Биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей и способ его получения

Группа изобретений относится к средствам для возмещения дефектов костей и к способам приготовления остеоиндуцирующих материалов. Биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей содержит в качестве одного из ингредиентов композиции минеральную составляющую, выделенную из костной ткани сельскохозяйственных животных, дополнительно содержит коллаген, белки плазмы крови пациентов с активным остеогенезом, взятой в период дистракции, физиологический раствор. Способ получения биоимплантата включает выделение минеральной составляющей композиции и коллагена из костной ткани сельскохозяйственных животных, фракционирование белков плазмы крови с помощью высаливания сульфатом аммония и гель-проникающей хроматографии, диализ их против дистиллированной воды, лиофильное высушивание, полученные белки растворяют в физиологическом растворе и смешивают с минеральной составляющей, выделенной из костной ткани сельскохозяйственных животных, затем к полученной массе добавляют коллаген, предварительно растворенный в физиологическом растворе, и полученный биоимплантат стерилизуют посредством β-излучения. Изобретение обеспечивает создание биоимплантата с высокими остеоиндуцирующими свойствами, обусловленными наличием в его составе комплекса факторов белковой природы, имеющего в своем составе минеральную составляющую и коллаген, выделенные из костной ткани сельскохозяйственных животных. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к медицине, в частности к средствам для возмещения дефектов костей (остеомиелитических секвестров, костных кист, очагов остеонекроза) посредством остеоиндукции в полостях, заполненных предлагаемым имплантатом, а также к способам приготовления остеоиндуцирующих материалов.

Известен препарат для стимулирования физиологической и репаративной регенерации "Стимбон-1", содержащий комплекс неколлагеновых белков зрелой костной ткани, имеющий следующие общие свойства: мол.м. в пределах от 20 до 30 кДа, растворимость в воде и солевых растворах физиологической концентрации, высаливаемость при 45-50%-ном насыщении сульфатом аммония, отсутствие сродства к анионообменнику (Патент №2050158 РФ. Заявл. 23.12.1991 г. Опубл. 10.12.95 г.).

Известен способ получения препарата для активизации репаративного остеогенеза, включающий получение из животного сырья раствора высокоочищенного коллагена, введение в него формальдегида, заранее приготовленную водную дисперсию гидроксиапатита, перемешивание и добавление водного раствора хлоргексидин биглюконата (Патент №2088240 РФ. Заявл. 09.12.1997. Опубл. 27.08.1997).

Однако известный способ не позволяет получить средство, обладающее высоким остеоиндуцирующим эффектом.

Известно использование в настоящее время для возмещения полостных костных дефектов материала для восстановления костной ткани, содержащего хонсурид, гидроксиапатит, трикальцийфосфат (Патент №2074702 РФ. Заявл. 1994.09.30. Опубл. 1997.03.10).

Однако известный материал для восстановления костной ткани предназначен для предотвращения воспаления в костных тканях и не предусматривает остеоиндукции в них.

Задачей настоящего изобретения является создание биоимплантата с высокими остеоиндуцирующими свойствами, обусловленными наличием в его составе комплекса факторов белковой природы, имеющего в своем составе минеральную составляющую, выделенную из костной ткани и коллаген.

Решение указанной задачи достигается тем, что биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей, содержащий в качестве одного из ингредиентов композиции минеральную составляющую, выделенную из костной ткани сельскохозяйственных животных, дополнительно содержит коллаген, белки плазмы крови пациентов с активным остеогенезом, взятой в период дистракции, физиологический раствор, при следующих соотношениях ингредиентов на 100 г композиции в граммах:

минеральная составляющая	65,0-67,0
коллаген	3,0-3,5
белки плазмы крови пациента с активным остеогенезом,
взятой в период дистракции	0,2-0,3
физиологический раствор	остальное,

а в способе приготовления указанного биоимплантата, включающем выделение минеральной составляющей композиции и коллагена из костной ткани сельскохозяйственных животных, фракционирование белков плазмы крови с помощью высаливания сульфатом аммония и гель-проникающей хроматографии, из плазмы крови удаляют белки, используя 30%-ное насыщение сульфатом аммония, затем выделяют белки путем высаливания при 50%-ном насыщении сульфатом аммония и растворяют их в 8М растворе мочевины, фракционируют по молекулярной массе посредством гель-проникающей хроматографии, собирают фракции с объемом выхода, соответствующие относительной молекулярной массе от 20 до 30 кДа, диализуют их против дистиллированной воды и лиофильно высушивают, затем высушенные белки растворяют в физиологическом растворе и смешивают с минеральной составляющей, выделенной из костной ткани сельскохозяйственных животных, затем к полученной массе добавляют коллаген, предварительно растворенный в физиологическом растворе, после чего полученный биоимплантат стерилизуют посредством β-излучения.

Целесообразно для индивидуального использования биоимплантата в способе получения ингредиенты композиции заранее отдельно подготавливать и индивидуально стерилизовать посредством β-излучения, затем смешивать и вносить в костный дефект непосредственно в операционной.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием, примером его осуществления и иллюстрациями, на которых:

фиг.1 иллюстрирует возмещение дырчатого дефекта костной ткани большеберцовой кости экспериментального животного контрольной группы в срок эксперимента 6 недель.

