Состав костного цемента для ортопедической и вертебрологической хирургии Российский патент 2024 года по МПК A61L24/02 A61L24/04 A61L24/06 A61L27/44 C08L33/12 

Состав костного цемента для ортопедической и вертебрологической хирургии

Данное изобретение касается состава акрилового рентгеноконтрастного самоотверждающегося цемента предназначенного для использования в ортопедической и вертебрологической хирургии, с целью цементации и фиксации кости, а также для фиксации патологических переломов тела позвонка при проведении процедуры вертебропластики или кифопластики.

В настоящее время при проведении вертебропластики и кифопластики наиболее часто используются акриловые цементы, которые вводят в повреждённое позвоночное тело чрезкожно. Чрезкожная вертебропластика является малоинвазивной процедурой, которая уменьшает болевой синдром и позволяет пациенту встать на ноги. Скорее всего, введённый цемент предотвращает болезненное микропередвижение в месте перелома. Как и при любом хирургическом методе лечения, при чрезкожной вертебропластике и чрезкожной кифопластике могут возникнуть целый ряд осложнений. Чаще всего осложнения вызывает неправильное перераспределение цемента, который может попасть в спинномозговой канал, межпозвоночные диски, венозное сплетение и т.п. Поэтому многие специалисты настаивают на флюороскопическом контроле во время введения цемента и рекомендуют применять костные цементы с достаточной рентгеноконтрастностью.

Таким образом, цементы данного типа должны сочетать в себе ряд свойств. Готовая к введению смесь должна иметь высокую вязкость, чтобы минимизировать риск попадания цемента в окружающие ткани, иметь достаточную рентгеноконтрастность, удовлетворительную механическую прочность и минимальную токсичность. Кроме того, очень важным качеством является температура полимеризации цемента, поскольку излишний разогрев может привести к некрозу окружающих тканей.

Существует множество разных видов акриловых костных цементов. На практике наиболее часто применяются акриловые костные цементы, состоящие из двух компонентов, например, из порошка и жидкости (патенты RU 2195320, RU 2128523, RU 2017126192, US2012195848, US2009239970, AU2008229939). Реже встречаются костные цементы, состоящие из двух жидких компонентов (патенты RU 2640234, RU 2689169, US5902839) и в виде паст (патенты JP2009101160, AU2008229939, JP2009101159). Наиболее редко встречающимися являются костные цементы, состоящие из трёх и более компонентов (патент RU 2745305).

В костных цементах, состоящих из порошка и жидкости, порошок, как правило, состоит из одного или нескольких полимеров, рентгеноконтрастного наполнителя и инициатора реакции полимеризации с добавлением или без добавления антибиотика. Наиболее часто в качестве основного компонента порошка используется полимер полиметилметакрилат (ПММА). Довольно часто помимо ПММА также используются полиметилакрилат (ПМА), или его сополимер с ПММА, а также другие сополимеры, например, довольно часто встречается сополимер ПММА и полибутилметакрилата. Наиболее часто в качестве рентгеноконтрастного наполнителя используют сульфат бария и диоксид циркония. Ряд исследователей полагают, что добавление антибиотиков в акриловые костные цементы не имеет смысла, поскольку нет достоверных свидетельств того, что антибиотик способен высвобождаться из цемента в достаточном количестве для того чтобы подавлять воспалительный процесс.

Жидкость в таких двухкомпонентных цементах, во всех случаях содержит метилметакрилат (ММА) и активатор реакции полимеризации. Кроме этих компонентов она может содержать другие мономеры, например, бутилметакрилат (БМА) и этилметакрилат (ЭМА), в редких случаях даже полимер или частицы рентгеноконтрастного наполнителя.

