ИМПЛАНТАТ ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ Российский патент 2020 года по МПК A61F2/28 A61L27/00 

Область техники.

Изобретение относится к медицинским изделиям и может быть использовано в производстве имплантатов или трансплантатов для травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, предназначенных для замещения костной ткани, дефектов кости, костных полостей, отсутствующих частей целой кости, при хирургическом лечении костных травм, воспалительных, онкологических и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости.

Уровень техники

При хирургическом лечении костных заболеваний и травм существует потребность заполнения утраченного, или направленно удаленного, объема костной ткани, костных дефектов, полостей, отсутствующих частей кости или ее частей ненадлежащей структуры и качества, патологически измененной костной ткани. Для замещения костной ткани применяют различные оперативные способы лечения.

Известен способ малоинвазивного замещения дефекта кости Г. А. Илизарова (источник [1]: авторское свидетельство СССР, SU 313533) с использованием компрессионно-дистракционного аппарата. Аппарат является техническим средством позволяющим целенаправленно управлять естественными восстановительными и формообразовательными процессами выращивания костной и мягких тканей. Работа аппарата основана на эффекте Илизарова, общебиологическом свойстве тканей отвечать на дозированное растяжение ростом и регенерацией [источник [2]: реестр открытий СССР, открытие № 355 от 24 ноября 1970г., режим доступа: http://ross-nauka.narod.ru/03/03-355.html]. Способ предусматривает выполнение остеотомии конца одного из отломков кости и дозированное перемещение выделенного фрагмента с формированием регенерата до полного замещения дефекта с последующей фиксацией с помощью компрессионно-дистракционного аппарата.

Однако, рост регенерата осуществляется со скоростью 1 мм в сутки, требуется время для формирования и последующей перестройкой костного регенерата, как правило несколько месяцев, поэтому выполнение данного способа сопряжено с длительными сроками, что в значительной степени увеличивает продолжительность лечения.

Известно одномоментное механическое замещение костных дефектов с помощью имплантатов различной конструкции. С точки зрения сокращения сроков нахождения пациента в стационаре, использование имплантатов кажется более предпочтительным чем постепенное наращивание регенерата и ожидание его созревания до того момента когда кость сможет полноценно выполнять свою опорную функцию. В качестве имплантатов используют, например фрагменты аутокости, аллокости, ксенокости специально подготовленные для имплантации, которые представляют собой имплантаты биологической природы, или имплантаты из искусственных материалов (например титан, углерод, полимеры, керамика, гидроксиапатит), обладающие биосовместимостью и достаточным уровнем прочности. Все эти имплантаты имеют свои преимущества и недостатки.

Известен имплантат для замещения костных дефектов (источник [3]: патент РФ, RU 162540), состоящий из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, выполнен в виде цилиндрического сегмента.

Данный аналог [3] выполняет функцию инертной, пассивной матрицы (кондуктора, каркаса), но не обладает свойствами катализатора роста костной ткани, не обладает антимикробной активностью, не препятствует размножению патологических микроорганизмов. Аналог инертен, не проявляет биологической активности, поэтому не способен инициировать остеоиндукцию, в теле пациента он существует как инородное тело. Материал аналога [3] не создает центров кристаллизации гидроксиапатита, необходимых для формирования остеоида. При значительных размерах дефекта кости аналог [3] имеет также относительно большие размеры и не интегрируется в кость полностью, даже через несколько месяцев после операции его полноценное прорастании костной тканью не завершается.

Известен персональный биоактивный структурированный имплантат для замещения дефекта кости (источник [4]: патент РФ, RU 173381). Выполнен из титана или биодеградируемого полимера по аддитивной технологии путем послойного наращивания материала по форме, размеру, структуре, заданной трехмерной математической моделью, построенной на основе трехмерной математической модели кости, полученной в результате компьютерной томографии, в виде тела, оснащенного с двух концов опорными ободками.

Имплантат [4] является инородным телом для организма пациента при имплантации. Материал имплантата не органический и по своему составу отличается от состава естественной кости, что может вызывать нежелательные ответные реакции, хотя это нивелируется гидроксиапатитным покрытием. Однако механическая структура, расположение макро и микропор и отверстий, каналов, их форма и размеры, не идентичны естественной структуре костного матрикса, что может замедлять скорость прорастания костной ткани. Недостатком аналог [4] является также то, что он не обеспечивает подавление патогенных микроорганизмов, не влияет на их свободное размножение.