фиг.2 иллюстрирует возмещение дырчатого дефекта костной ткани большеберцовой кости экспериментального животного опытной группы в срок эксперимента 6 недель.

Способ получения биоимплантата осуществляют следующим образом.

Минеральную составляющую композиции выделяют из костной ткани сельскохозяйственных животных, используя очистку костей от мягких тканей, удаление метафизов, измельчение костной ткани диафизов, деминерализацию костной ткани с помощью 0,5 н. раствора HCl, осаждение минерала путем изменения значении рН среды с помощью насыщенного раствора щелочи.

Коллаген из костной ткани сельскохозяйственных животных выделяют, используя очистку костей от мягких тканей, обезжиривание костей и их измельчение. Измельченную обезжиренную костную ткань заливают 0,5 н. раствором HCl и оставляют на 20 ч при комнатной температуре. Полученный после удаления надосадка нерастворившийся костный матрикс заливают 0,1 М раствором HCl и вносят 1 мг пепсина. Реакционную массу помещают на магнитную мешалку и проводят ферментативный гидролиз до образования коллоидного раствора. Образовавшийся осадок отделяют центрифугированием (40.000 g × 30 минут). К раствору протеолизата приливают насыщенный раствор сульфата аммония до концентрации 25%. Осадок коллагена, образовавшийся за 24 часа, отделяют центрифугированием (6.000 g × 60 минут), суспендируют и диализуют против дистиллированной воды в течение 2-х суток, затем лиофильно высушивают.

Для выделения остеоиндуцирующих белков из плазмы крови удаляют белки, используя 30%-ное насыщение сульфатом аммония, затем выделяют белки путем высаливания при 50%-ном насыщении сульфатом аммония и растворяют их в 8М растворе мочевины, фракционируют по молекулярной массе посредством гель-проникающей хроматографии и собирают фракции с объемом выхода, соответствующие относительной молекулярной массе от 20 до 30 кДа, диализуют их против дистиллированной воды, лиофильно высушивают.

Белки растворяют в физиологическом растворе и смешивают с минеральной составляющей, выделенной из костной ткани сельскохозяйственных животных, затем к полученной массе добавляют коллаген, предварительно растворенный в физиологическом растворе. Полученный биоимплантат помещали во флакон, укупоривали резиновой пробкой и алюминиевым колпачком, стерилизовали посредством β-излучения.

Биоимплантат на основе белков аутоплазмы пациента с активным остеогенезом, взятой в период дистракции, приготавливают непосредственно в операционной путем смешивания стерильной минеральной составляющей, выделенной из костной ткани сельскохозяйственных животных, с раствором белков, предварительно лиофильно высушенных и стерилизованных посредством β-излучения, и стерильным коллагеном, предварительно растворенньм в физиологическом растворе, и вносят непосредственно в костный дефект.

Пример приготовления биоимплантата и его применения.

Трубчатые кости сельскохозяйственных животных очищали от мягких тканей, удаляли метафизы, измельчали костную ткань диафизов до размеров частиц 5-7 мм по трем измерениям. Измельченную костную ткань заливали 0,5 н. раствором HCl. Деминерализация костной ткани считалась завершенной, когда частицы костной ткани приобретали равномерную окраску и становились полупрозрачными, а значение рН реакционной среды не изменялось в течение 12-18 ч. По завершении деминерализации жидкую часть взвеси отделяли фильтрацией. Минеральную составляющую в виде кальцийфосфатных соединений осаждали из раствора добавлением при перемешивании насыщенного раствора NaOH до достижения значений рН реакционной среды 7,5-7,8, при этом обильно выпадал осадок. Взвесь отстаивалась, после чего декантированием удаляли максимально возможное количество надосадочной жидкости, а осадок центрифугировали на центрифуге ЦЛР при 3000 об./мин для удаления оставшейся жидкости. Полученное пастообразное вещество многократно промывали дистиллированной водой до значения рН промывных вод 6,0-6,5, отжимали на центрифуге ЦЛР при 3000 об./мин, выкладывали на эмалированный противень и высушивали в термостате при t=37°C. Высушенный продукт измельчали в фарфоровой ступке.

Для получения коллагена трубчатые кости сельскохозяйственных животных очищали от мягких тканей, обезжиривали спирт-эфирной смесью 1:1, измельчали до кусочков размерами 5×5 мм. 100 г измельченной обезжиренной костной ткани помещали в круглодонную колбу, в которую заливали 200 мл 0,5 н. HCl и оставляли на 20 ч при комнатной температуре. Полученный после удаления надосадка нерастворившийся костный матрикс заливали 0,1 М HCl и вносили 1 мг пепсина. Реакционную массу помещали на магнитную мешалку и проводили ферментативный гидролиз костной ткани в течение 18 ч до полного растворения костей и образования коллоидного раствора. Образовавшийся осадок отделяли центрифугированием (40.000 g × 30 минут). После этого к раствору протеолизата приливали насыщенный раствор сульфата аммония до концентрации 25%. Осадок коллагена, образовавшийся за 24 часа, отделяли центрифугированием (6.000 g × 60 минут), суспендировали и диализовали против дистиллированной воды в течение 2-х суток, затем лиофильно высушивали.

