Биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов

 

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к травматологии, ортопедии, челюстной, лицевой и зубной хирургии. Биокомпозиционный материал содержит костный минеральный компонент и/или синтетический гидроксиапатит, измельченную деминерализованную кость сельскохозяйственных животных и/или человека, коллаген, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных в виде раствора и поперечно-сшитого коллагена, коллаген, выделенный из губчатой кости сельскохозяйственных животных и/или человека, сульфатированные гликозаминогликаты, выделенные из кости сельскохозяйственных животных и/или человека, и очищенную воду. Технический результат: костный материал обладает выраженными остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами.

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к травматологии, ортопедии, челюстной, лицевой и зубной хирургии.

Известен биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов, содержащий коллаген, выделенный из кожи сельскохозяйственных животных, и сульфатированные гликозаминогликаны (сГАГ) (пат. US 6077988).

Однако при использовании этого материала для замещения костных дефектов и полостей коллаген, выделенный из кожи сельскохозяйственных животных, обладает быстрой биодеструкцией, что приводит как к повторным операциям по поводу замещения костного дефекта или полости, так и к фиброзу.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание биокомпозиционного материала для замещения костного дефекта, обладающего ярко выраженными остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами за счет применения компонентов костного матрикса.

Технический результат согласно изобретению достигается тем, что биокомпозиционный материал для замещения костных дефектов содержит костный минеральный компонент - костный гидроксиапатит (ГАП) и/или синтетический ГАП, измельченную деминерализованную кость сельскохозяйственных (с/х) животных и/или человека, коллаген, выделенный из склеры с/х животных в виде раствора и поперечно-сшитого коллагена, коллаген, выделенный из губчатой кости с/х животных и/или человека, сГАГ, выделенные из кости с/х животных и/или человека, и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: Костный минеральный компонент и/или синтетический гидроксиапатит - 0,5 - 95 Измельченная деминерализованная кость сельскохозяйственных животных и/или человека - 0,5 - 95 Коллаген, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных - 0,25 - 0,35 Коллаген поперечно-сшитый, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных - 0,25 - 0,35 Коллаген, выделенный из губчатой кости сельскохозяйственных животных и/или человека - 0,5 - 95 Сульфатированные гликозаминогликаны, выделенные из кости сельскохозяйственных животных и/или человека - 0,5 - 1,5 Вода очищенная - Остальное В состав биокомпозиции входит костный минеральный компонент (костный гидроксиапатит - ГАП) и/или синтетический ГАП в концентрации 0,5-95%, необходимой и достаточной для стимуляции репаративного остеогенеза и для поддержания остеокондуктивных свойств.

Костный минеральный компонент применяют, например, в виде порошка, полученного из полностью обезжиренной костной крошки, подвергнутой нагреванию с равномерным увеличением температуры от 600^oС до 1200^oС.

В биокомпозицию может входить синтетический ГАП в виде порошка.

Измельченную деминерализованную кость с/х животных и/или человека вводят в состав биокомпозиции в концентрации 0,5-95% для стимуляции остеоиндукции. Измельченную деминерализованную кость применяют, например, в виде порошка, полученного из деминерализованной и лиофилизованной костной крошки размеров 70-700 мм.

Коллаген, выделенный из губчатой кости с/х животных и/или человека, введен в состав биокомпозиции в концентрации 0,5-95%, необходимой и достаточной для поддержания последующей колонизации клеток, за счет того что в костном коллагене при сохранении в основном коллагена I типа сохраняется микроскопическое строение и пространственная структура кости. Костный коллаген вводят, например, в виде порошка, полученного путем гидролиза костной крошки в смеси раствора 0,4Н гидроксида натрия и этанола, нейтрализации с последующим повторным гидролизом осадка, диализом, замораживанием и лиофилизацией.

Коллаген в виде раствора, выделенный из склеры с/х животных, вводят в биокомпозицию в концентрации 0,25-0,35%, необходимой и достаточной для связывания всех вводимых компонентов.

Краткая технология получения раствора коллагена.

Склеру с/х животных вычищают, промывают холодной водой и помещают 30 г сухого вещества склеры в раствор трихлоруксусной кислоты. Полученный таким образом коллаген хранят в холодильнике и при необходимости используют в прописанной концентрации.

Поперечно-сшитый коллаген, выделенный из склеры, вводят в композицию в концентрации 0,25-0,35%, необходимой и достаточной для повышения вязкости композиции.

Поперечно-сшитый коллаген вводят в состав композиции в виде геля, полученного путем насыщения раствора коллагена закисью азота, которая является нетоксичным сенсибилизатором сшивки коллагена с последующей концентрацией до 80 мас.% раствора и облучением ионизирующим излучением дозой 1-15 кГр ( авт. св-во SU 1747075, 1992).