Распространенным подходом в хирургии является использование аутотрансплантатов (источник [5]: патент РФ, RU 2341217). Когда в дефект кости помещают костный аутотрансплантат, сформированный из фрагментов кости пациента. Или использование аллотрансплантатов (источник [6]: патент РФ, RU 2524618), когда костный аллогенный трансплантат, представляющий собой костный блок, получают из кости донора.

Однако использование собственной кости [5] пациента имеет недостатки связанные с ограниченной доступностью, необходимостью извлечения и формирования аутотрансплантата, дополнительным травмированием в месте забора трансплантата. Использование аллотрансплантата [6] связано с возможностью отторжения и также ограниченной доступностью, зависимостью от источника исходного материала, необходимостью наличия достаточного фонда донорской материала. Аналоги [5, 6] также не обладают антимикробной активностью. Не препятствует развитию инфекционных процессов.

Материалом имплантата с естественными структурными, механическими и физиологическими свойствами, лишенным проблем связанных с искусственными материалами, донорскими материалами и аутоматериалами является ксеногенный материал. Использование ксеногенного материала доступно, и позволяет получать и выбирать биомеханические структуры имплантата приближенные к свойствам кости пациента. Ксеногенные имплантаты так же известны. Для преодоления реакции отторжения их подвергают специальной обработке.

Известен имплантат для замещения тотальных протяженных дефектов длинных трубчатых костей (источник [7]: патент РФ, RU 2555777). Представляет собой полый цилиндр, из углерод-углеродного композита, заполненный остеопластическим матриксом ксеногенного происхождения, обладающим естественными микро- и макропорами.

Однако в имплантате [7] в качестве опорного каркаса используется углерод-углеродный композит, который не обладает необходимыми остеоиндуктивными свойствами. Остеопластический матрикс ксеногенного происхождения не содержит нативных морфогенетических белков, факторов роста костной ткани. Имплантат не обладает антимикробной активностью, не препятствует размножению патологических микроорганизмов, не пригоден для импрегнации противомикробных препаратов.

Известен остеопластический и имплантационный материал, для замещения костной ткани (источник [8]: патент РФ, RU 2609201). Имплантат выполнен из фрагмента губчатой части кости (костного блока (матрикса)) сельскохозяйственного животного очищенной от липидов, выдержанной в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия с концентрацией от 1% до 10% в течение 1-8 суток, в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода (от 1% до 10%) в течение 1-8 суток, подвергнутой сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 до 10000 psi в течение от 30 до 500 мин, и лиофилизации в течение 1-48 ч, содержащей нативные морфогенетические белки, факторов роста костной ткани, содержащей естественные макро- и микропоры.

Имплантат для замещения костной ткани [8], наиболее близок по сущности, но не обладает антимикробной активностью, не препятствует размножению патологических микроорганизмов в месте имплантации, не способствует сдерживанию или подавлению инфекционных процессов. Патогенные микроорганизмы проникают в место имплантации через кровоток, могут быть занесены из вне или могут находиться в очаге воспаления. Патогенные микроорганизмы (бактерии или микобактерии) при хирургическом лечении костных травм, воспалительных, онкологических и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, могут приводить к осложнениям, например, таким как остеомиелит.

Таким образом, проблема разработки имплантатов структурно идентичных естественной кости, обладающих остеогенными характеристиками, позволяющих одномоментно заместить дефект кости, способствовать росту костной ткани и препятствовать развитию инфекционных процессов является актуальной для современной медицинской науки.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении имплантата, выполненного из ксенокости, обладающего естественными макро- и микропорами, пригодного для костной пластики у человека, не вызывающего иммунного ответа (т.е. не способного активировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с факторами иммунитета), обладающего остеоиндуктивными свойствами, выраженной антимикробной активностью, позволяющего замещать часть кости, обеспечивать механический каркас для клеток, купировать инфекционный процесс в зоне имплантации.

