Порошкообразный, полусинтетический материал, полученный изменением состава морского природного биоматериала, способ его производства и применение

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к порошкообразному полусинтетическому материалу для изготовления заменителей кости, инъекционных цементов или цементов для герметизации эндопротезов или для изготовления устройств для биоабсорбируемого остеосинтеза и формованных имплантатов, полученному из морского природного биоматериала, с добавками нерастворимых и растворимых биополимеров и карбоната кальция, преобразованного карбонатизацией, где природный морской биоматериал представляет собой арагонитовый внутренний слой раковины двустворчатых моллюсков, выбранный из группы, включающей Pinctadines и Tricdacnes, а также относится к способу получения порошкообразного полусинтетического материала; к применению материала в качестве костного заменителя с приготовлением непосредственно перед применением для заживления или восстановления потерь вещества, лечения ожогов, струпьев, язв, эритемных кожных повреждений или для изготовления устройств или литых имплантатов; к применению карбоната кальция после карбонатизации, используемого в порошкообразном полусинтетическом материале в виде пластичной, формируемой и липкой добавки в композициях с содержанием солей кальция, природных или синтетических полимеров, коллагена, минеральных поперечных нитей костных тканей животного или человеческого происхождения и к применению извлечённых нерастворимых или растворимых биополимеров, используемых в порошкообразном полусинтетическом материале в качестве добавок для порошкообразных композиций, содержащих соли кальция, природные или синтетические полимеры, коллаген, минеральные поперечные нити костных тканей животного или человеческого происхождения. Группа изобретений обеспечивает получение порошкообразного полусинтетического материала, который при использовании в качестве закрепляющего цемента, обеспечивает первичное механическое удержание эндопротеза благодаря своим адгезионным свойствам с тем, чтобы на втором этапе обеспечить тканевое соединение благодаря своим остеомиметическим, остеоиндуктивным, остеопроводным, биоактивным свойствам, вызванным присутствием сигнальных молекул, инъецирующих биологическую минерализацию. 7 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 12 пр.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к порошкообразному, полусинтетическому, биологически рассасывающемуся материалу, произведённому из морского природного биоматериала, происходящего от раковины двустворчатых моллюсков, таких, как в целом Pinctadines, и, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes: Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus.

Фон изобретения

Как правило, материалами для восполнения потерь костного вещества, вызванных травмой, опухолью, дистрофией или дегенерацией, являются фосфокальциевые цементы, биологические сополимеры, материалы животного или человеческого происхождения.

Что же касается цементирования протезов, то применяется только поли(метакрилат метила), при необходимости, в сочетании с антибиотиками, инициатором, активатором, контрастным веществом или красителем. Эндопротезы цементируют, как правило, с применением цементов с содержанием поли(метакрилата метила), недостатки которого хорошо известны, в частности, это - экзотермическая реакция, происходящая во время полимеризации цемента, некроз костных клеток вследствие этого, усадка цемента в зависимости от времени и старение, которые приводят к подвижности протеза, а также в большинстве случаев вызывают необходимость восстановления по прошествии от 10 до 15 лет с момента операции.

Все эти материалы биологически совместимы, некоторые их них, например, фосфокальциевые цементы, должны обладать остеопроводными свойствами, небольшое их количество являются биоактивными, большая часть – инертными.

Инъецируемые цементы состоят из минеральной фазы и жидкой фазы, которая может быть фосфорной кислотой, водным раствором или гелем метилгидроксипропилцеллюлозы (HPMC), стехиометрической водой 0,1 моля, серной кислоты, лимонной кислотой.

Биоматериалы, являющиеся синтетическими или бычьими и используемые в качестве костных заменителей, наделены преимущественно остеопроводными свойствами и не являются, как правило, полностью биологически рассасывающимися.

В отношении некоторых из них, а именно полимеров, обнаружено высвобождение продуктов разложения, которые в долгосрочной перспективе могут негативно повлиять на окружающие или систематически патологические ткани. Такое биологическое рассасывание зависит от пациента.

Однако почти всё костные заменители не являются биоактивным, вследствие чего приходится применять их совместно с коллагеном животного происхождения или же с другими веществами, которые для приобретения свойства биологического рассасывания, вызывают сильную воспалительную реакцию хозяина-реципиента, являющуюся более значительной и отличающейся от физиологической реакции.

Главный недостаток костных заменителей в виде порошка или гранулята заключается в том, что при их применении, будь то с собственной кровью, физиологической сывороткой или любым другим жидким вектором, они не образуют коагуляты, обладающие адгезивными и пластичными свойствами, способствующими их сцеплению и поддержанию на или внутри участка. Как известно, кость человека состоит на 43% из неорганических компонентов, 32% органических компонентов и 25% воды. Органическая составляющая содержит 90% коллагеновых протеинов, из которых 97% - это коллаген I, III, IV и V типов, при этом 10% - не коллагеновые протеины, представленные остеокальцином, остеонектином, остеопонтином, костным сиалопротеином, протеоглицанами, фибронектином, факторами роста и морфогенетическими протеинами. Именно эти не коллагеновые протеины играют главную роль в процессах остеогенеза и заживления поражённых тканей.

Неорганическая фракция состоит большей частью из оксиапатата в виде кристаллов фосфата кальция; в этой фракции содержатся также другие минералы, такие, как натрий, калий, медь, цинк стронций, фтор, алюминий, кремний в очень малых количествах. Все эти элементы играют важную роль в клеточном метаболизме, а также при заживлении и восстановлении костей.

Исследование построения и состава раковины двустворчатых моллюсков, таких, как, в целом, Pinctadines, и, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes, в частности, Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelan, показало, что раковина содержит внутренний перламутровый слой, состоящий на 3 – 5% из органической фракции, которая в свою очередь состоит из коллагеновых и не коллагеновых протеинов, преимущественно из нерастворимых и растворимых биополимеров. Внутренний перламутровый слой содержит также неорганическую фракцию в количестве от 95 до 97%, состоящую в основном из карбоната кальция, минералов и ионов металлов, а также 3% воды. Это исследование построения раковины моллюсков, относящихся к изобретению, также показало, что раковина содержит наружный кальцитовый слой, структурно отличающийся от внутреннего арагонитного слоя, но также содержащий органическую фракцию из нерастворимых и растворимых биополимеров.

Многочисленными публикациями выявлены остеоиндуктивные и остеопроводные свойства природного биоматериала, происходящего из арагонитного слоя приведённых выше морских моллюсков.

Эти свойства проистекают из присутствия биополимеров, содержащихся в органической фракции, в которой были идентифицированы структурные протеины, схожие с протеинами, содействующими построению органов, таких, как зубы, кости, кожа, мышцы, слизистые оболочки и пр. Также присутствуют функциональные протеины, аналогичные протеинам, участвующим в метаболических и биохимических процессах (энзимология, иммунология, мембранные рецепторы, сигнальные молекулы и пр.). Среди этих структурных протеинов представлены, в частности, коллагены, таким образом были идентифицированы родственные коллагены и коллагены I, II, III типов.

Помимо свободных аминокислот было выявлено присутствие протеогликанов (углеводов, связанных с малыми пептидами), гликопротеинов (объединение коллагена с углеводами), среди которых были гликопротеины малого молекулярного веса, как правило, считающиеся факторами роста, родственными с морфогенным костным протеином (BMP), фактором некроза опухолей β (TNF β), трансформирующим фактором роста (TGF β), фактором роста плаценты (РGF) и пр.

Однако известна фундаментальная роль некоторых не коллагеновых молекул в процессе физиологического заживления и восстановления клеток и тканей.

In vitro и in vivo выявили свойства заживления, восстановления, ангиогенеза и остеоиндукции органоминерального комплекса внутреннего слоя раковины упомянутых выше моллюсков, свойства, обусловленные присутствием этих разных коллагенов и факторов роста.

Если сравнить физико-химический состав костной ткани и состав арагонита раковин рассматриваемых моллюсков, то можно отметить сильное сходство между органическими компонентами при процентной доле 32% в костной ткани и 3 – 5% в арагоните. Минеральные фазы, составляющие 43% для кости, преимущественно фосфат кальция, представлены в арагоните в количестве 95 – 97% в виде карбоната кальция; при этом соотношения между другими минералами очень схожи.

