Способ получения костного минерального компонента и костный минеральный компонент для замещения и восстановления дефектов костной ткани

Изобретение относится к медицине, конкретно к хирургической стоматологии, травматологии и ортопедии, и может быть использовано в качестве остеопластического материала при оперативном замещении костных дефектов, а также в качестве носителя биологически активных веществ, стимулирующих остеогенез, лекарственных средств и клеток. Описан способ получения костного минерального компонента, заключающийся в том, что костную губчатую ткань распиливают на блоки размером от 0,008 до 0,125 см³, которые помещают в 2% раствор натрия хлорида и проводят высаливание белков, форменных элементов крови и частиц жира из трабекул костной губчатой ткани в течение 24÷48 часов, промывают блоки водой, осуществляют гидролиз в 2% растворе гидроксида натрия в течение 24÷48 часов, затем гидролизат сливают, а блоки промывают водой при постоянном помешивании до полной нейтрализации гидроксида натрия, помещают блоки в 3-4% раствор перекиси водорода на 10÷16 часов, промывают блоки водой, далее в течение от 48 до 72 часов осуществляют обезжиривание блоков в смеси хлороформа с этанолом, взятых в соотношении 2:1, после чего блоки промывают дистиллированной водой, при постоянном помешивании, затем прогревают, равномерно повышая температуру от 600 до 1200°C, и дополнительно прогревают при 1200÷1300°C в течение 2-5 минут. Техническим результатом патентуемого изобретения является получение костного минерального компонента с выраженным остеокондуктивным эффектом. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для получения костного минерального компонента, а более конкретно к хирургической стоматологии, травматологии и ортопедии, и может быть использовано в качестве остеопластического материала при оперативном замещении костных дефектов (любого рода деструкция костной ткани, при удалении из костной ткани кист и опухолей и т.д.), а также в качестве носителя биологически активных веществ, стимулирующих остеогенез, лекарственных средств и клеток.

Так из описания к заявке США №5167961 (опубликована 01.12.1992) известен способ получения минерального костного компонента из костной ткани, например, производства Geistlich Sonne AG Fur Chemische Industrie (Люцен Швейцария) и остеопластический материал (Bio-Oss), включающий измельчение, гидролиз костной ткани, промывание, высушивание и обжиг на воздухе при температуре 250-600°C.

Однако при использовании данного способа нельзя получить костный материал, аналогичный нативному минералу кости, так как в процессе получения часть резидуальных белков остается в материале.

Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является способ получения костного материала, раскрытый в описании к патенту РФ №2189823 (опубликован 27.09.2002), особенностью которого является проведение гидролиза измельченной костной ткани смесью щелочи и этанола, с целью одновременного разрушения белка и обезжиривания костной крошки.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что при обработке ткани этой смесью большая часть жира остается в ткани и, следовательно, часть белка (липопротеины) остается в крошке.

Недостаточное выведение липопротеинов и других антигенных компонентов костной ткани делает применение данного способа для получения костного минерального компонента невозможным.

К тому же гидролиз и обезжиривание материала в виде крошки значительно затруднен в результате плотности массы материала.

Задачей изобретения является получение костного минерального компонента, лишенного антигенных свойств, и, в конечном итоге, получение костного минерального компонента - неантигенного материала для замещения и восстановления костных дефектов с выраженными остеокондуктивными свойствами.

Техническим результатом патентуемого изобретения является получение костного минерального компонента с выраженным остеокондуктивным эффектом.

Технический результат согласно изобретению достигается за счет осуществления способа получения костного минерального компонента, заключающегося в том, что костную губчатую ткань распиливают на блоки размером от 0,008 до 0,125 см³, которые помещают в 2% раствор натрия хлорида и проводят высаливание белков, форменных элементов крови и частиц жира из трабекул костной губчатой ткани в течение 24÷48 часов, промывают блоки водой, осуществляют гидролиз в 2% растворе гидроксида натрия в течение 24÷48 часов, затем гидролизат сливают, а блоки промывают водой при постоянном помешивании до полной нейтрализации гидроксида натрия, помещают блоки в 3-4% раствор перекиси водорода на 10÷16 часов, промывают блоки дистиллированной водой, далее в течение от 48 до 72 часов осуществляют обезжиривание блоков в смеси хлороформа с этанолом, взятых в соотношении 2:1, после чего блоки промывают дистиллированной водой, при постоянном помешивании, затем прогревают, равномерно повышая температуру от 600 до 1200°C, дополнительно прогревают при 1200÷1300°C в течение 2-5 минут.

