью порошка гидроксиапатита с аргинином при интенсивном перемешивании их и к полученной вязкой массе фосфатного цемента добавляют отвердитель глутаровый альдегид непосредственно перед использованием его.
В качестве биологического гидроксиапатита для приготовления биорезорбируемого материала по изобретению используют биологический гидроксиапатит (порошок) из деминерализованных костей крупного рогатого скота (например в 1М растворе соляной кислоты с последующим осаждением, например 5М раствором гидроксида натрия, фильтрованием и термической обработкой при температуре, в частности 830°С. Получают порошок с размером частиц не более 40 мкм (1-40мкм).
В качестве аминокислоты, в частности используют 2-амино-5- гуанидиновалериановую кислоту (аргинин).
Казеин, относящийся к группе фосфопротеинов, получается в результате взаимодействия обезжиренного молока с 5% аскорбиновой кислотой при непрерывном помешивании; протеин осаждается в виде глобул. Температура осаждения 37°-39°; кислотность массы должна соответствовать рН=4,6— 4,8. Кислоту добавляют в течение 8— 10 мин. После осаждения выпавший осадок перемешивают 10— 15 мин. Для лучшего уплотнения промывают 3— 4 раза дистиллированной водой при температуре 25-30°.
Полученный осадок высушивается при температуре 25-30° в течение 24 часов и измельчается. Далее для применения фосфопротеина (казеин) в качестве связующего в цементе готовится 5% водный раствор аммиака для его растворения при следующих соотношениях компонентов: 1 вес. ч. фосфопротеина и 4 вес.ч. аммиака. После его растворения и получения гомогенной вязкой массы далее добавляется 3% раствор гидрофосфата кальция, растворенного в 10% растворе ортофосфорной кислоты, в количестве 125 мл СаНР04 на 1 л растворенного фосфопротеина.
Подготовка исходных компонентов для наполнителя включала в себя получение фракций порошка гидроксиапатита с размерами частиц от 1-40 мкм. Эта операция заключалась в просеивании порошка через сита соответствующих размеров. Далее в порошок гидроксиапатита добавлялся раствор аргинина (% масс, приведены выше) при интенсивном перемешивании. Далее смесь высушивалась при температуре 40-60°С в течение 10-15 минут. Это приготовление наполнителя. Сушка наполнителя при температуре ниже 40°С приводит к более длительному времени обработки, а при температуре выше 60°С идет разложение аминокислоты. К полученной порошковой массе добавляется раствор фосфопротеина при интенсивном перемешивании, а далее 2-8% раствор глутарового альдегида в соотношении 0,5: 1 :0,2 соответственно. Материал схватывается через 3 минуты и застывает через 15-20 минут. При добавлении полимерного протеина меньше 1 порошок цемента не проявляет эластичных свойств и рассыпается. Добавление же более 1 приводит к длительному времени схватывания порядка 40 минут и расслаиванию системы.
Изобретение иллюстрируется следующим примером, не ограничивающим объем притязаний.
Пример.
Для получения образцов цемента, состав которых приведен выше, порошок гидроксиапатита с размером частиц 1-40 мкм и 1% раствор аргинина перемешивают в шаровой мельнице в течение 60 минут. Для формирования цемента непосредственно перед употреблением к полученному порошку добавляют смесь аммиачного раствора фосфопротеина (казеина) с раствором гидрофосфата кальция в ортофосфорной кислоте и интенсивно перемешивают в течение 1-2 мин, далее к полученному вязкому материалу для быстрого отверждения добавляется глутаровый альдегид при интенсивном перемешивании и материалом сразу же заполняется костный дефект. Время схватывания составляет 3 мин, а отверждения 15-20 мин.
Разработанный инъекционный биорезорбируемый материал для замещения костной ткани, после заполнения дефектов костной ткани образует материал, являющийся аналогом неорганической составляющей натуральной кости, и обладающий биосовместимостью, биоактивностью остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он постепенно замещается натуральной костной тканью, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты. Результаты испытаний показали, что в отличие от известных цементов предлагаемые цементы обладают полной биосовместимостью с костной тканью, биодеградируемостью, создают условия уменьшения в необходимости пересадки костной ткани и общей длительности хирургического вмешательства.
В целях выяснения биодеградирующих свойств материала, его влияния на регенерацию костных клеток, остеокондуктивных и остеоиндуктивных свойств были проведены исследования на 20 крысах женского пола породы «Wistan> в возрасте 3-х месяцев. Был проведен комплекс лабораторных исследований, в том числе определены необходимые биохимические показатели, выполнялись рентгенологические исследования РКТ и также готовились и изучались гистологические препараты окружающих материал тканей.
В ходе исследования материал показал себя как биосовместимый, биодеградируемый, обладающий выраженными остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами. В конечном итоге материал является мощным стимулятором остеогенеза, что подтверждается рентгенологическими, гистологическими и биохимическими методами исследования.