Учитывая роль биополимеров, содержащихся в органической фракции морского природного биоматериала, авторы изобретения посчитали целесообразным изменить его состав путём повышения содержания указанных биополимеров в новом гибридном полусинтетическом биоматериале.

Как известно, органическая фракция внутреннего арагонитного и наружного кальцитового слоёв раковин упомянутых моллюсков содержит растворимые диффундирующие молекулы, обладающие свойствами костеобразования и вмешивающиеся в минерализацию и рост кальцифицированных тканей. Также было отмечено присутствие нерастворимых протеинов и структуры в перикристаллических и межпластинчатых оболочках арагонита.

Вместе с тем молекулы, содержащиеся в органической фракции наружного кальцитового слоя раковины, схожи с молекулами во внутреннем арагонитном слое раковины моллюсков, которых касается изобретение.

В этом причина того, что сочли целесообразным извлекать и концентрировать не только органические молекулы, тесно связанные с биокристаллами и межкристаллическими пластинками, из которых образован арагонит перламутровых панцирей, но также молекулы, содержащиеся в наружном кальцитовом слое раковин соответствующих моллюсков.

Извлечение биополимеров из органических фракций биоматериала служит для получения растворимых и нерастворимых молекул. Цель состоит в обеспечении возможности увеличить путём внесения добавления в извлечённые нерастворимые и растворимые биополимеры, структурное соотношение «органическое-неорганическое» для оптимизации свойств клеточной и тканевой регенерации, заживления, остеоиндукции, ангиогенеза полученного при этом биоматериала.

Таким образом авторами изобретения установлено, что возможно получить на основе раковины моллюска, выбранного из Tridacnae maxima, Tridacnae gigas, Tridacnae derasa, Tridacnae tevaroa, Tridacnae squamosa, Tridacnat crocea, Hippopus, Hippopus porcelanus, Pinctada maxima, Pinctada margaritisfera, и других представителей Pinctadines, материал, удовлетворяющий названным требованиям путём добавки в него одновременно растворимых и нерастворимых биополимеров и карбоната кальция, преобразованного карбонатизацией.

Будучи изменённым таким образом, новый порошкообразный биологически рассасывающийся полусинтетический материал согласно изобретению предназначен для изготовления, например, костных заменителей, инъецируемых цементов или цементов для закрепления эндопротезов или же для создания устройств для остеосинтеза и литых, биологически рассасывающихся имплантатов.

Следовательно, целью изобретения согласно первому аспекту является порошкообразный полусинтетический материал, происходящий из морского природного биоматериала, содержащий добавку нерастворимых или растворимых биополимеров и карбоната кальция, преобразованного карбонатизацией.

Также изобретение относится к способу приготовления такого полусинтетического материала.

Оно относится кроме того к композиции, содержащей растворимые и нерастворимые биополимеры или карбонат кальция, преобразованный карбонатизацией, использованной в полусинтетическом материале.

Наконец изобретение относится к применению полусинтетического материала или композиции для изготовления, например, костных заменителей, инъецируемых цементов или цементов для закрепления эндопротезов или же к созданию устройств для остеосинтеза и литых биологически рассасывающихся имплантатов.

Подробное описание изобретения

Согласно первому аспекту изобретение относится к порошкообразному полусинтетическому материалу на основе морского природного биоматериала, содержащему добавку нерастворимых и растворимых биополимеров и карбонат кальция, преобразованный карбонатизацией.

Материал согласно изобретению произведён из морского природного биоматериала, которым служит внутренний арагонитный слой раковины двухстворчатых моллюсков, выбранных из группы, содержащей Pinctadines, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes, в частности, Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus, при этом упомянутый арагонитный слой присутствует в порошкообразном виде.

Порошкообразный полусинтетический материал согласно изобретению является биологически рассасывающимся.

Согласно варианту выполнения гранулометрический состав представляет собой 5 нм – 100 мкм, предпочтительно 20 нм – 50 мкм, более предпочтительно 50 мн – 20 мкм.

Растворимые и нерастворимые биополимеры извлекаются из внутреннего арагонитного слоя и/или наружного кальцитового слоя раковины двухстворчатых моллюсков, выбранных из группы, содержащей Pinctadines, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Тridacnes, в частности, Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus.

Метод извлечения этих полимеров описан ниже.

Согласно предпочтительному варианту выполнения добавка извлечённых растворимых и нерастворимых биополимеров производится с учётом соотношения между ними, которое соответствует соотношению в исходном биоматериале.

Карбонат кальция, преобразованный карбонатизацией и использованный в полусинтетическом материале согласно изобретению, происходит от земного, морского или осаждённого природного карбоната кальция или от неорганической фракции арагонитного слоя после извлечения нерастворимых и растворимых биополимеров, которая была преобразована карбонатизацией. Как известно, карбонат кальция, кристаллизовавшийся в орторомбической или ромбоэдрической системе и прошедший термическую обработку при температуре от 800 до 1100°С, приобретает вследствие термолиза и окисления новые свойства, которые выражаются через значительную адгезивную способность и пластичность, обеспечивающие простоту формования. Этим явлением является карбонатизация, происходящая со следующей реакцией:

CaCO₃ + термическая обработка → Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.

В ходе этой реакции, при которой происходит повышение температуры и её поддержание в течение 20 - 40 минут, карбонат кальция химически преобразуется и становится известью, затем под влиянием СО₂ и влаги окружающей среды превращается в аморфный карбонат кальция. В зависимости от окружающей гидрометрии такое химическое преобразование занимает несколько суток.

Следовательно, в порошкообразном полусинтетическом материале согласно изобретению содержатся порошок, произведённый из морского природного материала, органическая фракция которого дополнена извлечёнными нерастворимыми и растворимыми биополимерами, и минеральная фракция в виде карбоната кальция морского, осадочного происхождения или происшедшего от мадрепорового коралла или земного, осадочного происхождения и преобразованного способом карбонатизации.

Согласно частному варианту выполнения порошкообразный полусинтетический материал согласно изобретению содержит арагонит порошкообразной формы при гранулометрии от 5 нм до 100 мкм, предпочтительно от 20 нм до 50 мкм, более предпочтительно от 5 нм до 20 мкм, извлечённые нерастворимые и растворимые биополимеры и преобразованный карбонатизацией карбонат кальция.

В результате добавки извлечённых нерастворимых и растворимых биополимеров доля органической фракции исходного материала возрастает до диапазона 1 – 10%, предпочтительно с учётом соотношений между нерастворимыми и растворимыми биополимерами в исходном материале. После добавки преобразованного карбонатизацией карбоната кальция доля минеральной фракции в исходном материале возрастает до диапазона от 1 до 10% в зависимости от требуемых физико-химических характеристик.

Согласно частному варианту выполнения полусинтетический материал согласно изобретению содержит в расчёте на 100 г арагонита в порошковой форме при гранулометрии от 5 нм до 100 мкм предпочтительно от 20 нм до 50 мкм, более предпочтительно от 50 нм до 20 мкм, извлечённые нерастворимые и растворимые биополимеры в количестве от 1 до 50 г, предпочтительно от 5 до 25 г, более предпочтительно от 10 до 15 г, и преобразованный карбонатизацией карбонат кальция в количестве от 0,5 до 50 г, предпочтительно от 1 до 25 г. более предпочтительно от 2 до 10 г.

В процессе извлечения биополимеров авторы изобретения обнаружили, что во внутреннем арагонитном слое и наружном кальцитовом слое раковин моллюсков, использованных при осуществлении изобретения, доля нерастворимых биополимеров составляла от 2,6 до 4,3%, доля растворимых биополимеров – от 0,4 до 0,7% от общего веса. Введение биополимеров в материал согласно изобретению производилось таким образом, чтобы соотношение между растворимыми биополимерами и нерастворимыми биополимерами было схожим с соотношением в продукте природного происхождения.

Также предметом изобретения является способ приготовления описанного выше порошкообразного полусинтетического материала.

В способе согласно изобретению компоненты приготавливаются раздельно, затем смешиваются с целью получения материала согласно изобретению. При этом приготавливают порошкообразный материал на основе морского природного биоматериала, нерастворимые и растворимые биополимеры, извлечённые из морского природного биоматериала, а также преобразованный карбонатизацией карбонат кальция.

