СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПЛАНТАЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СИНТЕТИЧЕСКОГО АНАЛОГА КОСТНОГО МАТРИКСА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПЛАНТАЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СИНТЕТИЧЕСКОГО АНАЛОГА КОСТНОГО МАТРИКСА

RU (11) 2115437 (13) C1

(51) 6 A61L31/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 19.06.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1998.07.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 95117315/14 
(22) Дата подачи заявки: 1995.10.12 
(45) Опубликовано: 1998.07.20 
(56) Аналоги изобретения: Alain Fluc, Holand Allard et Jacgues Bejui Product de Replacement de lamatzice osseuse Javorisant (osteogenese N 2585576 (1985), N denregistrement nationalistic 8512053). 
(71) Имя заявителя: Безруков Владимир Максимович; Григорьян Алексей Суренович; Добриденев Андрей Иосифович; Земскова Ольга Викторовна 
(72) Имя изобретателя: Безруков Владимир Максимович; Григорьян Алексей Суренович; Добриденев Андрей Иосифович; Земскова Ольга Викторовна 
(73) Имя патентообладателя: Безруков Владимир Максимович; Григорьян Алексей Суренович; Добриденев Андрей Иосифович; Земскова Ольга Викторовна 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПЛАНТАЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СИНТЕТИЧЕСКОГО АНАЛОГА КОСТНОГО МАТРИКСА 

Изобретение относится к медицине, применяется в стоматологии и в травматологии для пластики костных дефектов при хирургическом лечении костнодеструктивных заболеваний. Материал максимально приближен по своим физико-химическим характеристикам и параметрам биологической активности к костной ткани. Повышение прочности материала, нерастворимость в воде, устойчивость к резорбирующему действию тканевой среды достигается за сч т получения прочного комплекса коллагена и гидроксиапатита с высокой стабильностью структуры, обладающего наиболее высокими остеостимулирующими и оптимизирующими костную регенерацию свойствами. Способ включает создание двухкомпонентной системы геля коллагена и гидроксиапатита с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, прич м производят синтез гидроксиапатита в геле коллагена пут м введения в гель коллагена сначала раствора кислоты и раствора, содержащего фосфор в стадии окисления + 5, а затем раствора, содержащего ионы кальция, и повышают рН до щелочной среды. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к медицине, применяется в стоматологии и может быть использовано для пластики костных дефектов в травматологии при хирургическом лечении первичных и вторичных костных дефектов и костнодеструктивных заболеваний. Для закрытия обширных костных дефектов используют композиционные имплантационные материалы на основе гидроксиапатита (ГА) и различные формы самого ГА, особенно в виде "блоковой" керамики.

Известны способы получения имплантационных материалов для заполнения костных дефектов путем механического смешивания порошков гидроксиапатита и коллагена либо хондроитинсульфата в пропорциях 1:9 объемных частей (С.Г. Назаров, А.С. Григорьян, Е.Я. Малорян, "Стоматология", 1983, N 3, с. 14-16; А. С. Григорьян, В.С. Воробьев, О.А. Фролова и соавт. - Ташкент. Материалы научн. конференции стоматологов г. Ташкента, 1990, с. 240-242). Используют эти композиции, готовят (замешивая) пасты на физиологическом растворе либо 2% диоксидине непосредственно перед пластикой костного дефекта.

Недостатки способов заключаются в том, что у полученных смесей: отсутствует структурная стабильность, что связано с гидрофильностью и быстрым переходом сухого коллагена либо хондроитинсульфата в присутствии воды в гель и их диссоциацией с ГА; чрезвычайно низка их механическая прочность; в условиях подсадки в тканевую среду у них отмечаются быстрая диссоциация, высокая резорбируемость и подверженность смеси ферментативному воздействию. Эти недостатки указанных способов не позволяют получить комплекс коллагена и ГА и имплантаты из него с фиксированной структурой (формой), обеспечивающие при подсадке в костные дефекты восстановление механической непрерывности костного органа.

