Имплантат для остеопластики (варианты)

Полезная модель относится преимущественно к медицине, медицинскому материаловедению и медицинской промышленности. Более конкретно она относится к материалам для костной пластики и биосовместимых медицинских имплантатов. В костной хирургии полезная модель может использоваться при замещении любого рода деструкции костной ткани, возникающей при удалении из костной ткани кист и опухолей и т.д., при восстановлении объема органа или ткани, а также в качестве носителя биологически активных веществ, лекарственных средств и клеток. В имплантате для остеопластики, включающем материал, имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан; в имплантате для остеопластики материал может быть выполнен наноразмерным, содержащим синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан; имплантат для остеопластики может быть выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан при частичном использовании в материале наноразмерных частиц, а также - материал для имплантата, содержащий синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан, может быть гелеобразным. Это позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладающий высокими антисептическими свойствами. 4 п. ф-лы. 4 нез.п. ф-лы

Полезная модель относится преимущественно к медицине, медицинской промышленности. Более конкретно она относится к имплантатам для костной пластики и может использоваться для изготовления имплантатов при замещении любого рода деструкции костной ткани, возникающей при удалении из костной ткани кист и опухолей и т.д., при восстановлении объема органа или ткани, а также в качестве носителя биологически активных веществ, лекарственных средств и клеток.

Известны имплантаты для остеопластики, включающие материалы на основе биологического сырья - нативной кости после соответствующей ее обработки. [RU 2278655 С1, опубл. 27.06.2006].

Известен имплантат для остеопластики, включающий материал на основе биологического сырья - нативной кости, полученный путем очистки, распиливания костной ткани, обезжиривания, обработки раствором мочевины, отмывания, высушивания, упаковки и стерилизации, (патент RU 2104703, 20.02.98)

Недостатком известного технического решения является то, что материал имплантата содержит в основном животное сырье, большую долю животного коллагена, который, как известно, является носителем генетической памяти о заболеваниях. При использовании такого имплантата нельзя исключать возможность проявления иммунной зависимости, других видов негативного воздействия на состояние здоровья.

Известен также имплантат для остеопластики, включающий материал на основе биологического сырья - нативной кости, полученный путем очистки костной ткани, распиливания на пластины толщиной 0,1-2,0 см, обработки 20% раствором щелочи (24 ч.), обезжиривания в смеси этанол:хлороформ в соотношении 1:2 (24 ч.), обработки смесью раствора 1% аммиак:1% этанол в соотношении 1:1 (10-16 ч.), отмывки деионизованной водой и насыщении сГАГ от 800 до 1500 мкг/см³, отмывки буфера, высушивании, фасовки и стерилизации радиационным облучением. (Патент RU 2278679, опуб. 27.06.2006)

Недостатком известного технического решения является то, что материал имплантата, полученный путем химической обработка нативной кости приводит к частичному разрушению коллагена, а также частичной деминерализации и деструкции минерального остова костной ткани и, вследствие чего, к снижению механической прочности материала. Полученный итоговый продукт представлял собой пористо-волокнистую структуру, в которой минеральный компонент расположен над поверхностью коллагеновых волокон в виде сферических образований вдоль их длины, имел состав: не деминерализованный коллаген из костной ткани - 97-99 мас.%, сульфатированные гликозаминогликаны - 0,08-1,5 мас.%, деионизованная вода - остальное. Недостатками полученного материала также являются: высокое содержание коллагена, что не исключает иммунную зависимость, расположение минерального компонента и коллагеновых волокон таково, что единой структуры они не образуют, механические свойства в этом случае не могут быть высокими, не исключено вымывание минеральной составляющей материала при его использовании in vivo. Кроме того, технология сложная (получение сГАГ, насыщение сГАГ), применение ее для изготовления материала в больших количествах нецелесообразно, минеральный компонент в конечном продукте является крупноразмерным, что не может обеспечить равномерную структуру, а следовательно и высокие механические свойства.

Известны имплантаты для остеопластики, включающие материалы на основе синтетического ГА, смешанного с переработанным костным материалом - источником коллагена (напр., патент US 5425770 от 20.06.1995 г. Известные имплантаты также не свободны от эффекта антигенности.

