Остеокондуктивное и остеоиндуктивное биокомпозиционное покрытие имплантов для ускорения консолидации переломов животных Российский патент 2024 года по МПК A61K31/43 A61K31/513 A61K47/06 A61K47/34 A61L27/32 A61L27/34 A61L27/54 A61F2/28 A61P19/00 

Изобретение относится к области фармацевтики и ветеринарной медицины, касается способа получения и метода нанесения на импланты остеокондуктивного и остеоиндуктивного покрытия для ускорения консолидации костной ткани и позволяет обеспечивать благоприятное взаимодействий поверхности импланта с костной и внутрикостной тканью животных.

Известен способ получения оксидного биосовместимого покрытия на чрескостных имплантатах из нержавеющей стали (RU 2412723 C1, МПК A61L 27/04, опуб. 27.02.2011). Получение данного покрытия на чрескостных имплантатах из нержавеющей стали (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т) осуществляют путем их оксидирования на воздухе при температуре 300-600°С, продолжительности 0,3-1,0 ч и атмосферном давлении среды с последующим постепенным охлаждением обработанных изделий в печи до температуры окружающей среды (20-30°С).

Данное биосовместимое покрытие имеет следующие недостатки:

1) Отсутствие биоинтеграции.

2) Отсутствие антибактериального воздействия.

Также известно термооксидное покрытие для титановых имплантатов, модифицированное ионами серебра (RU 2661619 C1, A61L 27/04, A61L 27/06, A61L 27/30, A61K 6/04, A61F 2/02, опуб. 17.07.2018). Данное термооксидное покрытие, состоит из смеси оксидов металлов (Cr, Ni, Fe, Ti), входящих в состав сплава, выполнено с содержанием ионов серебра при следующем соотношении компонентов: смесь оксидов металлов (Cr, Ni, Fe, Ti), входящих в состав сплава: от 94 до 97%, ионы серебра: от 3 до 6%. Покрытие для имплантатов обладает антисептическими свойствами.

Данное термооксидное покрытие имеет следующие недостатки:

1) Необходима фрезерная обработка имплантатов для получения резьбы с последующей пескоструйной обработки для очистки от стружки и грязи.

2) Необходимо использование дорогостоящего специализированного оборудования (муфельная печь, инвентарь для проведения электрохимического осаждения серебра).

Также известен биоинтегрируемый композитный материал и способ формирования покрытия на изделиях медицинского назначения с использованием биоинтегрируемого композитного материала (RU 2535067 C1, A61L 31/10, A61L 31/16, А61С 8/00, опуб. 10.12.2014). Данный биоинтегрируемый композитный материал состоит из полимерного матрикса, функционального вещества, биологически активных веществ и растворителя. В качестве полимерного матрикса используется коллаген, в качестве функционального вещества - полиазолидинаммоний, модифицированный гидрат-ионами галогенов, в качестве биологически активного вещества - водная дисперсия субмикронных агрегатов флавоноидов, а в качестве растворителя используется вода при следующем соотношении компонентов, мас. %: коллаген 5-10; полиазолидинаммоний, модифицированный гидрат-ионами галогенов 0,5-4; водная дисперсия субмикронных агрегатов флавоноидов 0,5-1; вода остальное. При этом данное покрытие наносится методом погружения или напыления с последующей лиофильной сушкой однократно при температуре 3-5°С и при давлении 5×10^-1 Па.

Данный биоинтегрируемый композит и способ его нанесения имеет следующие недостатки:

1) Узкий спектр антибактериального воздействия на грамположительных и грамотрицательных бактерий.

2) Отсутствие в составе композита, компонентов ускоряющих процесс регенерации клеточной ткани.

Технической задачей является разработка остеокондуктивного, остеоиндуктивного и биокомпозиционного покрытия имплантов на основе гидроксиапатита, метилурацила, амоксициллина, полилактида.

Техническая задача решается тем, что для получения остеопластического покрытия растворяют в 50 мл хлороформа, при температуре окружающей среды в 22°С при непрерывном перемешивании, например, на магнитной мешалке, 1 гр. полилактида. Образуется густая суспензия прозрачного цвета. После полного растворения полилактида добавляют последовательно при непрерывном перемешивании метилурацил, гидроксиапатит и амоксициллин по 400 мг каждого компонента каждые 20 минут 5 раз. На выходе получаем молочного цвета суспензию. Стерильные хирургические импланты (спицы, винты, остеофиксаторы, накостные пластины) опускаем в полученный раствор 5 раз, по 10 секунд каждый, с интервалом в 2 минуты. Образуется тонкая пленка 1-1,5 мм, после, устанавливаем импланты с нанесенным слоем в штатив и оставляем при температуре окружающей среды в 22°С на 24-48 часов или проводим однократно лиофильную сушку при температуре 3-5°С при давлении 5⋅10^-1 Па в течение 30 минут.

Техническим результатом заявленного изобретения является разработка состава покрытия и способа его нанесения на импланты, что позволяет, в независимости от места и степени перелома, вносить и высвобождать действующие компоненты непосредственно в местах приложения, а благодаря их действиям - ускорять костную репарацию.

Биокомпозиционное покрытие содержит в качестве действующих веществ гидроксиапатит, метилурацил, амоксициллин, полилактид и хлороформ при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидроксиапатит 10-25, метилурацил 10-20, амоксициллин 20-30, полилактид 20-30, остальное - хлороформ. Биокомпозиционное покрытие не обладает токсичным, раздражающим и аллергизирующим действием.