Технический результат заключается в обеспечении выраженной антимикробной активности, с дозированным пролонгированным высвобождением противомикробного препарата в зоне имплантации. При том, что имплантат является биологическим опорным каркасом для роста костной ткани, обладает остеоиндуктивными свойствами, способен трансформировать недифференцированные мезенхимальные клетки в остеобласты. Обладает схожими с костью пациента механическими свойствами, обеспечивает клеточную адгезию, и структурой с естественными макро- и микропорами, необходимых для межклеточной связи, васкуляризации, пролиферации клеток, диффузии биологических веществ. Не вызывает иммунного ответа (иммунологического отторжения). Основа для его изготовления (ксенокость) широко доступна.

Технический результат достигается тем, что имплантат для замещения костной ткани, выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки, противомикробный препарат в составе смеси с биоразлагаемым полимером, противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с аморфным L,D-полилактидом, костный блок очищен путем выдержки в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl, выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре при температуре от 20 до 70°С, подвергнут лиофилизации.

Противомикробный препарат может представлять собой ванкомицин или гентамицин.

Содержание ванкомицина в костном блоке составляет 100 мкг.

Костный блок может быть получен из фрагмента губчатой части кости быка или свиньи.

Имплантат может дополнительно содержать рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7.

Предполагается, что костный блок выдержан в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl с концентрацией от 1% до 10% в течение от 12 до 240 часов, выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, от 1% до 10%, в течение от 12 до 240 часов, подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 psi (6,895МПа) до 10000 psi (68,95МПа) в течение от 30 до 500 минут, подвергнут лиофилизации.

Осуществление технического решения

Пример 1. Имплантат для замещения костной ткани с противомикробной активностью. Имплантат выполнен в форме костного блока (матрикса) полученного из очищенной ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs). Содержит противомикробный препарат импрегнированный в водном растворе или в составе смеси с биоразлагаемым полимером.

Костный блок формируют из очищенного фрагмента губчатой части кости животных (ксенокость). Предполагается использование сельскохозяйственных животных, например быков возрастом до 6 месяцев, с соблюдением требований стандарта на медицинские изделия, изготовленные с использованием материалов животного происхождения (ГОСТ Р ИСО 22442-1-2011 Изделия медицинские, использующие ткани и их производные животного происхождения). Костный блок выдержан в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия (NaCl) с концентрацией от 1% до 10% в течение от 12 до 240 часов. Костный блок выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, от 1% до 10%, в течение от 12 до 240 часов. Костный блок подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 до 10000 psi в течение от 30 до 500 минут. Указанной обработкой обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента. Костный блок представляет собой трехмерный пространственный каркас, из сети макромолекул, коллагена, ферменты, и гликопротеины, которые обеспечивают структурную и биохимическую поддержку окружающих клеток. Если необходимо, костные блоки могут быть подвергнуты деминерализации соляной кислотой (0,5-4 М) в течение от 15 до 300 мин. После этого деминерализованные или недеминерализованные костные блоки подвергают лиофилизации в течение 1-48 ч, упаковывают в газопроницаемую упаковку и стерилизуют.

Пример 2. Имплантат импрегнированный ванкомицином с полимерным носителем.

Имплантат выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой части кости быка, размером 20×15×5мм, сохранившей естественные макро- и микропоры. Имплантат содержит нативные морфогенетические белки BMPs в материале костного блока.

Макро- и микропоры костного блока заполнены смесью состоящей из аморфного L,D-полилактида и противомикробного препарата ванкомицин. Аморфный L,D-полилактид, это биоразлагаемый полимер, самопроизвольно разрушающийся в результате естественных микробиологических и химических процессов. Этим обеспечивается замедленное вымывание ванкомицина, и его продолжительное антимикробное действие в зоне имплантации. Содержание ванкомицина в среднем составляет около 100 мкг в костном блоке, 78% противомикробного препарата высвобождаются дозировано в течение 30 дней после имплантации. Средний выход противомикробного препарата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 2,6 % за сутки.

Костный блок формируют из губчатой кости, распиленной на блоки, размером 20×15×5 мм, очищают от сухожилий и мягких тканей, например ручным способом с использованием ножа. Костный блок промывают проточной водой в течение 2 мин, обрабатывают в 7% растворе NaCl в течение 12 часов. После обработки в 7% растворе NaCl костный блок промывают проточной водой. Костный блок обрабатывают в ультразвуковой ванне в 0,1% растворе перекиси водорода в течение 48 часов. После обработки в ультразвуковой ванне в 0,1% растворе перекиси водорода костный блок промывают проточной водой. Костный блок подсушивают на фильтровальной бумаге в течение трех часов в пластиковой таре. Костный блок взвешивают.