Известен имплантат, включающий материал для замещения дефектов костной ткани (Патент RU 2274461 С2, опубл. 20.04.2006 - прототип)., представляющий собой пластины, состоящие из искусственно синтезированного фторгидроксиапатита (ФГА) в коллагене, при этом содержание ФГА составляет 40-90% по массе. Способ его получения характеризуется тем, что пористый коллагеновый матрикс помещают между растворами, содержащими 0,2-1 моль хлорида кальция и раствор, содержащий 0,1-1 моль/л фосфата натрия или фосфата аммония и 0,01-0.1 моль/л фторида аммония, а также раствор аммиака или гидроксида натрия. Процесс синтеза ФГА на коллагене проводят при использовании электрофореза с плотностью тока 7-20 мА/см в течение 10-24 ч. В результате происходит взаимодействие: 10 Ca²⁺+6PO₄^3-+xF^-+(2-x)OH^- Са ₁₀(ОН)_2-хН(Р)_x(PO₄) ₆ и получается фторгидроксиапатит, который осаждается на волокнах белка. При этом материал формируется в виде пористых пластин толщиной 3-10 мм.

Недостатком известного имплантата является присутствие в его материале большого количества коллагена, так как осаждение ФГА происходит на пористом коллагеновом матриксе, а также большие размеры кристаллов ФГА, что не может обеспечить высокие прочностные характеристики материала. Поскольку, пористый коллагеновый матрикс получают из кости животного, не ясно какой объем в кости должны составлять поры для обеспечения прочности материала (из какой именно кости и какого возраста должен быть донор) для получения материала удовлетворительной прочности. Большое количество коллагена в получаемом продукте повышает его антигенность и снижает биосовместимость.

Таким образом, общим недостатком известных имплантатов для остеопластики, включающих материалы получаемые из биологического сырья, или содержащие в составе в качестве компонента биологическое сырье, являются присущий им в той или иной мере эффект антигенности. Следует отметить, что экстракцию неколлагеновых белков мочевиной проводят после удаления жира и частичной деминерализации костной ткани, что приводит к частичному разрушению коллагена и деструкции минерального остова костной ткани. Частичная же потеря минеральной компоненты костной ткани после деминерализации значительно уменьшает ее механические и прочностные характеристики. В то же время при такой обработке часть жиров и неколлагеновых белков остается, повышая тем самым антигенность имплантата и снижая его биосовместимость.

Следует также отметить, что процесс приживления такого имплантата для остеопластики, адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала довольно длительны, поскольку в зоне дефекта при заболеваниях и повреждениях соединительной ткани значительно снижается уровень сГАГ, отвечающих за адаптацию имплантата и адгезию клеток. Недостатком также являются соображения психологического, а подчас этического характера, связанные с использованием нативных объектов для изготовления имплантатов, пусть даже соответствующим образом переработанных, а также - отсутствие у всех перечисленных материалов антисептических свойств. Кроме того, полученные таким образом материалы и используемые для имплантатов имеют крупноразмерную структуру, что не обеспечивает их единой структуры, а следовательно и достаточной механической прочности имплантатов.

Техническая задача полезной модели состоит в получении имплантата для остеопластики, отвечающего требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладающего высокими антисептическими свойствами.

Поставленная цель достигается тем, что в имплантате для остеопластики, включающем материал, имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан; имплантат для остеопластики может быть выполнен из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан; имплантат для остеопластики может быть выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан при частичном использовании в материале наноразмерных частиц; а также - имплантат может быть выполнен из гелиобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан.

Полезная модель имеет следующие отличия от прототипа:

- имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан (вариант 1);

- имплантат может быть выполнен из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан (вариант 2);

- имплантат может быть выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан при частичном использовании в материале наноразмерных частиц (вариант 3);

- имплантат может быть выполнен из гелиобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан. (вариант 4).

Это позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладающий высокими антисептическими свойствами.

В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений, содержащих совокупность указанных отличительных признаков.

Полезная модель применима и будет использована в отрасли в 2008-2009 г.г.

Имплантат изготавливают следующим образом.

ВАРИАНТ 1.