СГАГ, выделенные из кости с/х животных и/или человека, введены в биокомпозицию согласно изобретению в концентрации 0,5-1,5, необходимой и достаточной для оказания стимулирующего действия на репарацию костной ткани, так как при многих заболеваниях и повреждениях происходит снижение уровня сГАГ в костном межклеточном матриксе. СГАГ являются основными компонентами соединительной ткани (в костной ткани они связаны с нативным коллагеном), в их состав входят гетерополисахариды, хондроитин-сульфат, кератан-сульфат, гепарн-сульфат и гепарин. СГАГ, в целом, активно влияют на остеогенез, поскольку являются важнейшим компонентом биоматрикса, особенно в растущей кости, регулируют водный и солевой баланс в клетке, обладают свойствами снижать воспалительную реакцию. СГАГ вводят в виде сухого лиофильного порошка или раствора, полученного путем гидролиза костной крошки с/х животных и/или человека в 0,4Н раствора гидроксида натрия с последующей нейтрализацией и добавлением в надосадок этанола и уксусной кислоты, нейтрализацией и осаждением сушкой и лиофилизацией.

Бикомпозиционный материал для замещения дефектов костной ткани согласно изобретению получают путем перемешивания измельченной деминерализованной кости с костным коллагеном, насыщенным костными сГАГами, в растворе коллагена из склеры с/х животных, предварительно насыщенного костным минеральным компонентом и/или синтетическим ГАП и поперчно-сшитым коллагеном, полученным из склеры с/х животных.

Биокомпозиционный материал выпускают в виде геля, фасуют в шприцы и стерилизуют γ-облучением.

Биокомпозиционный материал могут применять в виде лиофильно высушенного порошка, гранул или сформированных блоков.

Пример. Больной Л., 7 лет. Диагноз: Солитарная киста верхней трети правой плечевой кости.

Болеет предположительно около полугода, жалобы на периодические боли в области верхней трети правого плеча. На рентгенограмме обнаружена костная киста в верхней трети плечевой кости справа. Госпитализирован 26.06.00 в отделение детской костной патологии и подростковой ортопедии ЦИТО. 28.06.00 под наркозом произведено пункционное введение биокомпозиционного материала согласно изобретению (мас.%): Костный минеральный компонент - 95
Измельченная деминерализованная кость человека - 95
Коллаген, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных - 0,35
Коллаген поперечно-сшитый, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных - 0,35
Коллаген, выделенный из губчатой кости человека - 95
СГАГ, выделенные из кости человека - 1,5
Вода очищенная - Остальное
Пункционно гель вводили в область дефекта с последующим произведением тугого тампонирования полости под рентгенологическим контролем. Количество использованного материала составило 15 см³. Послеоперационный период протекал гладко. Кожно-мышечный дефект в области пункции зажил без осложнений. Фиксация конечности осуществлялась 1,5 месяца гипсовой повязкой.

В динамическом наблюдении через 3 месяца была отмечена перестройка пластического материала и регенерация в области дефекта. Через 8 месяцев на рентгенограммах отмечена полная органотипическая перестройка в зоне дефекта, жалоб нет. В настоящее время Л. живет обычной жизнью, без ограничений.

Костный биокомпозиционный материал, изготовленный по предложенному способу, применен в отделении детской костной патологии и подростковой ортопедии ГУН ЦИТО им. Н.Н. Приорова при оперировании 14 больных с кистами костей и при замедленном "созревании" регенерата при проведении удлинения конечности в аппарате Илизарова. При этом в зависимости от решаемой посредством костной пластики задачи был использован материал объемом от 5 до 25 см³. В большинстве случаев применялись одновременно несколько шприцов биокомпозиционного материала, в зависимости от размеров заполняемого дефекта. Ни в одном из случаев не было отмечено отторжения или нагноения костного биокомпозиционного материала, что свидетельствует о его высоких пластических свойствах и уровне безопасности при его использовании.

Клинические результаты подтверждают высокую остеокондуктивную и остеоиндуктивную активность при пересадке и низкую антигенность биокомпозиционного материала для замещения костных дефектов согласно изобретению.

Перечисленные выше качества позволяют в клинической практике сократить сроки лечения больных, существенно снизить риск аллергических и иммунологических реакций на трансплантируемый материал.

Формула изобретения

Биокомпозиционный материал для замещения дефектов костной ткани, содержащий коллаген, выделенных из биологической ткани сельскохозяйственных животных, и сульфатированные гликозаминогликаны, отличающийся тем, что он дополнительно содержит костный минеральный компонент и/или синтетический гидроксиапатит, измельченную деминерализованную кость сельскохозяйственных животных и/или человека, а в качестве коллагена - коллаген, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных в виде раствора коллагена и поперечно-сшитого коллагена, и коллаген, выделенный из губчатой кости сельскохозяйственных животных и/или человека, а в качестве сульфатированных гликозаминогликанов - сульфатированные гликозаминогликаны, выделенные из кости сельскохозяйственных животных и/или человека, и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Костный минеральный компонент и/или синтетический гидроксиапатит - 0,5 - 95
Измельченная деминерализованная кость сельскохозяйственных животных и /или человека - 0,5 - 95
Коллаген, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных - 0,25 - 0,35
Коллаген поперечно-сшитый, выделенный из склеры сельскохозяйственных животных - 025 - 0,35
Коллаген, выделенный из губчатой кости сельскохозяйственных животных и/или человека - 0,5 - 95
Сульфатированные гликозаминогликаны, выделенные из кости сельскохозяйственных животных и/или человека - 0,5 - 1,5
Вода очищенная - Остальное3