Наиболее близким, выбранным за прототип заявляемого изобретения, является костный цемент, описанный в патенте US2012195848, дата публикации 02 августа 2012. Данный костный цемент представляет двухкомпонентный материал, состоящий из порошка и жидкости. Порошок представляет собой смесь ПММА, соли стронция и инициатора полимеризации. Жидкость состоит из ММА и ускорителя реакции полимеризации. Прототип обладает достаточной рентгеноконтрастностью, улучшенной биологической активностью, требуемой механической прочностью и низкой физиологической токсичностью.

Недостатком прототипа является достаточно высокая температура полимеризации около 62°С, что может привести к некрозу прилегающих тканей.

Задача изобретения заключается в расширении арсенала акриловых костных цементов в виде системы, состоящей из двух компонентов: порошка и жидкости.

Технический результат заключается в реализации назначения и в снижении максимальной температуры полимеризации костного цемента до температуры ниже 60°С за счет введения в порошок полиэтилметакрилата (ПЭМА), а в жидкость - этилметакрилата (ЭМА) при сохранении прочностных характеристик.

Неожиданно было обнаружено, что разработанный материал, где в качестве порошка используют смесь из стронций-замещенного гидроксиапатита (далее SrГАП), полиметилметакрилата (далее ПММА), полиэтилметакрилата (далее ПЭМА) и инициатора полимеризации перекиси бензоила, а жидкость включает в себя растворённый в смеси метилметакрилата (далее ММА) и этилметакрилата (далее ЭМА) активатор реакции полимеризации N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин, позволяет получить костный цемент с более низкой температурой отверждения, что снижает риск термического некроза окружающих тканей и при этом по прочностным характеристикам соответствует требованиям ГОСТ ISO 5833-2011, что позволяет использовать его в ортопедической и вертебрологической хирургии.

Более конкретно, заявляемый костный цемент для ортопедической и вертебрологической хирургии представляет двухкомпонентный материал, содержащий порошок и жидкость в соотношении 2 : 1 (весовых частей), где порошок содержит (масс%):

ПЭМА – 15-54,3;

SrГАП – 15,0-40,0;

Перекись бензоила – 0,7-3,0;

ПММА - остальное;

Жидкость содержит (масс%):

этилметакрилат —14,0÷85,5;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин — 0,5÷1,5;

метилметакрилат -— остальное.

Замена в жидкости части ММА на ЭМА и в порошке части ПММА на ПЭМА, позволило не только снизить температуру полимеризации, но также уменьшить токсичность костного цемента и увеличить вязкость смеси компонентов, что заметно снижает риск экстравазации («утечки») костного цемента.

При увеличении содержания ПММА, ММА, перекиси бензоила или N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидина сверх заявленных максимальных значений, температура полимеризации может превысить значения этого показателя у прототипа, так как указанным компонентам присуща способность повышать температуру полимеризации. При снижении содержания перекиси бензоила и N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидина ниже минимальных значений увеличивается время полимеризации, т.е. материал полимеризуется в течение времени превышающего ожидания потребителя.

Порошок содержит:

- полиэтилметакрилат в количестве 15,0÷54,3 масс %. Из уровня техники неизвестно, что введение в порошок наряду с полиметилметакрилатом в качестве высокомолекулярного полимера, участвующего в реакции полимеризации, полиэтилметакрилата в количестве 15,0÷54,3 масс %, приводит к уменьшению максимальной температуры полимеризации при сохранении достаточной прочности и эластичности материала, а также к увеличению вязкости смеси порошка с жидкостью.

- стронций-замещённый гидроксиапатит (SrГАП) введенный в количестве 15,0÷40,0 масс % в качестве рентгеноконтрастного наполнителя, обеспечивает рентгеноконтрастность, соответствующую требованиям ГОСТ 31071-2012 «Материалы стоматологические для пломбирования корневых каналов зубов» и при этом не влияет на прочностные характеристики готового цемента. Предположительно оптимальным является введение SrГАП в количестве 30 масс % .

- перекись бензоила берут в количестве 0,7÷3,0 масс % в качестве инициатора реакции полимеризации, т.к. в случае введения перекиси бензоила менее 0,7 масс % полимеризация продолжается слишком долго, а свыше 3,0 масс % способствует увеличению максимальной температуры полимеризации.