Имплантат изготовливают из материала, содержащего биосовместимые фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂ , карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са₁₀(PO ₄)₆(ОН)_2-2х(СО₃)_х при 0х1 или Са_10-х+y(PO₄)_6-х (СО₃)_х(ОН)_2-х+y при 0 х2,0<y1/2, трикальций фосфат (ТКФ) Ca₃PO₄ , а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР). Каррагинан (C₆H₁₁NO₄)_n, (ТУ 8411-008-00472012-93); Каррагинан является продуктом переработки морских водорослей.

Указанный материал является в отличие от аналогов и прототипа мелкоразмерным с размером частиц 1-5 мм, что обеспечил содержащий его состав.

Материал для имплантата использовали в виде частиц (крупинок) белой пастообразной массы, приобретающей после высыхания на воздухе прочность, сопоставимую с прочностью керамики и нативной кости.

Материал для имплантата использовали в виде кристаллических частиц.

ПРИМЕР 1.

Имплантат изготавливают путем размещения влажной пастообразной массы в предварительно изготовленную в соответствии с формой и геометрическими размерами нативного объекта матрицу, в которой на свежем воздухе ее высушивают. Время высушивания зависит от формы и геометрических размеров нативного объекта, а также - от температуры окружающей среды. После извлечения имплантата из матрицы проводят дополнительную обработку (полировку, шлифование и т.п.), затем стерилизуют и устанавливают в тело пациента в процессе хирургической операции.

Полученный имплантат может иметь форму: объемного объекта, участка кости, сустава, дентального объекта, устройств для крепления костных осколков (винты, пластины разной формы, гранулы и т.п.).

ПРИМЕР 2.

Имплантат изготавливают из кристаллического материала. Такой имплантат выполняют путем засыпки, например, в процессе операции, костных дефектов и нарушенных участков, при этом происходит процесс приживления такого имплантата; адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала.

Полезная модель по ВАРИАНТУ 1 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).

Возможность получения (в отличие от аналогов и прототипа) мелкоразмерного материала, содержащего вышеуказанные компоненты, обеспечивает большую поверхность взаимодействия частиц имплантата с тканями организма, а следовательно - равномерную структуру и активное их приживление и высокую механическую прочность имплантата.

ВАРИАНТ 2.

Имплантат изготавливают из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂ , карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са₁₀(PO ₄)₆(ОН)_2-2х(СО₃)_х при 0х1 или Са_10-х+y(PO₄)_6-x (СО₃)_х(ОН)_2-х+y при 0х2,0y1/2, трикальций фосфат (ТКФ) Ca₃PO₄ , а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР).

Указанный материал содержит частицы с размерами от 1 нм до 100 нм.

ПРИМЕР 3.

ПРИМЕР выполняют по ПРИМЕРУ 1 при использовании пастообразного материала, состоящего из наноразмерных частиц, содержащих синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе и каррагинан (КАР).

ПРИМЕР 4

ПРИМЕР выполняют по ПРИМЕРУ 2 при использовании кристаллического материала, состоящего из наноразмерных частиц, содержащих синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан (КАР).

Полезная модель по ВАРИАНТУ 2 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).

Использование для имплантата материала, состоящего из наноразмерных частиц обеспечивает однородную структуру материала, увеличение в 100 и 1000 раз поверхности взаимодействия материала с тканями организма, а следовательно значительно интенсифицирует (в сравнении с ВАРИАНТОМ 1) процесс приживления такого имплантата; адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала происходит очень активно.

ВАРИАНТ 3.

Имплантат изготавливают из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са₁₀(PO₄)₆(ОН) ₂, карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са₁₀ (PO₄)₆(ОН)_2-2х(СО₃ )_х при 0x1 или Са_10-х+y(PO₄)_6-х (СО₃)_х(ОН)_2-х+y при 0 x2,0y1/2, трикальций фосфат (ТКФ) Ca₃PO₄ , а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР) при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.

ПРИМЕР 5.

ПРИМЕР выполняют по ПРИМЕРУ 1 при использовании пастообразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан (КАР) при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.

ПРИМЕР 6.

ПРИМЕР выполняли по ПРИМЕРУ 2 при использовании кристаллического материала, состоящего из частиц, содержащих синтетические фосфаты кальция (ФК), в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан (КАР) при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.

