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 м ² /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 СаНР0 ₄ 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.