МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ Российский патент 1997 года по МПК A61L27/00 

Предполагаемое изобретение относится к области медицинской техники, к изделиям, применяемым в ортопедии и травматологии.

Известен материал для заполнения костных полостей, включающий алкилцианакрилаты и порошкообразный наполнитель (глюконат кальция, оротовую кислоту и диоксидин) (Акимова А.Я. и др. А.с. СССР N 1072034. Состав для замещения дефектов костных тканей, A 61 B 17/00). При его применении перед операцией смешивают жидкую основу и порошкообразный наполнитель, и композицию в виде пасты вводят в предварительно тщательно осушенную костную полость, заполняя ее целиком. В полости композиция полимеризуется, превращаясь в сплошной твердый блок, время биодеструкции которого в организме составляет 8-10 месяцев.

Материал имеет следующие недостатки: необходимо предварительное приготовление используемой композиции непосредственно перед употреблением; требует предварительного и тщательного высушивания костных тканей перед введением композиции; полость заполняется композицией целиком и, следовательно, образование костного регенерата возможно только после биодеструкции полимерного блока; несоответствие сроков образования нового костного регенерата и сроков биодеструкции полимерного блока.

Известно использование для заполнения костных дефектов тонких гибких стержней (стружки, соломки), изготовленных из сополимера винилпирролидона с метилметакрилатом, армированного модифицированным капроновым волокном (Пранцкявичус С.В. Петрулис А.Ю. Применение биосовместимых полимерных штифтов в оперативной ортопедии и травматологии. Приборы, инструменты и аппараты для хирургии. Труды ВНИИИМТ. М. 1987, вып.4, с.73 79).

Тонкие стержни получали расщеплением вдоль продольной оси полимерных штифтов марки ШП (ТУ-42-2-427-83), изготовленных из сополимера винилпирролидона с метилметакрилатом, армированных капроновым волокном, модифицированным путем обработки смесью серной и уксусной кислот, в результате которой потеря прочности волокна не превышает 5% Время биодеструкции таких нитей в организме составляет 8 9 месяцев, а штифтов на их основе 2,5 3 года.

Заполнение костных полостей такими стержнями (стружкой) осуществляется путем хаотичного введения, при котором полость заполняется частично, т.е. без образования сплошного блока из полимерного материала. Это обеспечивает быстрое образование костного регенерата в свободном от стержней пространстве.

Однако такой материал (тонкие гибкие стержни) имеет существенные недостатки: необходимо предварительно нарезать тонкие стержни из серийно выпускаемых толстых штифтов; сроки биодеструкции материала (2,5 3 года) значительно превосходят сроки образования костного регенерата (около 2 месяцев).

Таким образом, при использовании таких стержней костный регенерат сначала заполняет свободное от стержней пространство, а полное заполнение всего объема дефекта происходит только через 2,5 3 года, после биодеструкции стержней.

Целью предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков путем создания материала, изготовляемого в виде тонких гибких стержней (соломки), который обеспечивает легкое заполнение костной полости дефекта и способного подвергаться биодеструкции в сроки, сопоставимые со сроками образования собственного костного регенерата.

Указанная цель достигается тем, что тонкие гибкие стержни изготовляют из сополимеров винилпирролидона с алкилакрилатами или метакрилатами и капронового волокна, модифицированного путем обработки смесью серной и уксусной кислот (соотношение от 2:98 до 6:94) в течение времени, обеспечивающего такую степень обработки, при которой остаточная разрывная прочность волокна составляет 10 50% от исходной прочности до обработки, при этом соотношение компонентов в изделии составляет, в масс.ч.

Сополимеры N-винилпирролидона с алкилакрилатом или алкилцианакрилатом или их смеси 20 80
Капроновое волокно, остаточная разрывная прочность которого после кислотной обработки составляет 10 50% от исходной 20 80
Существенным отличием нового материала по сравнению с прототипом является введение в состав материала капронового волокна, модифицированного смесью серной и уксусной кислот, в результате которой прочность волокна составляет 10 50% от исходной прочности до обработки.

Использование модифицированного капронового волокна с такой степенью модификации приводит к тому, что изготовленные из него тонкие гибкие стержни (соломка) имеют прочностные характеристики, обеспечивающие хорошее заполнение костной полости дефекта, а время их биодеструкции составляет 2 8 месяцев, что практически совпадает со сроками образования собственного костного регенерата.

При использовании модифицированного капронового волокна, сохранившего после модификации менее 10% прочности на разрыв, соломка не обладает достаточной для использования прочностью и она быстро теряет форму после имплантации в сроки, меньшие, чем срок образования первичного костного регенерата. Быстрая потеря формы соломки приводит к тому, что на соломке, играющей роль остеокондуктора, не успевает образоваться костный регенерат, вследствие чего костная полость заполняется мягкими, а не костными тканями. При использовании волокна, сохранившего после обработки более 50% прочности, соломка на их основе рассасывается в организме в сроки более 12 месяцев, что существенно выше срока образования собственного костного регенерата.

