СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ Российский патент 2020 года по МПК A61L27/00 A61L27/32 A61L27/40 A61L27/46 A61L27/56 A61K31/722 A61K33/42 B82Y30/00 

Изобретение относится к области регенеративной медицины и тканевой инженерии.

Известны костные трансплантаты, содержащие фосфат кальция и хитозан [пат. US №9040093, опубл. 26.05.2015] получаемые добавлением хитозана к раствору уксусной кислоты для приготовления суспензии с образованием соответствующей концентрации хитозана, последующим перемешиванием суспензии в течение не менее 4 часов при комнатной температуре и, после смешивания, добавлением 0,5 г фосфата кальция в 20 мл суспензии и перемешиванием в течение 60 минут при комнатной температуре, последующим замораживанием и лиофилизацией смеси до формирования костного трансплантата. Недостатками указанного изобретения являются необходимость предварительного получения фосфата кальция для последующего добавления к суспензии, а также использование относительно сложного метода лиофилизации.

Известны пористые композиционные материалы на основе хитозана для заполнения костных дефектов [пат. РФ №2376019, опубл. 20.12.2009, бюл. №35] получаемые путем растворения порошка высокомолекулярного хитозана в растворе этановой кислоты при рН от 6 до 6,5 и, после полного растворения хитозана, последующего добавления в раствор при перемешивании кальций-фосфатных наполнителей в количестве до 90 мас. % и порошка добавки карбоната аммония до 60 мас. %, промывания полученной губки этанолом и сушки на воздухе до удаления этанола. Недостатком указанного изобретения является использование в процессе получения губки предварительно синтезированных кальций-фосфатных наполнителей размером 1 - 1000 мкм, не являющихся наноразмерными, что необходимо для достижения лучших показателей структурной биосовместимости и остеокондуктивности биоматериала.

Также известен пористый композиционный материал на основе хитозана и желатина для заполнения костных дефектов [пат. РФ №2412711, опубл. 27.02.2011, бюл. №6] получаемый путем растворения высокомолекулярного хитозана при рН от 6 до 6,5 в растворе уксусной кислоты, добавления водного раствора желатина после полного растворения хитозана, последующего добавления при перемешивании наполнителя октакальцийфосфата в количестве до 75 мас. % и порошка добавки карбоната аммония от 5 до 60 мас. %, смешивания компонентов пропеллерной мешалкой со скоростью оборотов 800-1000 об/мин, промывания полученной губки этанолом и сушкой на воздухе до удаления этанола. Недостатками указанного изобретения являются использование карбоната аммония и уксусной кислоты, образующих ацетат аммония в качестве побочного продукта и его последующее удаление, а также необходимость отдельного предварительного получения кальций-фосфатного наполнителя для добавления к раствору в процессе получения пористого композиционного материала.

Техническим результатом является получение биосовместимого пористого нанокомпозита для регенерации костной ткани на основе пористого хитозанового скаффолда и наноразмерных частиц фосфата кальция. Хитозан, используемый для получения пористого скаффолда является биосовместимым, биодеградируемым и обладает низкой токсичностью, что способствует его широкому использованию в области медицины. Желатин, также использующийся в процессе получения скаффолда обладает низкой токсичностью. Размеры пор нанокомпозита варьируются от 73 мкм до 439 мкм и обладают взаимосвязанным и взаимопроникающим характером, образующим губчатую структуру.

Пористость нанокомпозита составляет 70%. Высокая степень пористости и характер распределения пор в нанокомпозите достигается благодаря вспениванию смеси в результате химического взаимодействия добавки карбоната кальция, используемого в качестве вспенивающего агента и уксусной кислоты, находящейся в смеси, причем образующийся в результате побочный продукт - ацетат кальция непосредственно используется для получения наноразмерных частиц фосфата кальция, что позволяет уменьшить время получения нанокомпозита, а также исключает необходимость этапа удаления побочного продукта из смеси. При этом используемый для вспенивания карбонат кальция обладает низкой токсичностью. В объеме и порах нанокомпозита присутствуют наноразмерные частицы фосфата кальция. Подобный результат достигается формированием наноразмерных частиц фосфата кальция in situ в смеси при перемешивании в результате химического взаимодействия побочного продукта вспенивания - ацетата кальция и добавляемого в смесь раствора ортофосфата калия семиводного (K₃PO₄⋅7Н₂О). Это позволяет отказаться от дополнительных этапов отдельного получения частиц фосфата кальция для их последующего использования при получении композиционного материала. Вспенивание смеси и формирование наноразмерных частиц фосфата кальция осуществляется при кратковременном и интенсивном перемешивании смеси пропеллерной мешалкой, что способствует образованию пор малых размеров и высокой степени пористости, а также распределению наноразмерных частиц фосфата кальция в объеме смеси.