В частности, способ приготовления включает в себя смешивание измельчённого природного биоматериала, нерастворимых и растворимых полимеров, извлечённых из внутреннего арагонитного слоя и/или наружного кальцитового слоя раковин двухстворчатых моллюсков, выбранных из группы, содержащей Pinctadines, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes, в частности, Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus, и преобразованного карбонатизацией карбоната кальция.

Согласно частному варианту выполнения измельчённый природный биоматериал это - внутренний арагонитный слой раковины моллюсков. Измельчение проводится для получения среднего гранулометрического состава от 20 нм до 50 мкм. Произведённым зёрнам может быть придана сфероидная форма для обеспечения сыпучести и сжимаемости порошка.

В способе согласно изобретению нерастворимые и растворимые биополимеры извлекаются соответственно посредством суперцентрифугирования и тангенциальной ультрафильтрации, сопровождающейся обратным осмосом после гидролиза. Перед извлечением внутренний арагонитный слой и/или наружный кальцитовый слой раковины моллюсков могут быть структурированы. В целях упрощения извлечения внутренний арагонитный слой и/или наружный кальцитовый слой раковины моллюсков измельчаются и просеиваются до гранулометрии, составляющей от 250 до 50 мкм.

Эти разные этапы будут последовательно описаны ниже.

Морской природный биоматериал, используемый в качестве сырья, выбирается из группы, содержащей Pinctadines, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes: Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus.

Каждый из компонентов может происходить от одного и того же морского биоматериала или от разных морских биоматериалов.

Отобранные раковины очищают, обеззараживают и при необходимости структурируют, кальцитовый слой отделяют от внутреннего слоя. Внутренний слой измельчают. Часть измельчённого внутреннего слоя составляет основной компонент материала согласно изобретению. Растворимые и нерастворимые биополимеры извлекают из кальцитового слоя и/или внутреннего слоя. Карбонат кальция, происходящий из минеральной партии, полученной после извлечения биополимеров, преобразуют посредством карбонатизации. Извлечённые при этом биополимеры и преобразованный карбонатизацией карбонат кальция добавляют в основной, ранее полученный компонент.

Ниже приводится подробное описание специфического варианта способа согласно изобретению. Само собой разумеется, средний специалист в состоянии привести режим этого способа в соответствие со специфическими исходными биоматериалами и с требуемыми случаями целевого применения.

I. Приготовление компонентов

После удаления эпибионтов соскабливанием, раковины, происходящие от отобранного морского биоматериала, подвергаются следующим видам обработки:

I. 1) Обеззараживание раковин:

Раковины обеззараживаются погружением в водопроводную воду, в которую добавлен раствор гипохлорита с содержанием 2% активного хлора.

I. 2) Обработка раковин ультразвуком:

Затем раковины промывают и обрабатывают в ёмкости с ультразвуковым устройством, заполненной водопроводной водой, и проводят микробиологический контроль, например, при температуре 55°С, при которой добавляют чистящий и дезинфицирующий раствор при степени разведения: 1 часть раствора на 127 частей воды. Продолжительность обработки около 30 минут при частоте около 40 кГц.

I. 3) Промывка и сушка раковин

После этого раковины промывают, например, в течение 20 минут в ванне с деминерализованной водой при температуре 90°С с добавкой средства Calbenium^® при степени разбавления 2% в течение 30 минут. После этого их сушат.

I. 4). Структурирование раковин.

Согласно другому варианту выполнения с целью придания природному исходному биоматериалу улучшенных биологических свойств, в частности, для оптимизации метаболизма клеток и усиления свойств против свободных радикалов раковины могут быть структурированы следующим образом.

В прозрачной стеклянной или пластиковой ёмкости разной вместимости приготавливают смесь из водопроводной воды и добавки 10% рибофлавина; этот комплекс выдерживают при температуре свыше 20°С, при этом перемешивание создаёт поток, направленный перпендикулярно длинноволновым УФ излучениям.

Туда помещают раковины вертикально и располагают с возможностью воздействия излучения ультрафиолетовых ламп на их обе поверхности при длине волн 365 нанометров в секунду при интенсивности 2300 микроджоулей на кв. см в течение 180 минут. При этом комплекс выдерживали в вакууме в течение всего времени обработки.

Затем раковины промыли и просушили под струёй воздуха с температурой 40°С.

Также возможно использовать способ, раскрытый в заявке на патент FR 14 50204, поданной 10 января 2014 г.

I. 5) Удаление наружного кальцитового слоя.

Наружный кальцитовый слой раковин удаляют шлифованием абразивным мелкозернистым инструментом.

Продукт хранят, он образует «партию извлечённых из наружного кальцитового слоя биополимеров».

I. 6) Замораживание перламутровых панцирей, обнажившихся после шлифования.

Согласно изобретению перламутровые панцири замораживают при температуре -18°С в течение 120 минут.

I. 7) Измельчение перламутровых панцирей и формирование партий.

После этого приступают к измельчению перламутровых панцирей, например, в дробилке, щёки которой выполнены из карбида вольфрама, с отсосом таким образом, чтобы извлекались взвешенные частицы, содержащие также нанозёрна.

Операция по измельчению проводится, по меньшей мере, троекратно и после просеивания получают две партии:

- первая партия со случайным гранулометрическим составом от 20 мкм до 50 нанометров представляет собой смешанную арагонитную порцию продукта согласно изобретению, обозначенную ниже как «арагонитная смешанная партия». Под арагонитной смешанной партией понимается продукт порошкообразной формы, полученный после измельчения и содержащий два компонента: органический и неорганический.

- Вторая партия с гранулометрическим составом от 250 до 50 мкм образуется при извлечении нерастворимых и растворимых биополимеров. Она обозначена как «партия биополимеров, извлечённых из внутреннего арагонитного слоя».

Посредством лазерного гранулометра можно определить размер и разброс зёрен в полученных порошах.

I. 8) Придание сферической формы зёрнам арагонитной смешанной партии.

Арагонитная смешанная партия подвергается механической обработке для унификации зёрен путём придания им сферической формы, при этом цель состоит в округлении углов и граней зёрен посредством трения.

Такая обработка способствует сыпучести и прессуемости произведённого порошка, а также уплотнению и образованию межзёренных связей в процессе применения материала согласно изобретению, в частности, в качестве костных заменителей, связующих цементов, инъецируемых цементов, устройств для остеосинтеза и литых биологически рассасывающихся имплантатов.

Для проведения стадии придания сферичности можно поступать следующим образом. В цилиндрическую ёмкость из стекла или, например, циркония с горизонтальной вращающейся осью со стеклянными лопатками разной ширины поместить смесь из равных долей порошкообразного материала из арагонитной смешанной партии и стружки размером в несколько мм² из твёрдой древесины, например, дуба, стерилизованных в автоклаве.

Ёмкость приводится во вращение при разных длительности и скорости, зависящих от размера ёмкости и количества обрабатываемого продукта.

В конце обработки для придания сферичности комплекс смеси, арагонитная смешанная партия и стружка переводятся в инертную ёмкость, заполненную адекватным количеством воды, которую постоянно встряхивают в течение около 15 минут. После выдержки плавающие на поверхности древесные стружка удаляют отсасыванием.

Затем раствор фильтруют через нейлоновый фильтр с отверстиями диаметром 20 мкм, осадок сушат посредством устройства Rotavapor^® при 40°С и фасуют.

Согласно другому варианту выполнения в арагонитную смешанную партию также могут добавляться в равных долях хлорид натрия в виде зёрен со случайным диаметром от около 1 до 3 мм. После обработки хлорид натрия удаляют растворением водой с температурой 90°С и фильтрацией через нейлоновый фильтр, промывают водой с температурой 90°С и сушат потоком воздуха с температурой 40°С.

II. Извлечение биополимеров.

II. 1. Извлечение нерастворимых биополимеров.

Согласно изобретению адекватное количество порошка из партии биополимеров, извлечённых из внутреннего араганитного слоя, полученного на этапе I.5), смешивают с достаточным количеством деминерализованной воды для впрыскивания в реактор для гидролиза, в котором находится определённое количество 25%-ой лимонной кислоты; весь комплекс охлаждают до температуры от 4 до 5°С при постоянном перемешивании. Авторы изобретения предпочли использовать лимонную кислоту в виду её способности понижать рН и поверхностное натяжение.