Использование волокна в количестве менее 20% приводит к тому, что стержни становятся слишком мягкими, что сильно затрудняет их введение в костные полости, а увеличение содержания волокна свыше 80% снижает жесткость до столь низкого уровня, что становится невозможным их использование в костной полости.

В состав материала для обеспечения местного терапевтического действия, а также для уменьшения процессов биодеструкции и регенерации могут быть введены порошкообразные наполнители, способные рассасываться внутри организма.

В качестве порошкообразного наполнителя могут быть использованы лекарственные вещества или вещества, облегчающие процесс биодеструкции изделия или способные поставлять компоненты, необходимые для формирования костного регенерата. В качестве последних могут быть использованы глюконат кальция, гидроксиапатит, хондроэтинсульфат и др. В качестве лекарственных веществ могут быть использованы антимикробные вещества (антибиотики, циклоспорины, N-окси хиноксолинового ряда, сульфаниламиды и др.), вещества, стимулирующие процесс регенерации (оротат калия, оротовая кислота, 5-метилурацил и др.) и некоторые другие классы лекарственных веществ.

Тонкие гибкие стержни соломку по предлагаемому способу изготавливают следующим образом. Капроновую нить обезжиривают и пропускают через смесь серной и уксусной кислот (соотношение 2:98 6:94) в течение времени (15 150 с), при котором потеря прочности волокна на разрыв составляет 50 10% от исходной прочности. Затем проводят нейтрализацию волокна содой или щелочью, промывают нить до нейтральной реакции и сушат. Высушенную нить пропускают через раствор вышеуказанных полимеров или через суспензию порошкообразных наполнителей в вышеуказанном растворе и после сушки получают волокно, покрытое полимерной пленкой (препрег). Из препрега методом холодного или горячего формования формируют тонкие гибкие стержни (соломку) с толщиной 0,1 5 мм. Материал упаковывают в герметичную упаковку и стерилизуют радиационным способом.

Пример 1. Обезжиренное капроновое волокно (ОКВ) пропускают через смесь серной и уксусной кислот (соотношение 2:98) (СК). Время нахождения нити в СК составляет 120 150 с. Волокно после обработки имеет прочность на разрыв, составляющую 50% от исходной прочности. Волокно нейтрализуют в 3% водном растворе соды, трижды промывают горячей водой и сушат. Затем сухое волокно пропускают через 11% раствор полиэтилцианкрилата в ацетоне и сушат при температуре 45 50^oС в течение 2 4 мин и получают препрег, в котором содержание волокна составляет 80% Из полученного препрега методом горячего прессования формируют стержни диаметром 0,5 1 мм. После заполнения такими стержнями костного дефекта время образования собственного костного регенерата в свободном пространстве дефекта составляет 53 58 суток. Время биодеструкции стержня 8 9 месяцев.

Пример 2. ОКВ пропускают через СК (соотношение 6:94, время нахождения волокна в СК 20 23 с). Волокно после обработки имеет прочность на разрыв, составляющую 22% от исходной прочности. Волокно нейтрализуют в насыщенном растворе питьевой соды, трижды промывают горячей водой, кипятят в дистиллированной воде в течение 2 ч и сушат. Сухое волокно пропускают через суспензию 0,62 г гидроксиаппатита в растворе 5,9 г сополимера винилпирролидона с этилакрилатом и гексилметакрилатом (соотношение 56:25:19) в 16 г смеси этанола и ацетона (соотношение 9:1) и сушат при температуре 45 50^oC в течение 5 мин, в результате чего получают препрег, в котором содержание волокна составляет 35% Из полученного препарата методом холодного прессования получают гибкие стержни толщиной 2 2,5 мм. После заполнения такими стержнями дефекта в костной ткани время образования костного регенерата в свободном пространстве дефекта составляет 48 50 суток. Время биодеструкции стержней 7 8 месяцев.

Пример 3. ОКВ пропускают через СК (соотношение 5:95, время пребывания в смеси 27 30 с). Волокно после такой обработки имеет прочность на разрыв, составляющую 26% от исходной. Волокно нейтрализуют в насыщенном растворе питьевой соды, дважды промывают горячей водой, кипятят в дистиллированной воде в течение 1,5 ч и сушат. Сухое волокно пропускают через суспензию 2,5 г глюконата кальция, 2,5 г оротовой кислоты, 3,75 г гентамицина сульфата в растворе 16,3 г винилпирролидона с метилметакрилатом (ТУ 42-2-360-80) сополимера ППМ-1 в 75 г этанола, и сушат при температуре 70 75^oC в течение 2 3 мин, в результате чего получают препрег, содержащий 32% волокна. Из полученного препрега методом холодного прессования получают гибкие стержни толщиной 2 2,5 мм. После заполнения такими стержнями костного дефекта время заполнения образования в свободном пространстве дефекта костного регенерата составляет 39 44 суток. Время биодеструкции стержней в организме составляет 4 6 месяцев.