Известно изобретение способа изготовления продукта для замещения костного материала, усиливающего остеогенез, состоящего в смешении ГА (200), хондроитин-4сульфата (1-2%) и геля коллагена (1 литр) с последующим гомогенизированием и лиофилизацией. Полученную губку используют по назначению (Alain Huc. , Holand Allard et Jacques Bejui., Product de Replacement de la matzice osseuse Javorisant l'osteogenese. Np. 2585576 (1985), N. d'enregistrement nationalistic 8512053).

Недостатки описанного способа заключаются в том, что получается смесь механического характера, не обладающая: структурной стабильностью в жидкой и особенно в тканевой среде из-за высокой гидрофильности; прочностными характеристиками, соизмеримыми с костной тканью; более высокой, нежели исходные вещества, устойчивостью к ферментному воздействию тканевой среды при введении продукта в организм животных и человека; пластичностью, позволяющей задавать конечному продукту необходимую форму; способностью к синхронизации процессов рассасывания имплантационного материала костной регенерации, а значит, достаточно выраженной способностью оптимизировать процесс репаративного остеогенеза.

Задачей изобретения является получение материала, максимально приближенного по своим физико-химическим характеристикам и параметрам биологической активности к костной ткани.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении прочности материала, нерастворимости в воде, устойчивости к резорбирующему действию тканевой среды за счет получения прочного комплекса ГА и коллагена с высокой стабильностью структуры и наиболее высокими остеостимулирующими и оптимизирующими костную регенерацию свойствами.

Поставленные технические задачи достигаются тем, что в способе получения имплантационного материала, имитирующего костный трансплантат, включающем создание двухкомпонентной системы геля коллагена и реагентов синтеза ГА с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой, производят синтез гидроксиапатита в геле коллагена путем введения в гель коллагена сначала раствора кислоты и раствора, содержащего фосфор в стадии окисления +5, а затем раствора, содержащего кальций, и повышают pH до щелочной среды и выдерживают осадок до окончания химической реакции.

В результате ведения синтеза в указанной выше последовательности посредством введения в гель коллагена фосфата и кислоты происходит фиксация фосфатных групп на активных центрах коллагена. При насыщении раствора ионами кальция происходит стабилизация коллагена и его преципитация. При ощелачивании раствора формируются условия для синтеза монофосфата кальция с образованием в дальнейшем на молекулах коллагена центров нуклеации ГА. Созревание ГА и его кристаллизация происходит в течение нескольких суток. В результате данной системы реакций образуется комплекс, характеризующийся прочным соединением его компонентов: коллаген-ГА. Как и в костной ткани, этот комплекс отличается структурной стабильностью, нерастворимостью в воде, высокими прочностными характеристиками, сопоставимыми с таковыми кости. Пластичность полученного материала непосредственно по окончании синтеза определяется высокой дисперсностью комплекса. При высушивании комплекс хорошо сохраняет заданную механическую форму и приобретает вышеуказанную прочность.

Прочность соединения компонентов комплекса и высокая стехиометрия ГА обусловливают медленное (6-8 месячное) рассасывание комплекса при его имплантации под кожу и в кость.

Из источников информации предложенный способ не известен и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, следовательно, изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.