Показатель рН, контролируемый посредством рН-метра, поддерживается на уровне свыше 4,5 путём добавки едкого натра 2,5 N с целью предупреждения порчи биополимеров; затем в конце этапа этот показатель доводят до 7 добавкой 0,1 л едкого натра 5N на 100 л гидролизата.

После полного растворения порошка гидролизат переводят в резервуар при постоянном перемешивании, затем переводят в центробежный сепаратор, в котором на него воздействуют в циклоне с усилием от 18 до 20 000 G.

Операцию повторяют, если это необходимо после контроля раствора посредством турбидиметра и корректируют при необходимости лимонной кислотой, при этом температура поддерживается на уровне от 4 до 5°С.

В зависимости от результатов проверки турбидиметром гидролизат может быть снова подвергнут суперцентрифугированию. На каждом цикле суперцентрифугирования полученный осадок нерастворимых биополимеров промывают и накапливают. Воды после промывки осадков обрабатывают щавелевой кислотой для определения наличия или отсутствия кальция.

После последнего суперцентрифугирования получают осадок, содержащий все нерастворимые биополимеры в виде влажного кека коричневатого цвета, который сушат лиофилизацией или с помощью цеолитов с получением в конце обработки сферических коллоидных частиц серого цвета диаметром 2–3 мм, образовавшихся в результате свёртывания протеинов под действием центробежной силы.

Извлечённые нерастворимые биополимеры измельчают, например, в планетарной мельнице до получения порошка с гранулометрией от около 5 мкм до 100 нм и просеивают.

II. 2. Извлечение растворимых биополимеров

Фильтрат и промывочные воды подаются для обессоливания в устройство для тангенциальной ультрафильтрации, например, вместе с кассетами, содержащими порог отсечки, равный 1 кДальтону (порог отсечки – это критическая молярная масса, при которой 90% растворённых веществ удерживаются мембраной.)

Для осаждения солей сульфата кальция в фильтрат добавляют достаточное количество серной кислоты при концентрации 2,0 моля/л.

Раствор фильтруют, фильтрат концентрируют устройством Rotavapor^® в вакууме при температуре кипения 33°С для удаления лимонной кислоты в виде кристаллов.

Разбавляют дистиллят, содержащий протеины с низким молекулярным весом и одно- и многовалентные ионы.

Поскольку порог отсечки кассет не содержит всего количества протеинов и, в частности, протеинов с очень низким молекулярным весом, то дистиллят подвергают обратному осмосу.

Дистиллят переводят в другое место для обработки путём отделения жидкой фазы пропусканием через полуизбирательные мембраны, например, с диаметром пор 0,0001 мкм под действием градиента давления от 40 до 80 бар.

Дистиллят пропускают для задержки всех одно- и многовалентных ионов, таких, как ионы железа, магния, цинка и др.

Остаток, образовавшийся на мембранах обратного осмоса, собирают и разводят апирогенной водой, затем концентрируют, например, на аппарате Rotavapor^® в вакууме при температуре 40°С и лиофилизируют посредством цеолитовой обработки или сублимационной сушки.

Получают очень тонкий порошок бело-сероватого цвета, который накапливают и измельчают, например, в планетарной мельнице для получения после просеивания порошка со случайной гранулометрией от 5 мкм до 100 нм.

Проводится проверка на присутствие или отсутствие протеинов в фильтрате, при этом отбирается аликвотная часть раствора и обрабатывается колориметрическим способом Bradford.

II. 3. Извлечение биополимеров из партии биополимеров, извлечённых из наружного кальцитового слоя

Согласно другому варианту выполнения извлечение биополимеров из наружного кальцитового слоя проводится способом, идентичным способу извлечения биополимеров из внутреннего арагонитного слоя.

III. Карбонатизация карбоната кальция

Как известно, карбонат кальция, кристаллизовавшийся в орторомбической или ромбоэдрической системе при термической обработке при температуре от 800 до 1100°С, приобретает в результате термолиза и окисления новые свойства, которые выражаются через значительную адгезионную способность и пластичность, обеспечивающие лёгкость формования. Этим явлением служит карбонатизация, происходящая со следующей реакцией:

CaCO₃ + термическая обработка → Ca (OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.

В ходе этой реакции, при которой температура поднимается и выдерживается в течение 20 – 40 минут, происходит химическое превращение карбоната кальция в известь, затем под действием СО₂ и влаги окружающей среды становится аморфным карбонатом кальция. Такое химическое превращение занимает несколько суток в зависимости от гидрометрии окружающей среды.

Согласно другим вариантам выполнения все соли кальция, за исключением карбоната кальция, в результате химических реакций с выпадением в осадок могут образовывать карбонат кальция, который может преобразовываться в результате карбонатизации. Таким образом возможно, например, получить карбонат кальция после карбонатизации гидроксида кальция, ацетата кальция, оксалата кальция, сульфата кальция, цитрата кальция; специалист в состоянии применить известные химические способы для перевода в осадок.

Также карбонат кальция может происходить от внутренней арагонитной раковины двухстворчатых моллюсков, таких, как в целом Pinctadines, и, в частности, Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes: Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus, после извлечения биополимеров. Он может также происходить от мадрепоровых полипов.

IV. Состав смеси на основе арагонитной смешанной партии, извлечённых нерастворимых и растворимых биополимеров и карбоната кальция, преобразованного карбонатизацией.

Некоторое количество нерастворимых и растворимых биополимеров, извлечённых из двух партий, т.е. внутренней арагонитной и наружной кальцитовой, задаваемое в соответствии с долей требуемой органической фракции, и заданное количество преобразованного карбонатизацией карбоната кальция смешивают с определённым количеством арагонитной смешанной партии для образования состава продукта согласно изобретению. Смешивание проводится, например, в лопастном смесителе до получения однородного порошка, который затем расфасовывают.

Согласно другому аспекту изобретение относится к применению материала по изобретению в качестве костного заменителя с приготовлением непосредственно перед применением для заживления и регенерации потерь вещества, для лечения ожогов, пролежней, язв, кожных эритематозных повреждений или в производстве устройств или литых имплантатов.

Также порошкообразный полусинтетический материал согласно изобретению может применяться в производстве устройств или литых имплантатов с контролируемым биологическим рассасыванием, содержащих шовные нити с биологическим, распределённым во времени рассасыванием.

Этот материал может также применяться для приготовления препаратов для костных заменителей со срочным применением, костных заменителей с пористой коллагеновой опорой, костных заменителей с минеральными поперечными нитями животного или человеческого происхождения, устройств остеосинтеза и биологически рассасывающихся литых имплантатов, устройств с контролируемым биологическим рассасыванием, цементов для закрепления эндопротезов, инъецируемых цементов для миниинвазивной хирургии в вертебропластике, кифопластике и костной опухолевой хирургии.

Согласно другому варианту выполнения продукт по изобретению может быть объединён с пористой коллагеновой опорой, такой, как туалетная губка (Spongia officinalis), прошедшей механическую и термохимическую обработку для бактериального и вирусного обеззараживания с удалением возможных пигментов, при нейтрализации иммуногенного проявления. Как известно, туалетная губка является соединением спонгина, который в свою очередь образован волокнами карбонатного склеропротеина, родственного коллагену.

Этот протеин слабо растворим, играет защитную роль и поддерживает все ткани: соединительную ткань, сухожилия, костные ткани, мышечные волокна, кожу, волосы и ногти. Спонгин является структурным и накопительным коллагеновым протеином; он инертен, не растворим в воде, гидрофобен и легко не портится. Он образует пористую опору, пригодную для остеопроводимости. Следовательно, он может применяться в сочетании с материалом согласно изобретению для изготовления костных заменителей.

Материал согласно изобретению может быть объединён с солями кальция, такими, как обезвоженный или полуобезвоженный сульфат кальция, кальцит, безводный гидроксифосфат кальция, трикальциевый фосфат, гидроксид кальция. Материал согласно изобретению может сочетаться с минеральными поперечными нитями костной ткани животного или человеческого происхождения.