Также технический результат достигается за счет использования для замещения и восстановления костных дефектов костного минерального компонента, полученного в соответствии с вышеописанным способом и выполненного в виде блоков или крошки.

Полученный таким образом костный минеральный компонент используют в виде блоков или измельчают до получения костной крошки с размером частиц 700-2000 мкм, фасуют в стеклянные флаконы и стерилизуют потоком быстрых электронов.

В частности, стерилизацию можно осуществлять потоком быстрых электронов.

Существенным признаком заявленного технического решения является распиливание костной губчатой ткани на блоки размером от 0,008 до 0,125 см³ для лучшего первичного высаливания, составляющих трабекул губчатой части костной ткани.

Как показали проведенные испытания, при минимальном размере блока 0,008 см³ блоки обладают достаточной прочностью костной губчатой кости, не повреждаются и не уплотняются в растворе, что нежелательно при обработке растворами.

Максимальный объем блока 0,125 см³ установлен исходя из того, что больший объем блоков не позволяет растворам солей, щелочи и перекиси водорода эффективно удалять белки и другие антигенные молекулы из стромы кусочка.

Согласно изобретению после напиливания блоки помещают в 2% раствор хлорида натрия от 24 до 48 часов для высаливания белков, форменных элементов крови и части жира из трабекул.

При низкой пористости губчатой костной ткани блока обычно достаточным оказывается время в 24 часа, в течение этого времени большая часть свободного содержимого выходит из трабекул, после чего блоки промывают водой и приступают к следующему шагу - обработке.

При высокой пористости губчатой костной ткани время первичной обработки достигает 48 часов, при этом большая часть содержимого трабекул выходит в раствор, после чего блоки промывают водой и приступают к следующему шагу - обработке.

Пористость губчатой костной ткани определяют визуально, в зависимости от места забора материала.

Согласно изобретению блоки помещают для гидролиза в 2% раствор гидроксида натрия на время от 24 до 48 часов.

При низкой плотности трабекул губчатой костной ткани время для осуществления гидролиза составляет 24 часа, если гидролиз проводится менее 24 часов, то в ткани могут оставаться часть белков и липопротеинов.

При высокой плотности трабекул гидролиз проводят в течение 48 часов для полного разрушения белков внутри стромы трабекул. Это время было установлено по анализу содержания белка после гидролиза (по Лоури-Барнстеду).

Пористость трабекул определяют визуально, в зависимости от места забора костного материала.

Согласно изобретению после проведения гидролиза и промывания блоков дистиллированной водой блоки помещают от 10 до 16 часов в 3-4% раствор перекиси водорода. Применение раствора перекиси водорода обусловлено ее способностью эффективно удалять остатки белка, гликопротеинов и липидопротеинов.

Минимальное время экспозиции блоков в 3-4% растворе перекиси водорода составляет 10 часов и установлено для блоков с низкой плотностью трабекул губчатой кости, а также для очищения трабекул от поверхностно-связанных протеогликанов и липопротеинов.

Максимальное время экспозиции блоков в 3-4% растворе перекиси водорода составляет 16 часов и установлено для блоков с высокой плотностью трабекул губчатой кости, для очищения трабекул от поверхностно-связанных протеогликанов и липопротеинов. Увеличение времени более 16 часов нецелесообразно, т.к. приводит к вымыванию минерального компонента.

После обработки перекисью водорода блоки отмывают дистиллированной водой, которая стандартно применяется при изготовлении лекарственных средств и изделий медицинского назначения, так как она полностью лишена механических и иных примесей, например, таких как соли тяжелых металлов (Гос. Фармакопея XI, вып.1, с.165).

Согласно изобретению обработанные блоки губчатой костной ткани обезжиривают смесью хлороформ-этанол, взятых в соотношении 2:1, в течение от 48 до 72 часов.

При обработке костных блоков в смеси хлороформ-этанол в соотношении 2:1 менее 48 часов приводит к тому, что блоки обезжириваются неполностью, о чем свидетельствует контрольная окраска Суданом (большая часть блоков чернеет).

При обработке костных блоков в смеси хлороформ-этанол в соотношении 2:1 в течение 72 часов блоки обезжириваются окончательно, о чем свидетельствует отсутствие окрашивания при контрольной окраске Суданом.

После обезжиривания блоки промывают дистиллированной водой до полного вымывания обезжиривающейся смеси из блоков. Процедуру отмывания проводят при постоянном помешивании блоков, например, с помощью магнитной мешалки.

Каждую стадию обработки проводят при комнатной температуре.

Дальнейшее прогревание блоков проводят в муфельной печи в автоматическом режиме.