Полезная модель по ВАРИАНТУ 3 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).

Использование для имплантата материала, состоящего частично из наноразмерных частиц обеспечивает однородную структуру материала, увеличение поверхности взаимодействия материала с тканями организма, а следовательно значительно интенсифицирует процесс приживления такого имплантата; адаптация его к окружающим тканям костного дефекта, пролиферация и миграция клеток в строму материала происходит очень активно, но при этом полезная модель по ВАРИАНТУ 3 позволяет осуществить направленное воздействие на свойства имплантата в соответствии с задачами медицинской практики (регулирование механических характеристик, управление характером и особенностями метаболизма, придания определенных свойств имплантату в зависимости от задач его применения. Размер и количество используемых наноразмерных частиц в материале имплантата зависит от многих факторов, в частности, от характера травмы, от объема поврежденного органа и т.д.).

ВАРИАНТ 4.

Имплантат изготавливают из гелеобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция (ФК) [может содержать, например, гидроксиапатит кальция (ГА) Са₁₀(PO ₄)₆(ОН)₂, карбонат гидроксиапатит кальция (КГА) Са₁₀(PO₄)₆(ОН) _2-2х(СО₃)_х при 0x1 или Са_10-х+y(PO₄)_6-x (СО₃)_х(ОН)_2-х+y при 0х2,0y1/2, трикальций фосфат (ТКФ) Ca₃PO₄ , а также - синтетические неорганические композиционные материалы на их основе (ГА/ТКФ, КГА/ТКФ)] и каррагинан (КАР).

ПРИМЕР 7.

Гелеобразный материал вводят в труднодоступные полости, например, шприцом или впрыскивают.

ПРИМЕР 8.

Гелеобразный материал наносят намазыванием на поврежденный участок.

ПРИМЕР 9.

Гелеобразный материал наносят путем окунания в него, например, титанового протеза и т.д.

Полезная модель по ВАРИАНТУ 4 позволит получить имплантат для остеопластики, отвечающий требованиям отсутствия эффекта антигенности, (т.к. имплантат получен из материала, состоящего из синтетических компонентов), повышения биосовместимости и механической прочности, (т.к. материал имплантата состоит из биосовместимых компонентов, формирующих полимерные цепи и содержащих активные гидроксильные и карбоксильные группы, способные активно взаимодействовать с неорганической фракцией образующегося органоминерального композита ОГМ в ходе синтеза), а также обладающего высокими антисептическими свойствами (их обеспечивает каррагинан).

Преимущество ВАРИАНТА 4 состоит в том, что материал имплантата может быть введен в труднодоступные полости (например, в трещины).

В табл.1 представлен фазовый состав продуктов синтеза ОМК ГА/КАР.

На фиг. представлены рентгеновские данные (результаты исследования ОМК ГА/КАР), полученные с использованием дифрактометра Дрон-4.

Таблица 1.
Фазовый состав продуктов синтеза ОМК ГА/КАР до (А) и после (В) термически обработки.
Образец	Термообработка	Неорганическая фаза	Массовая доля(%)	а, А	с, А	D||; нм	D; Нм
А	Нет	Са10(PO4)6(ОН)2	100	9,442	6,878	56,8	13,6
В	900°С, 1 ч	Са3(PO 4)2	100	10,430	37,396	255,8

Таким образом, использование полезной модели позволяет получить имплантат для остеопластики, который отвечает требованиям отсутствия эффекта антигенности, повышения биосовместимости и механической прочности, а также обладает высокими антисептическими свойствами.

1. Имплантат для остеопластики, включающий материал, отличающийся тем, что имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан.

2. Имплантат для остеопластики, включающий материал, отличающийся тем, что имплантат выполнен из наноразмерного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан.

3. Имплантат для остеопластики, включающий материал, отличающийся тем, что имплантат выполнен из материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан при частичном использовании в материале наноразмерных частиц.

4. Имплантат для остеопластики, включающий материал, отличающийся тем, что имплантат выполнен из гелеобразного материала, содержащего синтетические фосфаты кальция, в том числе синтетические композиционные материалы на их основе, и каррагинан.