Жидкость содержит:

- мономер этилметакрилат в количестве 14,0÷84,5 масс %, улучшающий эластичность материала, а также способствующий уменьшению максимальной температуры полимеризации;

- N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин в количестве 0,5÷1,5 масс % в качестве активатора реакции полимеризации;

- мономер метилметакрилат остальное.

Пример получения заявленного костного цемента.

Готовят навески для получения порошка при следующем соотношении ингредиентов, масс%:

ПЭМА – 15-54,3;

SrГАП – 15,0-40,0;

перекись бензоила – 0,7-3,0;

ПММА — остальное;

Смешивают компоненты порошка, перемешивая в керамическом барабане на валковом смесителе в течение 3-4 часов до получения однородной смеси.

Порошок выгружают из барабана и просеивают через сито капроновое с размером ячеек 200 мкм.

Готовят навески для получения жидкости при следующем соотношении ингредиентов, масс%:

этилметакрилат —14,0÷85,5;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин — 0,5÷1,5;

метилметакрилат -— остальное.

Смешивают компоненты жидкости, перемешивая до полного растворения N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидина, т. е. до тех пор, пока не образуется прозрачная бесцветная жидкость. Полученную жидкость фильтруют через сито капроновое с размером ячеек 46 мкм.

Порошок смешивают с жидкостью в течение 30 секунд, в соотношении порошкового компонента к жидкому компоненту 2:1 по весу.

Конкретные примеры осуществления изобретения.

Пример 1.

С использованием оптимальных количеств рентгеноконтрастного наполнителя SrГАП. С использованием минимально допустимых количеств этилметакрилата в жидкости и ПЭМА в порошке:

Порошок:

ПММА – 53,0%;

ПЭМА – 15,0%;

SrГАП – 30,0%;

Перекись бензоила – 2,0%.

Жидкость:

ЭМА – 14,0%;

ММА – 85,0%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 1,0%.

Пример 2.

С использованием оптимальных количеств рентгеноконтрастного наполнителя. С использованием максимально допустимых количеств этилметакрилата в жидкости и ПЭМА в порошке:

Порошок:

ПММА – 15,0%;

ПЭМА – 53,0%;

SrГАП – 30,0%;

Перекись бензоила – 2,0%.

Жидкость:

ЭМА – 85,0%;

ММА – 14,0%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 1,0%.

Пример 3.

С использованием оптимального количества рентгеноконтрастного наполнителя. С использованием максимально допустимых количеств этилметакрилата в жидкости и ПЭМА в порошке и минимальных количеств инициатора полимеризации перекиси бензоила и активатора полимеризации N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидина:

Порошок:

ПММА – 15,0%;

ПЭМА – 54,3%;

SrГАП – 30,0%;

Перекись бензоила – 0,7%.

Жидкость:

ЭМА – 85,5%;

ММА – 14,0%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 0,5%.

Пример 4

С использованием оптимального количества рентгеноконтрастного наполнителя. С использованием максимально допустимых количеств этилметакрилата в жидкости и ПЭМА в порошке, максимальных количеств инициатора полимеризации перекиси бензоила и активатора полимеризации N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидина:

Порошок:

ПММА – 15,0%;

ПЭМА – 52,0%;

SrГАП – 30,0%;

Перекись бензоила – 3,0%.

Жидкость:

ЭМА – 84,5%;

ММА – 14,0%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 1,5%.

Пример 5

С использованием оптимального количества рентгеноконтрастного наполнителя. С использованием минимально допустимых количеств этилметакрилата в жидкости и ПЭМА в порошке, инициатора полимеризации перекиси бензоила и активатора полимеризации N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидина:

Порошок:

ПММА – 54,3%;

ПЭМА – 15,0%;

SrГАП – 30,0%;

Перекись бензоила – 0,7%.

