Способ формирования костной ткани на основе фосфата кальция (гидроксоапатита)
Изобретение относится к медицине, а именно к технологии создания твердых тканей на основе фосфата кальция (гидроксоапатита) и коллагена. Сущность изобретения состоит в том, что коллагеновый матрикс помещают в жидкий раствор, содержащий ионы кальция, фосфата и гидроксида, а процесс осаждения гидроксоапатита на коллагене производят под действием электрофореза. Для предотвращения закисления раствора, содержащего ионы кальция, в него добавляется гидроксид или карбонат кальция, что исключает растворение основного продукта (гидроксоапатита). Технический результат: стабилизация рН на границе коллаген - рабочий раствор, что способствует равномерному распределению солевого компонента во всем объеме коллагена и обеспечивает максимальное приближение свойств полученного материала к свойствам нативной кости. 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к медицине, а именно к созданию твердых тканей на основе фосфата кальция (гидроксоапатита) и коллагена, которые могут быть использованы как при лечении, так и при протезировании участков, пораженных дистрофией, при дефектах костной ткани врожденных и приобретенных заболеваниях.
Известен способ формирования костной ткани, когда пересадочный материал приготавливают путем перемешивания деминерализованных и стерилизованных костных частиц с костным морфогенетичсским белком. Таким образом получают коллагеновую губчатую смесь, которую имплантируют в область пораженного участка кости. Однако полученный в этом случае материал не имеет достаточной степени структурной интегрированности компонентов, он также является низкотехнологичным. [Патент США N 4394370]. За прототип выбран способ формирования костной ткани, разработанный авторами, в соответствии с которым в коллагеновый матрикс, помещенный в жидкую среду между разноименными электродами, вводятся ионы кальция (Ca2+) с одной стороны, а с другой стороны ионы фосфата (PO4 3-) и гидроксида (OH-). В результате электрофореза ионы принимают направленное движение, приводящее к реакции: 5Ca2+ + 3PO4 3- + OH- = Ca5(OH)(PO4)3 (гидроксоапатит). Полученное вещество (гидроксоапатит) потом осаждается на коллагеновой основе. [Патент РФ N 2053733]. К недостаткам прототипа следует отнести то, что при пропускании электрического тока одновременно происходит электролиз раствора соли кальция, в результате которого образуется кислота, что связано с появлением в растворе ионов водорода (+H+). Это приводит к изменению pH (со стороны ионов кальция до pH = 1,5 - 2,0 и со стороны фосфат-ионов до pH = 5,5 - 6,0). Вместе с ионами кальция (Ca2+) ионы водорода (H+) диффундируют в коллаген и частично растворяют образующийся гидроксоапатит. Происходит реакция, обратная образованию соли: Ca5(OH)(PO4)3 + H+ = 5Ca2+ + 3PO4 3- + H2O Поэтому равномерного образования солевого компонента во всем объеме имплантата не происходит, несмотря на высокую степень структурной интегрированности компонентов в отдельных местах коллагена во всем объеме она не достигается. Кроме того, образуются побочные продукты, снижающие биологическую эффективность получаемого материала. Технический результат заявленного решения заключается в стабилизации pH на границе коллаген - рабочий раствор: в растворе с ионом кальция до pH = 11, в растворе с фосфат-ионом до pH = 10,5 - 11. Это обеспечивает максимальное приближениие свойств полученного материала к свойствам нативной кости за счет нейтрализации образующихся при электролизе ионов водорода (H+), что способствует равномерному распределению солевого компонента во всем объеме коллагена, т.к. исключается частичное растворение соли в отдельных его участках. Это достигается тем, что в раствор соли кальция вводится гидроксид кальция (Ca(OH)2) в избытке относительно основного компонента при постоянном перемешивании. Предложенный способ заключается в следующем. Коллагеновый матрикс помещают в жидкую среду между разноименными электродами. Электроды с одной стороны омываются раствором, содержащим ионы кальция (Ca2+), а с другой стороны - раствором, содержащим ионы фосфата (PO4 3-) и гидроксида (OH-). При этом происходит реакция: 5Ca2+ + 3PO4 3- + OH- = Ca5(OH)(PO4)3 Образующийся гидроксоапатит осаждается на коллагеновой основе. Для нейтрализации ионов водорода (H+), которые также образуются в результате электролиза в раствор соли кальция, вводят гидроксид кальция (Ca(OH)2) в избытке относительно основного компонента при постоянном перемешивании. Происходит реакция нейтрализации ионов водорода, что предотвращает растворение гидроксоапатита в некоторых участках коллагена: Ca(OH)2 + H+ = Ca2+ + 2H2O Другим преимуществом технического решения является постоянное пополнение запасов ионов кальция (Ca2+), что положительно влияет на образование солевого компонента в объеме коллагена. Полученный материал высушивают, стерилизуют гамма-излучением и подготавливают к имплантации. Пример. Для получения коллагенового матрикса производят деминерализацию кости, далее осаждают коллаген из раствора. Коллагеновый матрикс может быть взят в готовом виде, приготовленный по любой другой технологии. Перед употреблением коллагеновый матрикс гидратируют дистиллированной водой в соотношении по массе 1:20 (вода:коллаген). Гидратированный образец помещают в жидкую среду между разноименными полюсами источника постоянного тока. Один электрод погружают в раствор, содержащий соль кальция (CaCl2), а другой - в раствор, содержащий ионы фосфата (PO4 3-) и гидроксида (OH-) (раствор (NH4)3PO4). Кроме того, в раствор соли кальция добавляют избыток (по массе относительно соли кальция) гидроксида кальция (Ca(OH)2) при постоянном перемешивании раствора. Затем в течение 4 - 10 часов через растворы пропускают электрический ток начальной плотностью 50 мА/см2. Масса исходного образца 0,4 - 0,6 граммов. Под действием электрического тока происходят реакции: 1) 5Ca2+ + 3PO4 3- + OH- = Ca5(OH)(PO4)3 на катоде (в растворе соли CaCl2) происходит разрядка иона хлора с последующим растворением, что приводит к образованию HCl и накоплению ионов водорода (H+). Их нейтрализация обеспечивается Ca(OH)2 по реакции:2) Ca(OH)2 + H+ = Ca2+ + 2H2O. В качестве нейтрализующего вещества можно использовать карбонат кальция (CaCO3). Гидроксоапатит Ca5(OH)(PO4)3, образующийся под воздействием электрофореза, осаждается на коллагене. Процентное содержание солевого компонента в материале зависит от времени и плотности тока. В таблице раскрыта эта зависимость. Полученный материал (коллаген-апатитовый композит или имплантат) был исследован путем заполнения костных полостей. Композит обеспечивает хорошую степень регенерации костной ткани в дефектном участке. Он не токсичен, не иммуногенен. Имеет высокую степень биосовместимости (без образования антител или отторжения). Равномерность распределения солевого компонента в коллагеновой матрице показана компьютерно-томографически, а также электронографически. Положительный эффект предложенного технического решения состоит в получении материала с высокой степенью структурной интегрированности во всем объеме, что обеспечивает высокую скорость регенераторного процесса.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.12.2008
Извещение опубликовано: 20.12.2008 БИ: 35/2008