Для выделения остеоиндуцирующих белков из 3 мл плазмы крови собак, находящихся на этапе дистракции по методу Илизарова, удаляли белки, используя 30%-ное насыщение сульфатом аммония, затем выделяли белки путем высаливания при 50%-ном насыщении сульфатом аммония и растворяли их в 8М растворе мочевины, фракционировали по молекулярной массе посредством гель-проникающей хроматографии и собирали фракции с объемом выхода, соответствующие относительной молекулярной массе от 20 до 30 кДа, диализовали их против дистиллированной воды, лиофильно высушивали.

Белки, выделенные из плазмы крови, растворяли в 5 мл физиологического раствора и смешивали с 3,3 г минеральной составляющей, выделенной из костной ткани сельскохозяйственных животных, затем к полученной массе добавляли 0,16 г коллагена, предварительно растворенного в 25 мл физиологического раствора. Полученный биоимплантат помещали во флакон, укупоривали резиновой пробкой и алюминиевым колпачком, стерилизовали посредством β-излучения.

В стерильных условиях под внутривенным барбитуратовым наркозом в метафизах большеберцовой и плечевой костей экспериментальных животных создавали дырчатые дефекты в виде усеченных конусов диаметром 5 мм и глубиной 5 мм (фиг.1). Животным в опытной группе в дефекты с помощью шпателя вносили разработанный биоимплантат, а в контрольной группе дефекты не заполняли, после этого раны послойно ушивались. Возмещение созданных дефектов контролировали рентгенологически (фиг.2). Установлено, что через 6 недель оптическая плотность рентгеновских снимков в области созданных дефектов в опытной группе значительно выше, чем в контрольной.

Биоимплантат, полученный предлагаемым способом, испытан в экспериментальной клинике Государственного учреждения РНЦ "ВТО" им. академика Г.А.Илизарова, и его применение показало положительные результаты, которые заключаются в сокращении сроков заполнения костных дефектов.

1. Биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей, содержащий в качестве одного из ингредиентов композиции минеральную составляющую, выделенную из костной ткани сельскохозяйственных животных, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коллаген, белки плазмы крови пациентов с активным остеогенезом, взятой в период дистракции, физиологический раствор, при следующих соотношениях на 100 г композиции в граммах:

минеральная составляющая	65,0-67,0
коллаген	3,0-3,5
белки плазмы крови пациента с активным остеогенезом,
взятой в период дистракции	0,2-0,3
физиологический раствор	остальное

2. Способ приготовления биоимплантата для возмещения дефектов минерализованных тканей, включающий очищение трубчатых костей сельскохозяйственных животных, их измельчение, деминерализацию с последующим отделением целевого продукта, центрифугированием, его высушивание и стерилизацию, отличающийся тем, что костную ткань диафизов измельчают до размеров 5-7 мм по трем измерениям, заливают 0,5 М HCL, после деминерализации жидкую часть взвеси фильтруют, устанавливают рН среды до 7,5-7,8, образовавшийся осадок удаляют центрифугированием, многократно промывают его водой и высушивают при 37°С; для получения коллагена трубчатые кости очищают, обезжиривают спирт-эфирной смесью - в соотношении 1:1, измельчают, заливают 0,5 М HCL, в соотношении 1:2, оставляют на 20 ч при комнатной температуре, надосадок отделяют, проводят ферментативный гидролиз в течение 18 ч в присутствии пепсина и 0,1 М HCL, затем к раствору протеолизата добавляют насыщенный раствор сульфата аммония до концентрации 25%, осадок отделяют центрифугированием при 6,000 g 60 мин, суспендируют и диализуют против дистиллированной воды в течение 2-х суток, затем лиофильно высушивают; для выделения остеоиндуцирующих белков используют плазму крови собак, находящихся на этапе диструкции по методу Илизарова, удаляют белки 30%-ным сульфатом аммония, затем выделяют белок 50%-ным сульфатом аммония, удаляют белок в 8М растворе мочевины, фракционируют по молекулярной массе посредством гель-проникающей хроматографии, собирают фракции с объемом выхода, соответствующие относительной молекулярной массе от 20 до 30 кДа, диализуют их против дистиллированной воды, лиофильно высушивают; высушенные белки растворяют в физиологическом растворе, смешивают с минеральной составляющей, затем к полученной массе добавляют коллаген, предварительно растворенный в физиологическом растворе, полученный биоимплантат стерилизуют посредством β-излучения.

3. Способ по 2, отличающийся тем, что биоимплантат для возмещения дефектов минерализованных тканей приготавливают из заранее отдельно подготовленных и индивидуально стерилизованных посредством β-излучения ингредиентов композиции и вносят в костный дефект непосредственно в операционной.