Пример 4. ОКВ пропускают через СК (соотношение 6:94, время нахождения в смеси 40 45 с). Волокно после такой обработки имеет прочность на разрыв, составляющую 10% от исходной. Затем волокно нейтрализуют в 5% растворе соды, трижды промывают горячей водой, кипятят в течение 3 ч в дистиллированной воде и сушат. Сухое волокно пропускают через суспензию 1,9 г смеси диоксидина и хиноксидина (соотношение 1:2) в растворе 17,1 г смеси сополимера ППМ-1 и сополимера винилпирролидона с бутилметакрилатом ППБ-1 (ТУ 42-2-361-80) в 81 г смеси этилового и изопропилового спиртов (соотношение 85:15) и сушат при температуре 65 70^oC в течение 2 3 мин, в результате чего получают препрег, содержащий 45% волокна. Из препрега методом холодного прессования формируют гибкие стержни толщиной 2 4 мм. После заполнения такими стержнями полости костного дефекта время образования в свободном пространстве полости собственного костного регенерата составляет 48 53 суток. Время биодеструкции стержней в организме составляет 3 4 месяца.

Пример 5. ОКВ пропускают через СК (соотношение 3:97, время нахождения нити в смеси 150 180 с). Волокно после обработки имеет прочность на разрыв, составляющую 36% от исходной. Волокно нейтрализуют в 1% раствора NaOH, трижды промывают горячей водой, кипятят в дистиллированной воде в течение 4 ч и сушат. Сухое волокно пропускают через раствор 3,3 г смеси сополимеров ППМ-1 и ППБ-1 (соотношение 1: 2) в 67 г смеси этанола и метилэтилкетона (соотношение 85: 15) и сушат при температуре 80 85^oC в течение 3 5 мин, в результате чего получают препрег, содержащий 20% волокна. Из препрега методом холодного прессования формируют гибкие стержни диаметром 2 3 мм. После заполнения такими стержнями полости костного дефекта время образования в свободном пространстве полости собственного костного регенерата составляет 53 58 суток. Время биодеструкции стержней в организме 8 9 месяцев.

Таким образом, изготовление тонких гибких стержней из сополимеров винилпирролидона с алкилакрилатами или алкилметакрилатами и капронового волокна, обработанного смесью серной и уксусной кислот, в результате которого прочность на разрыв составляет 10 50% от исходной, и их использование для заполнения дефектов костных тканей по предлагаемому техническому решению обеспечивает быстрое заполнение свободного от стержней пространства костного дефекта собственным костным регенератом, более быструю (в 2 3 раза) биодеструкцию стержней в организме и обеспечивает в более короткие (в 2 3 раза) сроки полное заполнение всего пространства костного дефекта собственным костным регенератом.

Использование: в медицинской технике, а именно при создании материалов, предназначенных для замещения дефектов костных тканей. Сущность изобретения: материал состоит из сополимера N-винилпирролидона с алкил(мет)акрилатами, полицианакрилат или их смесей. Данный полимер армирован капроновым волокном, который обработан смесью уксусной и серной кислот до остаточной разрывной прочности 10 - 50% от исходной прочности. Указанные компоненты используют при соотношении 20 - 80 и 20 - 80 масс.ч. соответственно. Материал также может дополнительно содержат порошкообразный наполнитель, выбранный из группы глюконат кальция, гидроксиаппатит, хондроэтинсульфат в количестве 0,1 - 32 масс.ч., антимикробные вещества и/или вещества, стимулирующие метаболические процессы.

1. Материал для заполнения дефектов костных тканей, состоящий из полимера на основе акриловых мономеров, армированного модифицированным капроновым волокном, отличающийся тем, что в качестве полимера он содержит сополимер N-винилпирролидона с алкил(мет)акрилатами, полицианакрилат или их смеси, а в качестве модифицированного капронового волокна капроновое волокно, обработанное смесью уксусной и серной кислот до остаточной разрывной прочности 10 50% от исходной прочности при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Сополимер N-винилпирролидона с алкил(мет)-акрилатами или полицианакрилат или их смеси 20 80
Модифицированное капроновое волокно 20 80
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошкообразный наполнитель, выбранный из группы глюконат кальция, гидроксиапатит, хондроэтинсульфат в количестве 0,1 32 мас.ч.