Композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий альгинат-хитозановый полиэлектролитный комплекс
Владельцы патента RU 2765546:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" (RU)
Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании материалов для ортопедии и травматологии. Предложен композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий смесь фосфатов кальция, в общей массе которой содержится: гидроксилапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%, а также дополнительно содержащий альгинат-хитозановый полиэлектролитный комплекс (ПЭК), при следующем соотношении компонентов, масс. %: ПЭК 30÷50, смесь фосфатов кальция 70÷50. ПЭК представляет собой смесь 1:1 - 2% водной суспензии альгината натрия и 2% раствора хитозана в 0,5% уксусной кислоте. Технический результат - создание биосовместимого композиционного материала на основе смеси фосфатов кальция в объеме альгинат-хитозановой матрицы. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области медицины и созданию новых материалов биомедицинского назначения, которые могут быть использованы при создании материалов для ортопедии и травматологии.
Костная ткань является композиционным материалом, содержащим фосфаты кальция (ФК) и органические компоненты, такой состав обуславливает высокие механические свойства, пористость и эластичность. Поэтому все больший интерес вызывают композиционные материалы, содержащие как неорганические, так и органические компоненты, в частности полисахариды, обладающие биосовместимостью, противовоспалительным действием, низкой токсичностью. Помимо распространенных полимеров, таких как альгинат натрия и хитозан, особый интерес уделяется новому классу биополимеров - полиэлектролитным комплексам (ПЭК) разноименно заряженных полисахаридов. Согласно литературным данным образование альгинат-хитозанового комплекса осуществляется за счет электростатических взаимодействий между карбоксильными группами альгината и аминогруппами хитозана, а также за счет водородных связей, возникающих между отдельными макромолекулами и дисперсионных взаимодействий. Известно, что данный комплекс биосовместим, нетоксичен и легко подвергается биодеградации, что позволяет использовать его в различных областях медицины.
Известен композиционный материал (патент US №8697107), включающий матрицу-носитель из биоразлагаемого полисахарида, содержащего альгинат натрия, и материал, расположенный внутри носителя-матрицы, содержащий: β-ТКФ, двухфазный ФК, фосфат магния, ГА или их смеси.
Недостатком данного материала является недостаточная биорезорбируемость и сложность получения
Известен композиционный материал (патент RU №2376019), содержащий хитозан, трикальцийфосфат, отличающийся тем, что содержит хитозан с молекулярной массой более 300000 г/моль, добавку карбонат аммония, а в качестве кальцийфосфатных наполнителей используют вещества в виде порошка или гранул с размером частиц 1-1000 мкм, выбранные из группы: брушит, монетит, тетракальцийфосфат, гидроксиапатит, карбонатгидроксиапатит, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас. %: хитозан 5-60 наполнители 2-90 карбонат аммония 5-60.
Известен композиционный материал для заполнения костных дефектов (патент RU №2725882), содержащий: альгинат натрия и смеси фосфатов кальция, отличающийся следующим соотношением компонент, масс. %:
| альгинат натрия | 90÷80 |
| смеси фосфатов кальция | 10÷20 |
при этом, альгинат натрия представляет 2% водную суспензию, а в общей массы смеси фосфатов кальция содержится: гидроксилапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%.
Недостатком данного материала является недостаточная резорбируемость.
Технической задачей является получение более резорбируемого, материала пригодного для медицинских целей.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание биосовместимого композиционного материала на основе смеси фосфатов кальция в объеме альгинат-хитозановой матрицы.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий смесь фосфатов кальция, в общей массе которой содержится: гидроксилапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%, отличающийся тем, что содержит альгинат-хитозановый полиэлектролитный комплекс (ПЭК), при следующем соотношением компонент, масс. %:
| ПЭК | 30÷50 |
| смесь фосфатов кальция | 70÷50 |
при этом, ПЭК представляет собой смесь 1:1 - 2% водной суспензии альгината натрия и 2% раствора хитозана в 0,5% уксусной кислоте, способ получения композиционного материала, включающий предварительное приготовление смеси 1:1 - 2% водной суспензии альгината натрия и 2% раствора хитозана в 0,5.% уксусной кислоте, введение в полученную смесь - порошковой смеси фосфатов кальция в составе гидроксилапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50% в количестве 50 масс. % от общей массы композиционного материала, затем проводят перемешивание в течение времени Т1=10÷15 минут, после этого с помощью магнитной мешалки проводят вспенивание, и затем пену помещают в тигель и высушивают при температуре 200°С. в течение времени Т2=20÷30 минут.
Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что предварительно получают многофазный порошок фосфатов кальция - смесь гидроксилапатита, брушита и октакальция фосфата, а затем внедряют его в альгинат-хитозановую матрицу. Для этого получают осадок путем сливания растворов хлорида кальция (СаСl2⋅Н2О), и двузамешенного фосфата натрия (Na2HPO4⋅3H2O), осаждение проводят при температуре 40°С, рН=6,5 и введении добавки ионов магния в концентрации 12,5 ммоль/л. После вызревания осадка под маточным раствором, в течение 48 ч, твердую фазу отделяют от раствора фильтрованием, высушивают при температуре ~80°С до постоянной массы и полного удаления химически несвязанной воды. Для получения композиционного материала готовят смесь 1:1 - 2 масс. % водной суспензии альгината натрия и 2 масс. % раствора хитозана в 0,5% уксусной кислоте. В суспензию вводят порошковый материал в количестве 10, 30, 50% в количестве 50 масс. % от общей массы композиционного материала, и подвергают перемешиванию в течение 10÷15 минут, затем проводят вспенивание с помощью магнитной мешалки, полученную пену помещают в тигель и высушивают при температуре 200°С.
На фиг 1. представлена дифрактограмма композиционного материала (Тсушки=200°С, содержание наполнителя 50%)
Методом РФА установлено, что внедрение порошкового материала в матрицу ПЭК не изменяет его состав, вне зависимости от соотношения наполнитель/матрица. Так, например, композит с соотношением 30/70 представлен смесью фаз ОКФ, брушита и ГА (ФК), основным интенсивным линиям которых соответствуют углы 2θ (рис. 1): ОКФ - 23,4; ГА - 29.6, 33,6; брушита - 11.6, 20,8.
Методом ИК-спектроскопии установлено, что композиционные материалы на основе ПЭК содержат полосы, характерные для ортофосфатов кальция и альгината натрия.
На фиг. 2 представлены валентные колебания, характерные для группы >С=O - 1240 см-1, так же колебания СН-группы - 2490 см-1, валентные ассиметричные колебания 1024 и 1154 см-1 характерные для связей О-Р-О, а так же пики 530, 574 см-1 соответствуют колебаниям в РO43-.
Методом БЭТ установлено, что удельная поверхность композиционного материала, характеризующегося соотношением наполнитель/матрица 30/70, уменьшается по сравнению с порошковым материалом от 23 м2/г до 18 м2/г, но при этом занимает промежуточное значение между данными полученными для подобных композиционных материалов, матрицей в которых выступали альгинат натрия - 37 м2/г и хитозан - 6 м2/г. Важно отметить, что увеличение температуры сушки образца от 25 до 200°С способствует росту удельной поверхности до 23÷29 м2/г, это свидетельствует о возможности получения композита с заданной удельной поверхностью, путем варьирования температуры сушки, а также соотношения альгинат натрия/хитозан.
Для изучения биорезорбируемости образцов было проведено их растворение в 0.1 М растворе НCl, ацетатном буферном растворе и 0.9% растворе NaCl.
В таблице 1 приведены значение начальной скорости растворения и удельной поверхности при различных средах и соотношениях наполнитель/матрица. Видно, что резорбируемость, полученных композитов выше, чем у соответствующего образца прототипа без биополимера. Установлено, что при увеличении соотношения наполнитель(сфк)/матрица(пэк) с 10/90 до 30/70 и роста температуры сушки с 25°С до 200°С резорбируемость возрастает и становится максимальной при соотношении 50/50, что связано с увеличением полимера в составе композита и повышением пористости материала.
Таким образом, решается техническая задача: получение более биорезорбируемого, материала пригодного для медицинских целей.
Композиционный материал для заполнения костных дефектов, содержащий смесь фосфатов кальция, в общей массе которой содержится: гидроксилапатит (ГА) - 20%, брушит - 30%, октакальцийфосфат (ОКФ) - 50%, отличающийся тем, что дополнительно содержит альгинат-хитозановый полиэлектролитный комплекс (ПЭК), при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| ПЭК | 30÷50 |
| смесь фосфатов кальция | 70÷50 |
при этом ПЭК представляет собой смесь 1:1 - 2% водной суспензии альгината натрия и 2% раствора хитозана в 0,5% уксусной кислоте.