Жидкость:

ЭМА – 14,0%;

ММА – 85,5%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 0,5%.

Пример 6

С использованием оптимального количества рентгеноконтрастного наполнителя и максимальных количеств инициатора полимеризации перекиси бензоила и активатора полимеризации. С использованием минимально допустимых количеств этилметакрилата в жидкости и ПЭМА в порошке:

Порошок:

ПММА – 52,0%;

ПЭМА – 15,0%;

SrГАП – 30,0%;

Перекись бензоила – 3,0%.

Жидкость:

ЭМА – 14,0%;

ММА – 84,5%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 1,5%.

Пример 7

С использованием минимального количества рентгеноконтрастного наполнителя SrГАП. С использованием минимально допустимого количества этилметакрилата в жидкости:

Порошок:

ПММА – 53,0%;

ПЭМА – 30,0%;

SrГАП – 15,0%;

Перекись бензоила – 2,0%.

Жидкость:

ЭМА – 14,0%;

ММА – 85,0%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 1,0%.

Пример 8

С использованием максимального количества рентгеноконтрастного наполнителя SrГАП в порошке и ЭМА в жидкости. С использованием минимально допустимого количества ПММА в порошке и ММА в жидкости:

Порошок:

ПММА – 15,0%;

ПЭМА – 43,0%;

SrГАП – 40,0%;

Перекись бензоила – 2,0%.

Жидкость:

ЭМА – 85,0%;

ММА – 14,0%;

N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 1,0%.

Для определения показателей «Максимальная температура», «Средняя сила сжатия», «Модуль изгиба» и «Сила изгиба», «Интрузия» образцы предложенного костного цемента для ортопедической и вертебрологической хирургии готовили в соответствии с ГОСТ ISO 5833-2011. Результаты испытаний образцов, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Физико-механические свойства составов костного цемента, по примерам 1-8

Приведенные в таблице результаты испытаний образцов, полученных по примерам 1-8, показали, что разработанный костный цемент по сравнению с прототипом имеет меньшую «Максимальную температуру» при сопоставимых показателях прочностных характеристик даже при минимальных количествах ПЭМА в порошке и ЭМА в жидкости (пример 6).

Следовательно, поставленная задача решена и технический результат – снижение максимальной температуры полимеризации костного цемента до температуры ниже 60°С достигнут.

Изобретение относится к области медицины и касается состава акрилового рентгеноконтрастного самоотверждающегося цемента, предназначенного для использования в ортопедической и вертебрологической хирургии с целью цементации и фиксации кости, а также для фиксации патологических переломов тела позвонка при проведении процедуры вертебропластики или кифопластики. Предлагаемый костный цемент для ортопедической и вертебрологической хирургии содержит порошок и жидкость в соотношении 2 : 1 весовых частей. При этом порошок содержит, мас.%: полиэтилметакрилат – 15-54,3; стронций-замещенный гидроксиапатит – 15,0-40,0; перекись бензоила – 0,7-3,0; полиметилметакрилат – остальное. Жидкость содержит, мас. %: мономер этилметакрилат – 14- 84,5; N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин – 0,5-1,5; мономер метилметакрилат – остальное. Технический результат: расширение арсенала рентгеноконтрастных акриловых костных цементов, имеющих максимальную температуру полимеризации цемента ниже 60°С при сохранении достаточной прочности и эластичности материала. 1 табл., 8 пр.

Костный цемент для ортопедической и вертебрологической хирургии содержащий порошок и жидкость в соотношении 2 : 1 весовых частей, где порошок содержит (масс%):

полиэтилметакрилат 15-54,3; стронций-замещенный гидроксиапатит 15,0-40,0; перекись бензоила 0,7-3,0; полиметилметакрилат остальное

Жидкость содержит (масс%):

мономер этилметакрилат 14-84,5; N,N-бис-(2-гидроксиэтил)-пара-толуидин 0,5-1,5; мономер метилметакрилат остальное