Способ осуществляют следующим образом. В суспензию коллагена вводят кислоту до pH от 2-х до 4-х (могут быть использованы любые нетоксичные кислоты, не образующие с кальцием нерастворимых солей в заданном интервале pH). Выдерживают K в кислой среде не менее 2-3 минут и вводят раствор, содержащий фосфор в степени окисления +5, например соли ортофосфорной кислоты, подкисленные до pH от 2 до 4 той же кислотой, что и гель коллагена. Выдерживают смесь в растворе с фосфором не менее 2-3 мин. Вводят в полученную смесь раствор, содержащий кальций, перемешивают и выдерживают смесь не менее 2-3 минут. Повышают pH реакционной смеси до щелочной среды. Конечная pH 8-12,5. В результате введения в гель K всех компонентов мы получаем исходную смесь. При повышении pH начинается синтез ГА на K. Это приводит к получению комплекса с химической связью между ГА и K. В результате K в комплексе находится в структуированной, фибриллярной форме. Структура ГА-K гомогенна, имеет стабильный характер. Полученную реакционную смесь выдерживают в течение нескольких суток при термостатировании и температуре от 15 до 60oC до окончания химической реакции. На всех этапах синтеза ведется активное перемешивание. Однако выдержку введения всех компонентов можно вести без учета перемешивания. Полученный комплекс фильтруется, отмывается от побочных продуктов реакции и высушивается леофильно или вымораживанием или на воздухе при температуре не выше 45oC.

Пример 1. Приготовили суспензию коллагена в воде, 5 г коллагена на 300 мл воды.

Ввели в суспензию коллагена 0,5 М p-p HCl до pH среды 3,00, выдержали в течение 5 мин при температуре 30oC. Ввели в подкисленный гель коллаген, 200 мл 1,75 М (NH4)2HPO4, также подкисленный до pH 3,00. Выдержали полученную смесь не менее 5 мин при температуре 30oC при постоянном перемешивании.

Ввели в реакционный объем 200 мл 2,244М р-р Ca(NO3)2 при постоянном перемешивании. С помощью 0,5М р-ра щелочи подняли pH полученной смеси до 10,5.

Полученный комплекс отфильтровали, промыли от побочных продуктов реакции, высушили.

Пример 2. HA-50. Приготовили суспензию в воде. 6,5 г коллагена на 300 мл воды.

Ввели в суспензию коллагена IM CH3COOH до pH среды 2,00, выдержали не менее 5 минут.

Ввели в подкисленный гель коллаген, 309,2 мл 1,075 М (NH4)2HPO4, так же подкисленный до pH 2,00.

Выдержали полученную смесь не менее 5 мин при температуре 45oC при постоянном перемешивании.

Ввели в реакционный объем 200 мл 2,24 М р-р CaCl2 при постоянном перемешивании.

С помощью 25% р-ра NH4OH подняли pH полученной смеси до 8,00.

Полученный комплекс отфильтровали, отмыли от побочных продуктов реакции, высушили.

Пример 3. Приготовили суспензию коллагена. 4 г коллагена на 300 мл воды.

Ввели в суспензию коллагена 1,075 М H3PO4 до pH 4,0. Выдержали не менее 5 мин при тем-ре 20oC.

Ввели в подкисленный гель коллагена 191 мл 1,975 М (NH4)2HPO4, подкисленный до pH 4. Выдержали смесь не менее 5 мин при тем-ре 20oC.

Ввели в подкисленный гель коллагена 191 мл 1,075 М (NH4)2HPO4, подкисленный до pH 4. Выдержали смесь не менее 5 мин при температуре 20oC.

Ввели в реакционный объем 225 мл 2,000 М р-р Ca(NO3)2 при постоянном перемешивании.

С помощью 25% р-ра NH4OH подняли pH полученной смеси до 12.

Полученный комплекс отфильтровали, отмыли от побочных продуктов реакции, высушили.

Проводили сравнительное изучение образцов механических смесей коллагена и ГА (аналог) коллагена, хондроитинсульфата и ГА (прототип), а также образцов комплексов, полученных по вариантам защищаемого способа в примерах 1-3 (далее II-1, II-2, II-3).

Задача сопоставления защищаемого способа с известными аналогами и прототипом в применяемой форме осложняется тем, что эти последние представляют собой: 1) сухой порошок, который применяют, готовя их temporo пасту, 2) рыхлую губку, не обладающие практически значимой прочностью. Поэтому в первом случае к композиции добавляли дистиллированную воду и доводили ее до пастообразной консистенции с последующим высушиванием в форме-кюветке. Вторую композицию использовали peR se. Стандартные пластинки из композиции -аналога и -прототипа использовали для сравнительного измерения прочности объектов исследования. Таким же образом готовили пластины из геля образцов комплексов коллагена - ГА (П-1, П-2, П-3).