Костный блок подвергают глубинной очистке путем сверхкритической флюидной экстракции с использованием диоксида углерода СО₂, который способен диффундировать в макро- и микропоры костного блока и растворять липиды. Экстракцию проводят с использованием следующих параметров: давление P=5143 psi (35 МПа), температура t=50°C, поток от 20 до 22 scfh (стандартные кубические футы в час. standard cubic feet per hour) (среднее значение 16,9 г/мин, жидкий СО₂) и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 25 мин, и статического режима, длительностью 5 мин. Экстракцию липидов из костного блока регистрируют, оценивают наличие посторонних веществ в выходящей двуокиси углерода, и при регистрации выхода чистого газа CO₂, без посторонних веществ, для достоверности выдерживают еще 25 минут поточного режима. Костный блок взвешивают, при отсутствии изменения массы очистку считают завершенной, данный подход является гарантией качества очистки. Обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента.

Далее костный блок насыщают раствором противомикробного препарата. Для импрегнации используют противомикробный препарат ванкомицин смешанный с аморфным L,D полилактидом, что обеспечивает абсорбцию антибиотика в объеме материала костного блока. Аморфный L,D полилактид выполняет функцию промежуточного носителя противомикробного препарата, смесь покрывает стенки макро- и микропор равномерно по всей поверхности и объему костного блока. Применяют аморфный L,D полилактид молекулярной массой 18 килодальтон (кДа), приведенная вязкость которого составляла 0,2 децилитра на грамм (дл/г). Смесь аморфного L,D полилактида и ванкомицина получают добавляя порошок аморфного L,D полилактида, в количестве 1,8 грамм, в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют ванкомицин из расчета 2 грамма на 50 мл раствора. В полученную вязкую смесь (раствор) помещают костный блок. Затем для пластификации аморфного L,D полилактида и удаления из смеси этилового спирта осуществляют сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO₂. Сосуд с размещенным в смеси костным блоком помещают в реактор установки сверхкритической флюидной экстракции фирмы, подают диоксид углерода CO₂, доводят среду до давления P=3626 psi (25 МПа), температуры T=32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течение 5 минут (для отгонки этилового спирта). Затем устанавливают статический режим при давления P= 17404 psi (120 МПа), температуре T=32°С на 60 мин (для пластификации и набухания аморфного L,D полилактида). Далее сбрасывают давление до атмосферного. Имплантат, замораживают и лиофилизируют. Осуществляют газовую стерилизацию в среде оксида этанола, с последующим вакуумированием и аэрацией в течение 2 суток. Конечное содержание ванкомицина в среднем составляет 100 мкг в костном блоке.

Полимер, заполняющий макро- и микропоры, увеличивает общую механическую прочность костного блока.

Средний выход ванкомицина из имплантата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 19,11% на 2 сутки, 16,71% на 5 сутки, 16,10% на 8 сутки, 14,53% на 11 сутки, 1,71% на 14 сутки, 4,13% на 17 сутки, 0,45% на 20 сутки, 0,37% на 23 сутки, 3,70 % на 26 сутки, 1,02% на 30 сутки инкубации. Остаточное содержание ванкомицина в имплантате 22 % от начального содержания, на 30 сутки инкубации.

Пример 3. Имплантат импрегнированный гентамицином с полимерным носителем.

Имплантат выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой части кости свиньи, размером 20×20×20мм, сохранившей естественные макро- и микропоры. Имплантат содержит рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7. Макро- и микропоры костного блока заполнены смесью состоящей из аморфного L,D-полилактида и противомикробного препарата гентамицин. Этим обеспечивается замедленное вымывание гентамицина, и его продолжительное антимикробное действие в зоне имплантации. Содержание гентамицин а в среднем составляет около 100 мкг в костном блоке, 60% противомикробного препарата высвобождаются дозировано в течение 14 дней после имплантации. Средний выход противомикробного препарата, в процентах % от начального содержания в зависимости от продолжительности имплантации составляет 4,28 % за сутки.