Равномерное повышение температуры прогревания блоков от 600 до 1200°C с последующим при температуре 1200-1300°C в течение 2-5 мин.

Блоки равномерно нагревают в автоматическом режиме со скоростью 100°C/час до 600°C при этом блоки периодически перемешивают, чем обеспечивается равномерность прогрева, и затем повышают температуру до 1200-1300°C.

Нагревание блоков до 1200-1300°C в течение 2-5 мин приводит к окончательной деструкции коллагена до золы, которая удаляется автоматическим продувом блоков в печи.

Контроль полученного минерального компонента осуществляли лазерной денситометрией, в качестве стандарта был выбран костный гидроксиапатит. Анализ полученного костного минерального компонента показал, что он полностью соответствует международному стандарту по Лоури - менее 10 мкг/мл.

Количественный и качественный анализ полученного по патентуемому способу костного минерального компонента показал, что он представляет собой блоки белого или слегка розоватого цвета, на 99,9% состоящего из соединения природного гидроксиапатита с фосфатами и карбонатами, и составляет 73-75% от веса нормальной кости, что полностью соответствует весовому составу минеральной составляющей костной ткани (нормальная костная ткань содержит 74-75% минерального компонента и 24-25% костного коллагена (Boyd Е.D. Bone 1960 pp.35-40).

Способ получения костного минерального компонента осуществляется следующим образом.

Кость животного очищают от мышц, связок и отпиливают кортикальные слои, обнажая губчатую кость. Губчатую костную ткань напиливают на блоки от 0,008 до 0,125 см³, помещают в 2% раствор хлорида натрия на 24 часа, промывают водой, помещают для гидролиза в 0,4 н. раствор гидроксида натрия от 24 до 48 часов, затем гидролизат сливают, блоки промывают дистиллированной водой до полной нейтрализации гидроксида натрия, помещают в 3-4% раствор перекиси водорода на 10-16 часов, промывают дистиллированной водой, проводят обезжиривание в смеси хлороформа и этанола в соотношении 2:1 в течение 48 часов, после чего блоки промывают диситиллированной водой при постоянном помешивании, затем прогревают, равномерно повышая температуру от 600 до 1200°C, и подвергают обжигу при 1200-1300°C в течение 2-5 мин.

Поученные таким образом блоки костного минерального компонента фасуют и стерилизуют.

При необходимости блоки измельчают до крошки размером 700 - 2000 мкм, фасуют и стерилизуют.

Для лучшего понимания сущности изобретение поясняется примерами конкретного исполнения.

Пример 1. 1 кг костной ткани быка, прошедшей Ветеринарный Контроль и имеющей Сертификат качества и безопасности, очищают от мышц, связок и прочего, отпиливают кортикальные слои, обнажая губчатую кость.

Губчатую костную ткань напиливали на блоки 0,08 см³, помещали в 2% раствор хлорида натрия, промывали водой, помещали для гидролиза в 2% раствор гидроксида натрия на 24 часа, гидролизат сливали, блоки промывали дистиллированной водой до полной нейтрализации гидроксида натрия (до pH 5,9-6,0).

Далее осуществляли промежуточный контроль - количественный анализ на белок по Лоури-Барнстеду показал отсутствие резидуальных белков в смыве гидролизата.

Затем блоки помещали в 4% раствор перекиси водорода на 10 часов и промывали дистиллированной водой.

Промежуточный контроль - окрашивание блоков альциановым синим на протеогликаны - отрицательный.

После отмывки блоков проводили обезжиривание в смеси хлороформа и этанола в соотношении 2:1 в течение 48 часов, затем блоки промывали дистиллированной водой при постоянном помешивании на магнитной мешалке.

Промежуточный контроль- окрашивание блоков Суданом на наличие жира и липопротеинов отрицительный.

Затем отмытые блоки прогревали, равномерно повышая температуру от 600 до 1200°C, и подвергали обжигу при 1200-1300°C в течение 2-5 минут.

Промежуточный контроль - на белок по Лоури-Барнстеду - отрицательный.

Промежуточный качественный контроль на минеральный компонент осуществляют стандартным 1% раствором Н₂SО₄. Полученные блоки растворяются без остатка и без осадка.

Полученные таким образом блоки костного минерального компонента - блоки белого или слегка розоватого цвета, на 99,9% состоящего из соединения природного гидроксиапатита с фосфатами и карбонатами и составляющего 73-75% от веса нормальной кости, что полностью соответствует весовому составу минеральной составляющей костной ткани.

Полученные патентуемым способом блоки фасовали и стерилизовали потоком быстрых электронов.

Полученные патентуемым способом блоки размельчали до крошки, фасовали и стерилизовали потоком быстрых электронов.