Прочностные характеристики изучали по показателям микротвердости (С.М. Ремизов, 1975). При измерении микротвредости образцов указанных выше механических смесей - коллагена и ГА и коллагена, хондроитинсульфата и ГА были получены чрезвычайно низкие показатели, в то время как "синтетический" комплекс коллаген-ГА дал прочностные характеристики, сопоставимые с таковыми костной ткани (см. таблицу).

При помещении в воду механические смеси быстро подвергались диссоциации, т. к. коллаген и коллаген и хондроитинсульфат с различной скоростью переходили в состояние геля, а ГА оставался в осадке. Наличие белка в растворе подтверждено биуретановой пробой. Скоростью и полноту перехода белка в каллоид устанавливали, используя стандартную количественную методику определения коллагена по оксипролину гидролизата из надсадочной жидкости.

Диссоциация образцов П-1, П-2, П-3 не происходила при длительности пребывания образцов в воде до 30 суток.

При подсадке 100 крысам под кожу образцов механических смесей и образцов П-1, П-2, П-3 определяли судьбу образцов и реакцию тканей посредством визуального наблюдения и микроскопии материала на аутопсии в сроки до 3-х мес (1, 2, 3, 5, 7, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 90 сут.).

До 30-ти суток вокруг образцов прослеживался обычный для инертных, медленно резорбируемых материалов процесс капсулообразовния. Воспалительные реакции протекали невыраженно и локально, как компонента репаративно-продуктивных процессов.

Установлено, что механические смеси рассасываются в тканевой среде в сроки от 3 до 7 суток, образцы комплекса - до 20 суток (см. таблицу).

На крысах (80 шт. ) в области эпифиза бедренной кости воспроизводили бором в асептических условиях краевые дефекты в виде полулунья радиусом 3 мм и заполняли их исследуемыми образцами. Тканевый материал со сроками забоя животных 3, 5, 7, 8, 10 суток, 1, 2, 3 мес. исследовали под микроскопом.

На основании данных гистологических наблюдений сделано заключение о наиболее оптимальной скорости заживления костных дефектов при подсадке комплекса П-1. Подсадка в дефекты образцов механических смесей дала образование полноценной мозоли в более поздние сроки (см. таблицу).

Таким образом, на данных примерах подтверждается.

1. Комплекс коллаген-ГА, полученный предложенным способом, обладает значимо более высокими прочностными характеристиками по показателям микротвердости, чем образцы аналога и прототипа.

2. Комплексы коллаген-ГА в отличие от аналога и прототипа практически нерастворимы в воде.

3. Комплексы коллаген-ГА стабильны структурно и практически не диссоциируют в воде.

4. Они значимо медленнее резорбируются в тканевой среде, чем аналог и прототип.

5. Оптимизируют по скорости и качеству процессы репаративного остеогенеза и вместе с тем заживление костных ран.

Показатели микротвердости, растворимости в воде, структурной стабильности в воде, скорости резорбции и биологической активности механических смесей и комплекса, полученного предлагаемым способом, приведены в таблице. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ получения имплантационного материала путем смешения геля коллагена и соединений, содержащих ионы P+5 и Ca-2 при постоянном перемешивании с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что перемешивание ведут в кислой среде при PH 2 - 4, выдерживают не менее 5 мин при температуре 20 - 45oC, затем вводят соединение, содержащее ионы Ca-2, с последующим доведением pH системы до 8 - 12 при массовом соотношении компонентов, равном коллаген : соединение, содержащее ионы p+5: соединение, содержащее ионы Ca-2= 1 : 1,333 : (2,16 - 3,59).