Костный блок формируют из губчатой кости, распиленной на блоки, размером 20×20×20 мм, очищают от сухожилий и мягких тканей, например ручным способом с использованием ножа. Костный блок промывают проточной водой в течение 3 мин, выдерживают в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl с концентрацией от 1% в течение 240 часов. После обработки в растворе NaCl костный блок промывают проточной водой. Костный блок выдерживают в ультразвуковой ванне с раствором 1% перекиси водорода, в течение 240 часов. После обработки в ультразвуковой ванне костный блок промывают проточной водой. Костный блок подвергают деминерализации соляной кислотой (0,5-4 М) в течение от 15 до 300 мин. После этого костный блок подвергают лиофилизации в течение 1-48 ч. Костный блок подсушивают на фильтровальной бумаге в течение трех часов в пластиковой таре. Костный блок взвешивают. Костный блок подвергают глубинной очистке путем сверхкритической флюидной экстракции с использованием диоксида углерода СО₂, который способен диффундировать в макро- и микропоры костного блока и растворять липиды. Экстракцию проводят с использованием следующих параметров: давление P=1000 psi, температура t=70°C, поток от 20 до 22 scfh (стандартные кубические футы в час. standard cubic feet per hour) (среднее значение 16,9 г/мин, жидкий СО₂) и чередованием по времени циклов, состоящих из динамического поточного режима, длительностью 400 мин, и статического режима, длительностью 100 мин. Экстракцию липидов из костного блока регистрируют, оценивают наличие посторонних веществ в выходящей двуокиси углерода, и при регистрации выхода чистого газа CO₂, без посторонних веществ, для достоверности выдерживают еще 25 минут поточного режима. Костный блок взвешивают, при отсутствии изменения массы очистку считают завершенной, данный подход является гарантией качества очистки. Обеспечивается доступность (открытость) макро- и микропор костного блока, сохраняются нативные морфогенетические белки и удаляются вещества способные раздражать иммунную системы пациента.

Далее костный блок насыщают раствором противомикробного препарата. Для импрегнации используют противомикробный препарат гентамицин смешанный с аморфным L,D полилактидом, что обеспечивает абсорбцию антибиотика в объеме материала костного блока. Аморфный L,D полилактид выполняет функцию промежуточного носителя противомикробного препарата, смесь покрывает стенки макро- и микропор равномерно по всей поверхности и объему костного блока. Применяют аморфный L,D полилактид молекулярной массой 18 килодальтон (кДа), приведенная вязкость которого составляла 0,2 децилитра на грамм (дл/г). Смесь аморфного L,D полилактида и гентамицина получают добавляя порошок аморфного L,D полилактида, в количестве 1,8 грамм, в раствор этилового спирта, в количестве 50 мл, затем в полученный раствор добавляют гентамицин из расчета 1,5 грамма на 50 мл раствора.

В полученную вязкую смесь (раствор) помещают костный блок. Затем для пластификации аморфного L,D полилактида и удаления из смеси этилового спирта осуществляют сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO₂. Сосуд с размещенным в смеси костным блоком помещают в реактор установки сверхкритической флюидной экстракции фирмы, подают диоксид углерода CO₂, доводят среду до давления P=10000psi, температуры T=32°С, со скоростью потока 10 г/мин в течении 5 минут (для отгонки этилового спирта). Затем устанавливают статический режим при давления P= 17404 psi (120 МПа) температуре T=32°С на 60 мин (для пластификации и набухания аморфного L,D полилактида). Далее сбрасывают давление до атмосферного. Наносят на имплантат пасту содержащую рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7. Имплантат, замораживают и лиофилизируют.

Использование промежуточного полимерного носителя (L/D изомер полилактида) позволяет получить имплантат с дозированным пролонгированным выходом противомикробного препарата (ванкомицина, гентамицина и т.п.). Противомикробный препарат в основной массе выходит достаточно большими равномерными порциями в течение первых 14 дней, сначала из поверхностных макро- и микропор при деградации полилактидной пленки аморфного L,D полилактида, образовавшейся на поверхности костных блоков в процессе обработки и удерживающей противомикробный препарат, а затем уже меньшими порциями выходит из глубоких макро-и микропор при биорезорбции материала костного блока.

Пример 4. Имплантат импрегнированный винкомицином из водного раствора.

Имплантат выполнен в форме костного блока (матрикса) полученного из очищенной ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs), содержит противомикробный препарат ванкомицин.