Технический результат достигается тем, что получение нанокомпозита включает растворение порошка кислоторастворимого хитозана молекулярной массой 100-300 кДа и степенью дезацетилирования 80-85% в количестве 3-7 мас. % в 10-20% уксусной кислоте, добавление к раствору хитозана водного раствора желатина в количестве 4-8 мас. % в пересчете на чистое вещество и перемешивание полученной смеси до полного растворения желатина, добавление в качестве вспенивающего агента навески карбоната кальция в количестве 3-7 мас. % к смеси и ее вспенивание при кратковременном и интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд, добавление водного раствора ортофосфата калия семиводного (K₃PO₄⋅7Н₂О) в количестве 10-14 мас. % в пересчете на чистое вещество к смеси при ее кратковременном и интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд для формирования наноразмерных частиц фосфата кальция in situ в смеси, сушки полученной смеси при температуре 65°С до полного высыхания. Краткое описание чертежей.

Фигура 1. Микрофотография пористой поверхности нанокомпозита для регенерации костной ткани.

Фигура 2. Микрофотография наноразмерных частиц фосфата кальция (светлые частицы), включенных в структуру нанокомпозита для регенерации костной ткани.

Описанный способ поясняется на примере его осуществления.

Кислоторастворимый хитозан молекулярной массой 200 кДа и степенью дезацетилирования 84% в количестве 5,35 мас. % растворяют в 20 мл 15% уксусной кислоты. К желатину, количеством 6,43 мас. % добавляют 20 мл дистиллированной воды и оставляют набухать желатин в течение 40-60 минут, после чего перемешивают раствор на магнитной мешалке при нагревании до температуры 50°С со скоростью 200-300 об/мин в течение 10 минут до полного растворения желатина. Добавляют водный раствор желатина к раствору хитозана и перемешивают полученную смесь пропеллерной мешалкой со скоростью 300 об/мин до полного растворения желатина. Добавляют навеску карбоната кальция в количестве 5,35 мас. % к смеси и интенсивно перемешивают ее пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд. Растворяют K₃PO₄⋅7Н₂О в количестве 12,02 мас. % в 5 мл дистиллированной воды и добавляют полученный раствор к смеси при ее интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд. Полученную смесь помещают в форму и высушивают при температуре 65°С до полного высыхания.

Изобретение относится к области регенеративной медицины и тканевой инженерии. Предложен способ получения нанокомпозита для регенерации костной ткани, содержащий пористый хитозановый скаффолд и наноразмерные частицы фосфата кальция. Способ включает растворение хитозана в уксусной кислоте, добавление к раствору хитозана раствора желатина, вспенивание полученной смеси, формирование наноразмерных частиц фосфата кальция in situ в смеси. В качестве вспенивающего агента добавляют карбонат кальция, перемешивают смесь пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд, добавляют водный раствор ортофосфата калия семиводного к смеси и перемешивают ее пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд. Затем сушат смесь при температуре 65°С до полного высыхания. Технический результат - получение биосовместимого пористого нанокомпозита с высокой степенью пористости, низкой токсичностью, уменьшение времени получения нанокомпозита, исключение необходимости этапа удаления побочных продуктов из смеси, отказ от дополнительных этапов получения частиц фосфата кальция для их последующего использования при получении композиционного материала. 2 ил., 1 пр.

Способ получения нанокомпозита для регенерации костной ткани, включающий растворение хитозана в уксусной кислоте, добавление к раствору хитозана водного раствора желатина, вспенивание полученной смеси, формирование наноразмерных частиц фосфата кальция, отличающийся тем, что в качестве вспенивающего агента добавляют карбонат кальция в количестве 3-7 мас. % к смеси, перемешивают ее пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд, добавляют водный раствор ортофосфата калия семиводного в количестве 10-14 мас. % в пересчете на чистое вещество к смеси для формирования наноразмерных частиц фосфата кальция in situ в смеси, перемешивают ее пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд, сушат смесь при температуре 65°С до полного высыхания.