Также он может сочетаться с биологически рассасывающимися полимерами, такими, как коллаген, гиалуроновая кислота, хитозан, крахмал, альгинат, или же с рассасывающимися синтетическими полимерами, такими, как полигликолид, поли(DL-лактид-согликолид), поли(L-лактид) или с акриловыми полимерами, такими, как полигидроксиэтил, метилметакрилат, полиметилметакрилат, а также с медикаментозными веществами в порошкообразном виде, такими, как стероидные противовоспалительные средства, антибиотики, антимитотические средства или любое другое средство терапевтического назначения.

Учитывая недостатки, присущие применению закрепляющих цементов с содержанием метилметакрилата, авторы изобретения предлагают закрепляющие цементы, приготовленные с использованием продукта согласно изобретению, который будучи по своей природе непроницаемым для рентгеновских лучей, обеспечивает первичное механическое удержание эндопротеза благодаря своим адгезионным свойствам с тем, чтобы на втором этапе обеспечить тканевое соединение благодаря своим остеомиметическим, остеоиндуктивным, остеопроводным, биоактивным свойствам, вызванным присутствием сигнальных молекул, инициирующих биологическую минерализацию.

Такие сигнальные молекулы стимулируют in situ местные эндогенные факторы биологической минерализации, приводящей к метаплазийному образованию костей.

Согласно другому объекту изобретение относится к применению карбоната кальция после карбонатизации, такого, как применяется в материале согласно изобретению или такого, как приготавливают на этапе III описанного выше способа, содержащегося в композициях с содержанием солей кальция, природных или синтетических полимеров, коллагена, минеральных поперечных нитей костных тканей животного или человеческого происхождения.

Также он может применяться совместно с биологически рассасывающимися полимерами, такими, как коллаген, гиалуроновая кислота, хитозан, крахмал, альгинат, или же с рассасывающимися синтетическими полимерами, такими, как полигликолид, поли(DL-лактид-согликолид), поли(L-лактид), или с акриловыми полимерами, такими, как полигидроксиэтил, метилметакрилат, полиметилметакрилат, а также с медикаментозными веществами в порошкообразной форме, такими, как нестероидные антивоспалительные средства, антибиотики, подавляющие митоз вещества или любое другое вещество терапевтического назначения.

Как известно, нерастворимые и растворимые биополимеры, содержащиеся в органической фракции арагонитного и кальцитового слоёв обладают способностью способствовать заживлению и регенерации как твёрдых тканей, например, костей, хрящей, так и мягких тканей, таких, как кожа, мышцы и слизистые оболочки. Можно считать родственными некоторые из этих не коллагеновых биополимеров, в частности, гликопротеины с низким молекулярным весом, с факторами роста, такими, как BMP, TNFβ, EGPF, TGFβ, IGF, FGF и др., а также с цитокинами и медиаторами воспаления.

Изобретение относится также к применению растворимых и нерастворимых биополимеров, используемых в материале согласно изобретению, или таких, которые извлекают на этапе II описанного выше способа в качестве вспомогательных средств для порошкообразных средств, содержащих соли кальция, природные или синтетические полимеры, коллаген, минеральные поперечные нити костных тканей животного и человеческого происхождения. Они могут также применяться с биологически рассасывающимися полимерами, такими, как коллаген, гиалуроновая кислота, хитозан, крахмал, альгинат или же с рассасывающимися синтетическими полимерами, такими, как полигликолид, поли(DL-лактид-согликолид), поли(L-лактид) или с акриловыми полимерами, такими, как полигидроксиэтил, метилметакрилат, полиметилметакрилат, а также с порошкообразными медикаментозными веществами, такими как нестероидные противовоспалительные средства, антибиотики, подавляющие митоз вещества, или же любое другое вещество терапевтического назначения. Также они могут совместно применяться с карбонатом кальция, преобразованным карбонатизацией.

Ниже изобретение подробнее описывается с помощью примеров, приводимых только в порядке иллюстрации, и приложенных чертежей, на которых:

фиг. 1 и фиг. 2 являются фотографиями смесей, приготовленных из:

- порошка перламутра и карбоната кальция с цельной кровью (№ 1) и

- порошка из перламутра и подвергшегося карбонатизации карбоната кальция с цельной кровью (№ 2),

при этом фотографии были сделаны соответственно через 2 мин. и 15 мин. после добавки цельной крови.

Примеры

В целях проверки фармакологических свойств продукта согласно изобретению авторы изобретения приготовили препараты терапевтического назначения и проследили за их применением по ведомостям клинических наблюдений.

Пример 1

Порошкообразный полусинтетический материал согласно изобретению был приготовлен следующим образом:

I. Приготовление компонентов

После удаления эпибионтов соскабливанием раковины обработали следующим образом.

I. 1) Обеззараживание раковин

Раковины обеззараживали погружением в ванну с водопроводной водой, в которую был добавлен гипохлоритный раствор с содержанием 2% активного хлора.

I. 2) Обработка раковин ультразвуком

Затем раковины промыли и обрабатывали в баке для ультразвуковой обработки, заполненном водопроводной, контролируемой на наличие микробов водой, при температуре 55°С, в который добавили очищающий и дезинфицирующий раствор при разведении из расчёта 1 часть раствора на 127 частей воды. При этом продолжительность обработки составили 30 мин. при частоте 40 кГц.

I. 3). Промывка и сушка раковин

После этого раковины промывали в течение 20 мин. в ванне с деминерализованной водой при температуре 90°С, в которую было добавлено средство Calbénium^® при 2%-м разбавлении в течение 30 мин. Раковины сполоснули и просушили.

I. 4). Удаление наружного кальцитового слоя

Наружный кальцитовый слой раковин удаляли шлифованием с помощью мелкозернистого шлифовального круга. Продукт накапливали до образования «партии биополимеров, полученных извлечением из наружного кальцитового слоя».

I. 5). Замораживание обнажённых перламутровых панцирей после шлифования

Перламутровые панцири, полученные на этапе I.4), замораживали при температуре -18°С в течение 120 минут.

I. 6) Измельчение перламутровых панцирей и формирование партий

Затем приступили к измельчению перламутровых панцирей в дробилке со щеками из карбида вольфрама, марка ESSA®, c вытяжкой, при этом отводились взвешенные частицы, содержавшие также нанозёрны.

Операция по измельчению проводилась, по меньшей мере, троекратно и после просеивания получили две партии:

- первая партия со случайной гранулометрией от 20 мкм до 50 нм образовала арагонитную смешанную порцию продукта согласно изобретению, обозначенную ниже как «арагонитная смешанная партия». Под арагонитной смешанной партией понимается порошкообразная форма двух компонентов, органического и неорганического, полученная после дробления.

- Вторая партия с гранулометрией от 250 до 50 мкм образовалась при извлечении нерастворимых и растворимых биополимеров. Она обозначена как «партия биополимеров, извлечённых из внутреннего арагонитного слоя».

Размер и разброс зёрен полученных порошков определяли с помощью лазерного гранулометра.

I. 7) Придание сферичности зёрнам из арагонитной смешанной партии.

Арагонитную смешанную партию обрабатывали механически для унификации зёрен посредством придания сферичности, при этом цель заключалась в сглаживании углов и рёбер зёрен посредством трения.

В цилиндрическую циркониевую ёмкость с горизонтальной вращающейся осью, содержавшей стеклянные лопатки разной ширины, поместили смесь из равных долей порошкообразного материла из арагонитной смешанной партии и стружки размером 5 мм² из твёрдой породы дерева, например, дуба, стерилизованных в автоклаве.

Вращение ёмкости происходило при разных длительности и скорости, что определялось размером ёмкости и количеством обрабатываемого продукта.

По окончании обработки на сферичность всё количество смеси, арагонитная смешанная партия и стружка, было переведено в инертную ёмкость, заполненную адекватным количеством воды, которую постоянно встряхивали в течение 15 минут. После состояния покоя в течение 30 минут плавающая на поверхности древесная стружка была удалена отсасыванием.

Затем раствор фильтровали через нейлоновый фильтр с диаметром отверстий 20 мкм, осадок просушили в аппарате Rotavapor® при 40°С и расфасовали.