Материал предназначен для использования в хирургической стоматологии, травматологии и ортопедии в качестве остеокондуктивного для замещения и восстановления костных дефектов.

Пример 2. 1 кг костной ткани быка, прошедшей Ветеринарный Контроль и имеющей Сертификат качества и безопасности, очищают от мышц, связок и прочего, отпиливают кортикальные слои, обнажая губчатую кость.

Губчатую костную ткань напиливали на блоки 0,125 см³, помещали в 2% раствор хлорида натрия, промывали водой, помещали для гидролиза в 0,4 н. раствор гидроксида натрия на 48 часов, гидролизат сливали, блоки промывали дистиллированной водой до полной нейтрализации гидроксида натрия (до pH 5,9-6,0).

Промежуточный контроль - количественный анализ на белок по Лоури-Барнстеду показал отсутствие резидуальных белков в смыве гидролизата.

Затем блоки помещали в 4% раствор перекиси водорода на 16 часов и промывали дистиллированной водой.

Промежуточный контроль - окрашивание блоков альциановым синим на протеогликаны - отрицательный.

После отмывки блоков проводили обезжиривание в смеси хлороформа и этанола в соотношении 2:1 в течение 72 часа, затем блоки промывали дистиллированной водой при постоянном помешивании на магнитной мешалке.

Промежуточный контроль - окрашивание блоков Суданом на наличие жира и липопротеинов - отрицительный.

Затем отмытые блоки прогревали, равномерно повышая температуру от 600 до 1200°C, и подвергали обжигу при 1200-1300°C в течение 2-5 минут.

Промежуточный контроль - на белок по Лоури-Барнстеду - отрицательный.

Промежуточный качественный контроль на минеральный компонент - стандартный раствор H₂SO₄. Полученные блоки растворяются без остатка и без осадка.

Полученные таким образом блоки костного минерального компонента - блоки белого или слегка розоватого цвета, на 99,9% состоящего из соединения природного гидроксиапатита с фосфатами и карбонатами и составляющего 73-75% от веса нормальной кости, что полностью соответствует весовому составу минеральной составляющей костной ткани.

Полученные патентуемым способом блоки фасовали и стерилизовали потоком быстрых электронов.

Полученные патентуемым способом блоки размельчали до крошки, фасовали и стерилизовали потоком быстрых электронов.

Материал предназначен для использования в хирургической стоматологии, травматологии и ортопедии в качестве остеокондуктивного для замещения и восстановления костных дефектов.

Часть блоков измельчали до крошки размером 700 - 2000 мкм, фасовали в стекляные флаконы и стерилизовали потоком быстрых электронов.

Крошку использовали в качестве остеокондуктивного материала для заполнения экспериментальных костных дефектов на нижней челюсти.

Материал в виде блоков использовали в экспериментальных исследованиях при реконструкции (поднятии) альвеолярной кости для последующей дентальной имплантации.

Осложнений после операции не выявляли.

1. Способ получения костного минерального компонента, заключающийся в том, что костную губчатую ткань распиливают на блоки размером от 0,008 до 0,125 см³, которые помещают в 2% раствор натрия хлорида и проводят высаливание белков, форменных элементов крови и частиц жира из трабекул костной губчатой ткани в течение 24÷48 часов, промывают блоки водой, осуществляют гидролиз в 2% растворе гидроксида натрия в течение 24÷48 часов, затем гидролизат сливают, а блоки промывают водой при постоянном помешивании до полной нейтрализации гидроксида натрия, помещают блоки в 3-4% раствор перекиси водорода на 10÷16 часов, промывают блоки дистиллированной водой, далее в течение от 48 до 72 часов осуществляют обезжиривание блоков в смеси хлороформа с этанолом, взятых в соотношении 2:1, после чего блоки промывают дистиллированной водой, при постоянном помешивании, затем прогревают, равномерно повышая температуру от 600 до 1200°C и дополнительно прогревают при 1200÷1300°C в течение 2-5 минут.

2. Способ по п.1, заключающийся в том, что блоки после обжига фасуют и стерилизуют.

3. Способ по п.2, заключающийся в том, что стерилизацию осуществляют потоком быстрых электронов.

4. Способ по п.1, заключающийся в том, что блоки после обжига подвергают измельчению до размеров частиц 700÷2000 мкм, фасуют в стеклянные флаконы и стерилизуют.

5. Способ по п.4, заключающийся в том, что стерилизацию осуществляют потоком быстрых электронов.

6. Костный минеральный компонент, полученный по п.1, выполненный в виде блоков или крошки.