Claims

Формула изобретения
1. Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения дефектов костной ткани, обладающий биосовместимостью, биоактивностью, остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами, выполненный из композиции, включающей в качестве наполнителя порошок биологического гидроксиапатита с размером частиц 1-40 мкм, фосфорнокислый кальций, аминокислоту, казеин в виде аммиачного раствора, отвердитель глутаровый альдегид, при следующем соотношении исходных компонентов в масс%: порошок биологического гидроксиапатита - 13,9-14,1
с размером частиц 1-40 мкм
фосфорнокислый кальций ' - 7,5-8,5
аминокислота - 0,9-1 ,1
казеин в виде аммиачного раствора - 65-75
глутаровый альдегид - 1,9-2,1
2. Способ получения биорезорбируемого материала для замещения дефектов костной ткани по п.1, заключающийся в том, что сначала получают порошок биологического гидроксиапатита с размером частиц 1-40 мкм из деминерализованных костей крупного рогатого скота, который перемешивают с 1%-ным водным раствором аминокислоты-аргинином, далее готовят связующее на основе фосфопротеина-казеина путем растворения порошка его в 5%-ном водном растворе аммиака при соотношении их 1 :4 и смешение полученной гомогенной вязкой массы с 3%-ным раствором гидрофосфата кальция в 10%-ном водном растворе ортофосфорной кислоты, взятым в количестве 125мл на 1л растворенного казеина, после этого смешивают полученное связующее на основе казеина со смесью гидроксиапатита с аргинином при интенсивном перемешивании их и к полученной вязкой массе фосфатного цемента добавляют отвердитель глутаровый альдегид непосредственно перед использованием биорезорбируемого материала.
PCT/RU2013/000072 2012-10-10 2013-02-01 Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения WO2014058343A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012143349 2012-10-10
RU2012143349/15A RU2504405C1 (ru) 2012-10-10 2012-10-10 Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014058343A1 true WO2014058343A1 (ru) 2014-04-17

Family

ID=49947920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000072 WO2014058343A1 (ru) 2012-10-10 2013-02-01 Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2504405C1 (ru)
WO (1) WO2014058343A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2553368C1 (ru) * 2014-05-19 2015-06-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МАСТЕРСКИЕ" Федерального медико-биологического агентства Способ замещения костной ткани
RU2741015C1 (ru) * 2020-03-26 2021-01-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения остеопластического дисперсного биокомпозита
RU2762511C1 (ru) * 2021-04-29 2021-12-21 Общество с ограниченной ответственностью «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр» Композиция биорезорбируемого 3d-матрикса для восстановления дефектов костной ткани

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5782971A (en) * 1991-06-28 1998-07-21 Norian Corporation Calcium phosphate cements comprising amorophous calcium phosphate
RU2325170C1 (ru) * 2006-12-08 2008-05-27 Федеральное государственное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ФГУ "ЦИТО им. Н.Н. Приорова Росздрава") Биокомпозиционный материал для остеопластики
RU2342162C1 (ru) * 2005-10-27 2008-12-27 Саващук Дмитрий Алексеевич Способ получения биоматериалов из костной ткани и полученный этим способом материал для остеопластики и тканевой инженерии

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5782971A (en) * 1991-06-28 1998-07-21 Norian Corporation Calcium phosphate cements comprising amorophous calcium phosphate
US5782971B1 (en) * 1991-06-28 1999-09-21 Norian Corp Calcium phosphate cements comprising amorophous calcium phosphate
RU2342162C1 (ru) * 2005-10-27 2008-12-27 Саващук Дмитрий Алексеевич Способ получения биоматериалов из костной ткани и полученный этим способом материал для остеопластики и тканевой инженерии
RU2325170C1 (ru) * 2006-12-08 2008-05-27 Федеральное государственное учреждение "Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ФГУ "ЦИТО им. Н.Н. Приорова Росздрава") Биокомпозиционный материал для остеопластики

Also Published As

Publication number Publication date
RU2504405C1 (ru) 2014-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8435343B2 (en) Bone graft material and uses thereof
TWI399226B (zh) 外科用骨水泥及其製造方法
WO1990000892A1 (en) Hardening material for medical and dental use
WO1990001342A1 (de) Neue werkstoffe für den knochenersatz und knochen- bzw. prothesenverbund
RU2407552C2 (ru) Инъецируемый композитный материал, пригодный для использования в качестве заменителя костной ткани
KR20030084891A (ko) 반응성 칼슘포스페이트 나노입자를 함유하는 생체적합성시멘트, 그 제조방법 및 용도
Kim et al. Setting properties, mechanical strength and in vivo evaluation of calcium phosphate-based bone cements
KR20140129058A (ko) 주사성, 생분해성 골시멘트 및 이를 제조 및 사용하는 방법
TW201233398A (en) Mineralized collagen-bioceramic composite and manufacturing method thereof
WO2005099783A1 (de) Verfahren zur herstellung eines knochen-implantatmaterials
Lopez‐Heredia et al. Bulk physicochemical, interconnectivity, and mechanical properties of calcium phosphate cements–fibrin glue composites for bone substitute applications
RU2504405C1 (ru) Остеогенный биорезорбируемый материал для замещения костных дефектов и способ его получения
RU2494721C1 (ru) Биосовместимый костнозамещающий материал и способ получения его
RU2553368C1 (ru) Способ замещения костной ткани
RU2617050C1 (ru) Биоактивный композиционный материал для замещения костных дефектов и способ его получения
CN106620843A (zh) 一种具有生物活性和抑菌性的复合骨水泥及制备方法和应用
RU2552943C1 (ru) Биодеградируемый материал для замещения костной ткани
WO2017101021A1 (zh) 一种改良的骨修复材料
CN1699239A (zh) 潜伏性大孔透钙磷石骨水泥及其制备方法
El-Maghraby et al. Preparation, structural characterization, and biomedical applications of gypsum-based nanocomposite bone cements
RU2508131C2 (ru) Отверждаемый биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов
US20110189100A1 (en) Bone substitute containing a contrast agent, method for preparing same and uses thereof
RU2497548C1 (ru) Пористые микросферы на основе биофосфатов кальция и магния с регулируемым размером частиц для регенерации костной ткани
RU2477120C2 (ru) Способ получения цемента брушитного типа для замещения костных дефектов
JP2020521597A (ja) 石灰化組織代替物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13845682

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 03/09/2015)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13845682

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1