II. Извлечение биополимеров

II. 1. Извлечение нерастворимых биополимеров

Соответственное количество порошка из партии биополимеров, полученных извлечением из внутреннего арагонитного слоя, смешали, путём подачи всасыванием в приёмный бак зоны 1, с достаточным количеством деминерализованной воды для нагнетания в зону II гидролизного реактора, в который ввели определённое количество 25%-й лимонной кислоты; всю массу охладили до температуры от 4 до 5°С при постоянном перемешивании. Значение рН, контролируемое посредством рН-метра, поддерживалось на уровне свыше 4,5 посредством добавки едкого натра 2,5 N для предупреждения порчи биополимеров; затем в конце этапа этот показатель довели до 7 добавкой 0,1 л едкого натра 5N на 100 л гидролизата.

После полного растворения порошка гидролизат перевели в резервуар при постоянном перемешивании, затем перевели в центробежный сепаратор, в котором на него воздействовал усилием от 18 до 20000 G в циклоне.

При необходимости операция повторялась после контроля раствора посредством турбидиметра и при необходимости корректировалась лимонной кислотой, при этом температура поддерживалась от 4 до 5°С.

В зависимости от результатов контроля турбидиметром гидролизат снова подвергался суперцентрифугированию.

После каждого цикла суперцентрифугирования полученный осадок нерастворимых биополимеров промывали и хранили. Воды, образовавшиеся при промывке осадков, обрабатывали щавелевой кислотой для проверки на наличие или отсутствие кальция.

В результате последнего суперцентрифугирования был получен осадок, содержавший все нерастворимые биополимеры в виде влажного кека коричневатого цвета, который просушили посредством лиофилизации с получением в конце обработки сферических коллоидных частиц серого цвета диаметром от 2 до 3 мм, явившихся результатом свёртывания протеинов под действием центробежной силы.

Извлечённые нерастворимые биополимеры измельчали в планетарной мельнице до получения порошка со случайной гранулометрией от 5 мкм до 100 нм, полученной после просеивания.

II. 2. Извлечение растворимых биополимеров

Фильтрат и промывочные воды были поданы на обессоливание в устройство с набором кассет для тангенциальной ультрафильтрации, кассета Millipore®, каждая на 1 кДальтон, которые установлены последовательно для создания площади поверхности 15 м², при давлении 5 бар с расходом от 10 до 15 л/ч при температуре 40°С.

В фильтрат добавили в достаточном количестве серную кислоту при 2,0 моля/л для осаждения солей сульфата кальция. Раствор фильтровали, фильтрат концентрировали в аппарате Rotavapor® в вакууме при температуре кипения 33°С для удаления лимонной кислоты в форме кристаллов.

Поскольку дистиллят содержал протеины с низким молекулярным весом, а также моно- и многовалентные ионы, то его разбавили.

Поскольку порог отсечки кассет не обеспечивал задержки всего количества протеинов, в частности, протеинов с низким молекулярным весом, то дистиллят подвергли обратному осмосу.

Дистиллят подали на обработку посредством отделения жидкой фазы пропусканием через полуизбирательные мембраны, диаметр пор которых составлял 0,0001 мкм при действии градиента давления от 4 до 80 бар.

Дистиллят пропустили для задержания всех моно- и многовалентных ионов, таких, как ионы железа, магния, цинка и др.

Остаток на мембранах обратного осмоса собрали и разбавили апирогенной водой, затем концентрировали в аппарате Rotavapor® в вакууме при температуре 40°С и подвергли сублимационной сушке посредством цеолитного обезвоживания.

Был получен очень тонкий порошок бело-сероватого цвета, который накопили и затем измельчили в планетарной мельнице для получения, после просеивания, порошка со случайной гранулометрией от 5 мкм до 100 нм.

Проверили на присутствие или отсутствие протеинов в фильтрате путём отбора аликвотной части раствора, которую обработали колориметрическим методом Bradford.

III. Карбонатизация карбоната кальция

Полученный после извлечения упомянутых выше биополимеров карбонат кальция подвергли термической обработке при температуре от 800 до 1100°С в течение 20 – 40 минут, затем его медленно охлаждали на открытом воздухе. Это явление называется карбонатизацией, протекающей со следующей реакцией:

CaCO₃ + термическая обработка → Ca (OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O.

Во время этой реакции карбонат кальция химически преобразуется и становится известью, затем под действием СО₂ и влаги снова становится аморфным карбонатом кальция. Такое химическое преобразование происходит на протяжении нескольких суток в зависимости от окружающей гидротермии.

IV. Составление смеси на основе арагонитной смешанной партии, извлечённых нерастворимых и растворимых биополимеров и преобразованного карбонатизацией карбоната кальция

Во время извлечения биополимеров было выявлено, что во внутреннем арагонитном слое и наружном кальцитовом слое использованных раковин доля нерастворимых биополимеров составляла от 2,6 до 4,3%, а доля растворимых биополимеров – от 0,4 до 0,7%.

Материал согласно изобретению приготавливается путём смешивания арагонитной смешанной партии, полученных на этапе II.1 нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 растворимых биополимеров и прошедшего карбонатизацию карбонита кальция, полученного на приведённом выше этапе Ш. Специфические количества разных компонентов указаны в каждом из приведённых ниже примеров на применение.

Смешивание проводилось в лопастном смесителе до получения однородного порошка, который затем расфасовывали.

Пример 2

Поступали, как описано выше в примере 1, за исключением того, что был добавлен этап структурирования, как указано ниже, в конце этапа I.3.

В стеклянной или пластиковой полупрозрачной ёмкости приготовили смесь из водопроводной воды и 10% рибофлавина; комплекс выдерживали при температуре свыше 20°С, при этом перемешивание смеси создавало поток, направленный перпендикулярно ультрафиолетовому длинноволновому излучению. В ней вертикально расположили раковины и их обе поверхности облучали ультрафиолетовыми лампами с длиной волны 365 нанометров/секунду при интенсивности 2300 микроДжоулей на см² в течение 180 минут. При этом комплекс выдерживался в вакууме в течение всего времени обработки. Затеи раковины промыли и просушили потоком горячего воздуха с температурой 40°С.

Пример 3

Для определения клейкости и связности карбонатизированного карбоната кальция поступили следующим образом.

В две чашки Dappen, обозначенные соответственно Dappen №1 и Dappen №2, содержавшие каждая 1 г перламутрового порошка, полученного на этапе I.7 способа, приведённого в примере 1, добавили:

- 0,1 г природного карбоната кальция (Dappen №1),

- 0,1 г природного карбоната кальция после его карбонатизации на этапе Ш способа, приведённого в примере 1, (Dappen №2).

После перемешивания содержимое каждой из чашек Dappen смешали с 2 см³ цельной крови.

Каждую чашку Dappen сфотографировали через 2 минуты (фиг. 1) и через 15 минут (фиг. 2) после перемешивания с цельной кровью.

Как показано на фиг. 1 (1), смесь в Dappen №1 имела вид порошка красного цвета, никакого коагулята не образовалось. По прошествии 15 минут коагулята также не образовалось (фиг. 2 (1)).

Как показано на фиг. 1 (2), смесь в Dappen №2 быстро образовала коагулят и постепенно изменила окраску с красного на коричневый, свернулась, была способна к лепке, стала клейкой и затвердела через 15 минут (фиг. 2 (2)).

Пример 4. Композиция для костного заменителя, приготовленная непосредственно перед применением

Представился случай критического клинического положения, при котором произошёл перелом со кошенным краем цевки жеребёнка в возрасте одного года, которого лечили посредством остеосинтеза. После неудачи с применением остеосинтеза, выразившейся в изломе 4 винтов, был отмечен псевдоартроз с сепсисом, сопровождавшийся вторичным оскольчатым переломом с мелкими фрагментами, что создавало единственную альтернативу эвтаназии животного, и было принято решение применить материал согласно изобретению, при этом состав был следующий:

- 40 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией 50 нм – 20 мкм, полученной на этапе I.8 в примере 1,

- 0,070 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II. 2 в примере 1,

- 0,010 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1,

- 2 г карбоната кальция, карбонатизированного на этапе Ш способа, приведённого в примере 1,

- 10 мл собственной венозной крови для образования коагулята, сформированного в виде цилиндра длиной 10 см и диаметром 2 см, размещённого на месте утраты вещества после удаления омертвевших участков кости.