Импрегнацию ванкомицина для данного имплантата осуществляют путем заполнения имеющихся в материале макро-и микропор из водного раствора противомикробного препарата (адсорбция). Раствор ванкомицина а готовили на дистиллированной воде, концентрации 5 мг/мл в объеме 50 мл. Затем костные блоки размером 20×15×5мм помещают в раствор, сосуд с раствором загружают в реактор установки для сверхкритической флюидной экстракции. В камеру подают углекислый газ и доводят параметры среды до давления 3674 psi (25,33 МПа), температуры t= 25°С. Устанавливали статический режим и выдерживали блоки 3 часа. Далее костные блоки лиофилизуют, стерилизуют в среде оксида этанола, с последующим вакуумированием и аэрацией в течение 2 суток. Конечное содержание ванкомицина в среднем составляет 35 мкг в костном блоке.

Импрегнированный ванкомицином костный блок, обладает выраженной антимикробной активностью, с пролонгированным высвобождением антибиотика в течение короткого промежутка времени, не более 5 суток.

В общем случае, на основе вышеизложенного, имплантат выполнен в форме костного блока (матрикса) полученного из очищенной ксенокости, выбранной по механическим свойствам наиболее близкой к кости пациента, например из кости быка или свиньи или других животных, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки и дополнительно может быть насыщен белковыми факторами роста полученными путем генной инженерии. В качестве стимулятора остеогенеза в объем костного матрикса могут быть введены стволовые клетки пациента. Имплантат содержит противомикробный препарат, предполагается ванкомицин, но также доступно использование его аналогов, например гентомицина или иных. Предпочтительно, противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с биоразлагаемым полимером (абсорбция антибиотика в объеме материала костного блока). Это позволяет обеспечить длительное высвобождение противомикробного препарата. Также противомикробный препарат может быть нанесен на поверхность костного блока и расположен на поверхности в макро- и микропорах путем использования водного раствора противомикробного препарата (адсорбция антибиотика на поверхностях пор костного блока), это обеспечивает более быстрое высвобождение противомикробного препарата имплантации. В качестве полимера предполагается использовать аморфный L,D-полилактид, биосовместимый и биоразлагаемый полимер. Предполагается, что костный блок выдержан в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия (NaCl) с концентрацией от 1% до 10% в течение от 12 до 240 часов, выбирают в зависимости от размера костного блока. Костный блок выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, от 1% до 10%, в течение от 12 до 240 часов. Костный блок подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре от 20°С до 70°С и давлении от 1000 psi (6,895 МПа) до 10000 psi (68,95 МПа) в течение от 30 до 500 минут.

Использование имплантата

Имплантаты, описанные в примерах 1-4 применяют в травматологии и ортопедии (например при ревизионном эндопротезировании и при переломах), челюстно-лицевой хирургии, для замещения костной ткани, путем заполнения утраченного или направленно удаленного объема костной ткани имплантатом. Имплантаты описанные в примерах 1-3 целесообразно применять в случаях, когда необходимо постепенно создавать необходимую концентрацию противомикробного препарата в месте имплантации и обеспечивать длительное высвобождение противомикробного препарата, например при заполнении дефектов с целью снижения риска послеоперационного инфицирования. Имплантат импрегнированный винкомицином из водного раствора (пример 4) целесообразно применять в случаях, когда необходимо достаточно быстро создавать необходимую концентрацию противомикробного препарата в месте имплантации и обеспечивать быстрое высвобождение противомикробного препарата, например при заполнении уже инфицированных дефектов. В ходе оперативного вмешательства удаляют патологически изменённую костную ткань, очищают зону повреждения кости, в объем недостающей костной ткани устанавливают имплантат, одномоментно замещая отсутствующую костную ткань. При необходимости имплантат фиксируют в месте имплантации, например спицей Киршнера, костным винтом, или иным известным способом. После установки имплантата из костного блока высвобождается противомикробный препарат (ванкомицин, гентамицин и т.п.) который обладает антимикробной активностью, препятствует размножению патогенных микроорганизмов в месте имплантации, способствует сдерживанию и подавлению инфекционных процессов. Имплантат является биологическим опорным каркасом для роста костной ткани, механические свойства которого идентичны кости пациента, так как он состоит из губчатой ксенокости, подобранной из наиболее подходящей по механическим свойствам, с сохраненными естественными макро- и микропорами. Имплантат способствует образованию костной ткани, так как содержит морфогенетические белки (факторы роста костной ткани BMPs), которые инициируют трансформацию недифференцированных мезенхимальных клеток в остеобласты. Наличие макро- и микропор обеспечивает межклеточные связи, васкуляризацию, пролиферацию клеток, диффузию биологических веществ в зоне имплантации. Костный блок не вызывает иммунного ответа (иммунологического отторжения), в результате того, что обработан путем сверхкритическую флюидную экстракции диоксидом углерода CO₂. При наличии воспаления имплантат способен купировать инфекционный процесс в зоне имплантации. В процессе разложения из материала костного блока высвобождаются сохраненные нативные белковые факторы роста, стимулирующие остеогенез, формирование собственной костной ткани пациента.