На орган, защищённый компрессами, был наложен гипс. На послеоперационных рентгенограммах можно было видеть присутствие и сцепление костного заменителя согласно изобретению, затем четырёхмесячное упрочнение, в конце которого жеребёнок мог галопировать и прыгать через препятствия. Контрольные рентгенограммы, выполненные позднее, показали восстановление ad integrum костной трубки вместе с восстановлением мозгового канала.

Тот же состав был применён при срочном образовании коагулята с использованием 2,5 мл воды для приготовления инъецируемого препарата при комнатной температуре.

Пример 5. Приготовление крема для заживления кожи

Приготовление продукта согласно изобретению было выполнено по следующей рецептуре при соотношении 1 : 100:

- 10 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией от 50 нм до 20 мкм, полученной в примере 2;

- 0,035 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1;

- 0,005 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1;

- 0,5 г карбонатизированного карбоната кальция;

- 15 капель комплексного соединения из эфирных масел, содержащего в расчёте на 100 мл:

Lavandula spica: 1 мл

Salvia officinalis: 2 мл

Rosa rubiginosa: 10 мл

Helychrisum italicum: 1,5 мл

масло из зародышей пшеницы: 50 мл

масло ослинника: 10 мл

масло сладкого миндаля: 20 мл

эмульсия «масло-вода» в количестве, достаточном для 100 г.

Данный препарат был применён при кожном некрозе грудной части лошади, простиравшемся от основания шеи до подмышек при высоте 32 см и ширине 18 см. Клиническое наблюдение отметило исключительное заживление, составившее 1 см в сутки в высоту и в ширину и сопровождавшееся восстановлением разных апоневротических, подкожных и кожных поверхностей, а также одновременное отрастание шерсти без обесцвечивания при полном заживлении кожных покровов за 28 суток.

Пример 6. Рецептура для дерматологического препарата для лечения псориаза

Как известно, псориаз представляет собой воспалительный недуг кожи, характеризующийся ускоренным обновлением клеток без апоптоза, что ведёт к образованию плотных корочек в виде пластинок. Помимо кортикотерапии и местных лечений на основе дёгтя и ПУФА-терапии, результаты которых являются непостоянными и разочаровывающими, существуют также более тяжёлые формы лечения, сопровождающиеся вторичными, опасными для больного эффектами.

Препарат при отношении 1 : 100 из продукта согласно изобретению был приготовлен по следующей рецептуре:

- 3 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1,

- 0,45 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1,

- 0,5 г карбонатизированного карбоната кальция, полученного на этапе Ш в примере 1,

- 10 капель комплекса из эфирных масел, содержавшего в расчёте на 100 мл:

Lavandula spica: 1 мл

Salvia officinalis: 2 мл

Rosa rubiginosa: 10 мл

Helychrisum italicum: 1,5 мл

масло из зародышей пшеницы: 50 мл

масло ослинника: 10 мл

масло сладкого миндаля: 20 мл

эмульсия «масло-вода» в количестве, достаточном для 100 г.

Эту эмульсию ежедневно наносили на участки, повреждённые тяжёлой формой псориаза, на уровне торса, спины, рук и ног. После третьего случая применения было отмечено исчезновение покраснений, свидетельствующее об успокоении воспалительного процесса, бляшек и об успокоении зуда и дополнительных инфекций при явном эстетическом эффекте. Улучшение клинических признаков является результатом эвтрофических, противовоспалительных и регенеративных свойств нерастворимых и растворимых биополимеров.

Пример 7. Состав накожной повязки при ожогах

Исключительные свойства регенерации мягких тканей посредством извлечённых нерастворимых и растворимых биополимеров, полученных на этапе II в примере 1, были выявлены при глубоком ожоге второй и третьей степеней после неудачной трансплантации кератиноцитов, при следующей рецептуре:

в расчёте на 100 г:

- 50 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией от 50 нм до 20 мкм, полученной в примере 2,

- 0,174 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1,

- 0,026 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1,

- Cera de Gallien c лавровишнёвой водой в количестве, достаточном для 100 г.

Препарат был нанесён на все обожженные участки, находившиеся под герметической повязкой, и обновлялся каждые 72 часа.

Повторяющиеся клинические обследования показали успокоение экссудативного явления, значительный ангиогенез, успокоение боли, повторную эфителиализацию кровоточащих зон и существенное снижение фибропластического натяжения.

Пример 8. Рецептура для литого биологически рассасывающегося костного заменителя

Материал согласно изобретению может использоваться при изготовлении устройств для остеосинтеза, а также биологически рассасывающихся литых имплантатов.

Согласно изобретению приготовили в расчете на 100 г:

- 80 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией от 50 нм до 20 мкм, полученной на этапе I.8 в примере 1,

- 0,139 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1,

- 0,021 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1,

- 20 г препарата Мacrogol с градиентом 400,

- 4 г карбонатизированного карбоната кальция, полученного на этапе Ш в примере 1.

Весь комплекс смешивали в смесителе в течение 10 минут при комнатной температуре до получения пластической однородной пасты, пригодной к экструзии и литью.

Были изготовлены отпечатки соответствующей формы после цифрового моделирования анатомии возможных зон расположения устройств остеосинтеза и/или имплантатов.

Достаточное количество приготовленной ранее пасты подали в компрессионную камеру литья, содержавшую один или несколько отпечатков.

Затем комплекс сжали при постепенном нарастании усилия от 100 до 220 Н; сжатие выдерживали в течение переменного времени, которое постепенно уменьшалось до 0.

После извлечения устройства из формы, сушки при 40°С и упаковки в двойную оболочку провели стерилизацию ионизирующим облучением при 25 кГр.

Пример 9. Препарат для костного заменителя с контролируемым биологическим рассасыванием

Было установлено, что биологическое рассасывание костного заменителя или биологически рассасывающегося устройства непосредственно связано с диаметром объединённых в систему пор, который должен варьироваться от 5 до 100 мкм для обеспечения заселения вновь образовавшимися сосудами и клетками, вовлечёнными в переустройство кости.

По этой причине авторы изобретения предложили изготавливать костные заменители или литые имплантаты, объединённая пористость которых могла бы контролироваться.

Для этого приготовили в расчете на 100 г:

- 80 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией от 50 нм до 20 мкм, полученной в примере 2,

- 0,139 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II. 2 в примере 1,

- 0,021 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1,

- 20 мл 50%-го раствора из гидроксипропилметилцеллюлозы,

- 20 мм³ одноволоконных синтетических рассасывающихся шовных нитей длиной 5 мм и диаметром от 5/0 до 12/0.

Эти рассасывающиеся нити представляют собой полимеры, такие, как гликолевая кислота, гликолевый сополимер, ε-копролактон-полиглактин (быстродействующий или облучённый викрил), хитозан. Такие нити обладают постепенным рассасыванием в течение от 12 до 90 суток.

Как и в предыдущем примере, паста нагнетается в полости литейной формы и сжимается. Затем устройства или имплантаты извлекаются из формы, сушатся, упаковываются в двойной слой материала и стерилизуются при 25 кГр, как указано выше.

Пример 10. Препарат для инъецируемого костного заменителя и цемент для крепления эндопротеза

Приготовили разные цементы, состав которых следующий, в расчёте на 100 г:

- 80 г материала согласно изобретению, содержавшего:

- 73 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией от 50 нм до 20 мкм, полученной на этапе I.8,

- 2,702 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1,

- 0,405 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II. 1 в примере 1,

- 3,699 г карбонатизированного карбоната кальция, полученного на этапе Ш в примере 1,

- 20 г 50%-го водного раствора гидроксипропилметилцеллюлозы высокой вязкости.

Полученный при этом продукт поместили в условиях вакуума или контролируемой атмосферы в шприцы разной ёмкости, например, от 0,5 см³ до 1 см³, с прямыми или изогнутыми наконечниками и хранили на холоде при температуре около 4°С.

Этот препарат, способный применяться также в качестве цемента для крепления, позволяет предупредить во время крепления концевой части протеза, например, в костномозговой полости попадание материала крепления в сердечно-сосудистую систему.

Кроме того, учитывая его состав, он не вызывает выделения летучих веществ, создающих опасность воздействия на лёгочную систему.

Такой состав предложен также для пластики позвонков и кифопластики в миниинвазивной хирургии.

Пример 11. Препарат для костного заменителя с коллагеновой опорой

Приготовили костные заменители следующего состава.

Приготовление в расчёте на 100 г:

- 50 г арагонитной смешанной партии с гранулометрией от 5 нм до 20 мкм, полученной на этапе I.8 в примере 1,

- 0,87 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1,

- 0,013 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II.1 в примере 1,

- 2,5 г карбонатизированного карбоната кальция, полученного на этапе Ш в примере 1,

- 50 г средства Макрогол с градиентом 400.

Комплекс перемешали до получения геля с вязкостью около 10 Па.с.

В этот гель добавили 30 г Spongia officinalis, измельчённую на фрагменты размером 2 мм.

Комплекс перемешали до получения однородной пасты с вязкостью около 10⁸ Па.с. Комплекс ввели в форму с отпечатками устройств остеосинтеза или имплантатов. После извлечения из формы устройства или имплантаты сушили в струе воздуха с температурой 40°С, упаковали в двойной слой материала и стерилизовали в соответствии с действующим протоколом.

Пример 12. Препарат для костного заменителя

Согласно другому варианту выполнения биополимеры, извлечённые только из арагонитной фракции и/или из кальцитовой фракции, могут быть добавлены в любой биоматериал синтетического или природного происхождения в целях оптимизации или образования некоторых свойств, в частности, остеоиндуктивных или остеомиметических свойств, которых они были лишены.

Таким образом остеопроводные заменители, такие, как некоторые соли кальция, дополняются биополимерами, извлечёнными из арагонитного слоя, в соответствии с рецептурой в расчёте на 100 г:

- 95 г гранул трикальциевого фосфата ß с гранулометрией от 50 до 250 мкм,

- 4,4 г извлечённых нерастворимых биополимеров, полученных на этапе II.2 в примере 1,

- 0,6 г извлечённых растворимых биополимеров, полученных на этапе II. 1 в примере 1.

Этот препарат, будучи смешанным с аутогенной кровью, ввели в поражённое место кости, образованное вырезом кисты в верхней части верхнего центрального резца.

Одновременно уплотнили только трикальциевый фосфат β в месте утраты вещества, вызванной апикальной зубной гранулёмой на верхнем клыке.

Радиологическое исследование, проводившееся две недели, показало костное уплотнение, которое было более значительным и произошло быстрее в кистозной полости, обработанной смесью из трикальциевого фосфата β + извлечённые нерастворимые и растворимые биополимеры, чем во второй полости, в которой находились гранулы трикальциевого фосфата β и где проявилась только остеопроводимость, в то время как в кистозной полости остеоиндукция сопровождалась остеопроводимостью, что свидетельствует о приобретении трикальциевым фосфатом β нового свойства.

1. Порошкообразный полусинтетический материал для изготовления заменителей кости, инъекционных цементов или цементов для герметизации эндопротезов или для изготовления устройств для биоабсорбируемого остеосинтеза и формованных имплантатов, полученный из морского природного биоматериала, с добавками нерастворимых и растворимых биополимеров и карбоната кальция, преобразованного карбонатизацией,

где природный морской биоматериал представляет собой арагонитовый внутренний слой раковины двустворчатых моллюсков, выбранный из группы, включающей Pinctadines и Tricdacnes.

2. Полусинтетический материал по п. 1, отличающийся тем, что Pinctadines представляет собой Pinctada maxima или Pinctada margaritifera, а Tridacnes представляет собой Tridacna gigas, Tridacna maxima, Tridacna derasa, Tridacna tevaroa, Tridacna squamosa, Tridacna crocea, Hippopus hippopus или Hippopus porcelanus, где арагонитный слой имеет порошковую форму.

3. Полусинтетический материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гранулометрический состав порошкообразного природного биоматериала составляет от 5 нм до 100 мкм, предпочтительно от 20 нм до 50 мкм, более предпочтительно от 50 нм до 20 мкм.

4. Полусинтетический материал по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что нерастворимые и растворимые биополимеры извлечены из внутреннего арагонитного слоя и/или наружного кальцитового слоя раковины двухстворчатых моллюсков, выбранных из группы, содержащей Pinctadines, в частности Pinctada maxima, margaritifera, и Tridacnes, в частности Tridacna gigas, maxima, derasa, tevaroa, squamosa, crocea, Hippopus hippopus, Hippopus porcelanus.

5. Полусинтетический материал по любому из пп. 1–4, отличающийся тем, что преобразованный карбонатизацией карбонат кальция происходит от наземного, морского или осаждённого природного карбоната кальция или от неорганической фракции арагонитного слоя после извлечения нерастворимых и растворимых биополимеров.

6. Полусинтетический материал по любому из пп. 1–5, отличающийся тем, что он является биологически рассасывающимся.

7. Способ получения материала по любому из пп. 1–6, включающий в себя смешивание измельчённого природного биоматериала, нерастворимых и растворимых полимеров, извлечённых из внутреннего арагонитного слоя и/или наружного кальцитового слоя раковины двухстворчатых моллюсков, выбранных из группы, содержащей Pinctadines и Tridacnes и преобразованного карбонатизацией карбоната кальция.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что измельчённый природный биоматериал получают измельчением внутреннего арагонитного слоя раковины двухстворчатых моллюсков, выбранных из группы, содержащей Pinctadines и Tridacnes.

9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что Pinctadines представляет собой Pinctada maxima или Pinctada margaritifera, а Tridacnes представляет собой Tridacna gigas, Tridacna maxima, Tridacna derasa, Tridacna tevaroa, Tridacna squamosa, Tridacna crocea, Hippopus hippopus или Hippopus porcelanus.

10. Способ по любому из пп. 7–9, отличающийся тем, что он включает себя этап придания сферичности после измельчения.

11. Способ по любому из пп. 7–10, отличающийся тем, что нерастворимые и растворимые биополимеры извлекаются соответственно посредством суперцентрифугирования и тангенциальной ультрафильтрации в сочетании с обратным осмосом после гидролиза.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что перед извлечением внутренний арагонитный слой и/или наружный кальцитовый слой раковины моллюсков измельчают и просеивают до получения гранулометрического состава от 250 мкм до 50 мкм.

13. Применение порошкообразного полусинтетического материала по любому из пп. 1–6 или полученного способом по любому из пп. 7–12 в качестве костного заменителя с приготовлением непосредственно перед применением для заживления или восстановления потерь вещества, лечения ожогов, струпьев, язв, эритемных кожных повреждений или для изготовления устройств или литых имплантатов.

14. Применение порошкообразного полусинтетического материала по любому из пп. 1–6 или полученного способом по любому из пп. 7–12 для изготовления устройств или литых имплантатов с контролируемым биологическим рассасыванием и содержанием шовных нитей с биологическим, распределённым во времени рассасыванием.

15. Применение порошкообразного полусинтетического материала по любому из пп. 1–6 или полученного способом по любому из пп. 7–12 для приготовления препаратов для костных заменителей непосредственно перед применением, для экструдируемых костных заменителей, в частности, размещённых в шприцах в вакууме, для костных заменителей с пористой коллагеновой опорой, костных заменителей с минеральными поперечными нитями животного или человеческого происхождения, устройств остеосинтеза и литых биологически рассасывающихся имплантатов, устройств с контролируемым биологическим рассасыванием, цементов для закрепления эндопротезов, инъецируемых цементов для миниинвазивной хирургии в вертебральной пластике и кифопластике.

16. Применение карбоната кальция после карбонатизации, используемого в материале по любому из пп. 1–6, в виде пластичной, формируемой и липкой добавки в композициях с содержанием солей кальция, природных или синтетических полимеров, коллагена, минеральных поперечных нитей костных тканей животного или человеческого происхождения.

17. Применение извлечённых нерастворимых или растворимых биополимеров, используемых в материале по любому из пп. 1–6, в качестве добавок для порошкообразных композиций, содержащих соли кальция, природные или синтетические полимеры, коллаген, минеральные поперечные нити костных тканей животного или человеческого происхождения.