Имплантат, импрегнированный противомикробным препаратом, в частности ванкомицином, путем адсорбции ванкомицина на поверхности материала костного блока (пример 4) и абсорбции ванкомицина в объеме материала костного блока (пример 2) с использованием промежуточного носителя (полимера) обеспечивают отличающуюся кинетику высвобождения противомикробного препарата и соответственно противомикробная активность имплантатов отличается в зависимости от времени после имплантации.

Предлагаемый имплантат изготовлен авторами в ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Минздрава России и прошел экспериментальные исследования. В исследовании in vitro изучена антимикробная активность имплантата. Для оценки антибактериальных свойств имплантата использовали стандартные микробные культуры. Для проверки антимикробных свойств матрикса с ванкомицином использовали штамм Staphylococcus aureus ATCC 29213. Всего выполнено три серии тестов in vitro. Тестировали две серии опытных образцов имплантатов, описанных в примере 2 и примере 4, в каждой серии опытов тестировали по 6 имплантатов. По результатам оценки вымывания ванкомицина из костного блока обнаружено, что выход ванкомицина из имплантата, описанного в примере 4, после 24 часов инкубации составил более 98% от исходного содержания в матриксе. Остаточное содержание антибиотика в среднем составляло 1,75%. Таким образом, данный имплантат обеспечивает «быстрое» высвобождение противомикробного препарата. Количественные показатели кинетики высвобождения ванкомицина из имплантата, описанного в примере 2, значительно отличались. Обнаружено, что выход ванкомицина при использовании промежуточного полимерного носителя (L/D изомер полилактида) в имплантате позволяет получить имплантат с дозированным пролонгированным выходом ванкомицина. Основной выход (68,16% от исходного содержания), ванкомицина происходит равномерно в течение первых 14 дней. После 30 дней инкубации остаточное содержание противомикробного препарата ванкомицина в костном блоке составляет около 22%. Все имплантаты проявляют выраженную антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus. Таким образом, заявленные имплантаты достоверно обладают выраженной антимикробной активностью.

Изобретение относится к области медицины. Предложен имплантат для замещения костной ткани. Имплантат выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной и сохранившей естественные макро- и микропоры губчатой ксенокости. Имплантат содержит нативные морфогенетические белки, противомикробный препарат в составе смеси с биоразлагаемым полимером. Причём противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с аморфным L,D-полилактидом. Изобретение обеспечивает выраженную антимикробную активность с дозированным пролонгированным высвобождением противомикробного препарата в зоне имплантации. 4 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Имплантат для замещения костной ткани, характеризующийся тем, что выполнен в форме костного блока, полученного из очищенной губчатой ксенокости, сохранившей естественные макро- и микропоры, содержит нативные морфогенетические белки, противомикробный препарат в составе смеси с биоразлагаемым полимером, противомикробный препарат расположен в макро- и микропорах костного блока в составе смеси с аморфным L,D-полилактидом, костный блок очищен путем выдержки в гипертоническом солевом растворе хлористого натрия NaCl, выдержан в ультразвуковой ванне с раствором перекиси водорода, подвергнут сверхкритической флюидной экстракции при температуре при температуре от 20 до 70°С, подвергнут лиофилизации.

2. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что противомикробный препарат представляет собой ванкомицин или гентамицин.

3. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что костный блок получен из фрагмента губчатой части кости быка или свиньи.

4. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что содержит рекомбинантные морфогенетические человеческие белки rhBMP-2 и rhBMP-7.

5. Имплантат по п. 2, отличающийся тем, что содержание ванкомицина в костном блоке составляет 100 мкг.