Изобретение сокращает время, затрачиваемое на консолидацию переломов благодаря наличию остеокондуктивного, остеоиндуктивного, биосовместимого и антибактериального потенциала с полной биоинтеграцией.

Гидроксиапатит (ГА) - минеральный компонент костной структуры (50% в костной ткани и 96% в зубной эмали). В травматологии и ортопедии используется как матрица, возмещающая части разрушенной кости, так и составная часть покрытия имплантов, способствующая образованию новой кости.

Метилурацил (МУ) - фармацевтическая субстанция и лекарственное средство, ускоряющие процессы обновление структурных частей клеток, тканей и мышечных структур на различных ступенях организации живой материи (молекулярная, субклеточная, клеточная, тканевая, органная). МУ оказывает стимулирующее воздействие на лейко- и эритропоэз, а также механизмы иммунного ответа и фагоцитарной активности; обладает противовоспалительным и анальгезирующим действием.

Амоксициллин представляет собой аминобензиловый пенициллин, полусинтетический антибиотик широкого спектра действия, обладающий бактерицидным действием в результате ингибирования синтеза бактериальной клеточной стенки.

Полилактид представляет собой биоразлагаемый, биосовместимый, термопластичный, алифатический полиэфир, мономером которого является молочная кислота. В медицине используется для производства хирургических нитей и штифтов, а также в системах доставки лекарств.

Хлороформ представляет собой органическое химическое соединение с формулой CHCl₃, используется в качестве растворителя в фармакологической промышленности.

Заявленное изобретение иллюстрируется следующими фигурами и таблицами.

На фиг. 1 представлен общий вид (фотография) биокомпозитного остеопластического покрытия, нанесенного на имплантат (спица).

На фиг. 2 представлено интрамедуллярное введение импланта (спицы) с разработанным покрытием (фотография) в экспериментальное животное (кролик).

На фиг. 3 представлено проведение оценки острой токсичности покрытия на белых линейных мышах - орально при помощи желудочного зонда (фотография).

В таблице 1 представлены расчетные количества компонентов веществ, входящие в состав покрытия.

В таблице 2 представлены результаты изучения оценки аллергизирующих свойств биокомпозиционного покрытия имплантов на морских свинках.

В таблице 3 представлена оценка реакции кожи по классификации Magnusson и Kligman.

В таблице 4 представлены результаты сенсибилизирующего действия биокомпозиционного покрытия имплантов на морских свинках.

В таблице 5 представлены результаты скорости сращения экспериментального перелома до клинической консолидации при разном соотношении расчетных количеств компонентов веществ, входящих в состав покрытия.

Заявленное изобретение характеризуется следующими примерами, которые не ограничивают объем притязаний заявителя.

Пример 1. Получение остеокондуктивного и остеоиндуктивного биокомпозиционного покрытия имплантов для ускорения консолидации переломов животных.

Покрытие получают путем смешивания расчетных количеств, входящих в состав компонентов при постоянной температуре, с последующим нанесением на стерильные хирургические импланты до полного высыхания в окружающей среде или при лиофильной сушке, что отражено в таблице 1.

Установлено, что данное покрытие в высушенном виде имеет стабильную плотную форму (Фиг. 1), с отличной адгезии на имплантах, при этом не разрушается при механических воздействиях, возникающих при установке имплантов в костную ткань (Фиг. 2).

Пример 2. Оценка острой токсичности полученного покрытия.

Для определения острой токсичности был использовано покрытие, полученное по примеру 1.

Оценка острой токсичности остеокондуктивного и остеоиндуктивного, биокомпозитного покрытия проводилась на белых линейных мышах согласно ГОСТ 32644-2014.

Для проведения исследования заявленное покрытие измельчали до состояния тонкого порошка, который использовали для приготовления 10% суспензии на 1% растворе крахмала.

Исходя из входящих в состав покрытия лекарственных веществ предполагалось, что у препарата низкая токсичность, поэтому эксперимент начали с дозы 2000 мг/кг по действующему веществу в объеме 0,5 мл.

Контрольной группе из трех мышей орально при помощи желудочного зонда (Фиг. 3) вводили 1% водный раствор крахмала в том же объеме. Физиологических нарушений у данной группы мышей после введения не наблюдалось.

Мышам опытной группы (n=3), живой массой ≈21 г, биокомпозит вводили внутрижелудочно в дозе 2000 мг/кг, однократно. Спустя час появились первые признаки интоксикации: у подопытных наблюдалось учащенное и глубокое дыхание, 2 мыши сгруппировались и лежали в углу клетки, одна продолжала питаться. Спустя 24 часа клиническая картина интоксикации купировалась. Все опытные животные были активны, подвижны, хорошо принимали корм и практически не отличались от контрольных животных. Повторное тестирование 3-х животных было полностью идентично первому исследованию. Таким образом, заявленное покрытие, согласно классификации (ГОСТ 32644-2014), относится к 5-му классу в СГС.

Пример 3. Оценка аллергизирующих свойств заявленного покрытия на морских свинках.

Изучение аллергизирующего действия биокомпозиционного покрытия имплантов производился методом закрытых накожных аппликаций на морских свинках. Результаты представлены в таблице 2.

Объектом исследования служил разработанное нами биокомпозиционное покрытие имплантов.

Для проведения исследования заявленное покрытие измельчали до состояния порошка, который использовали для приготовления 50% суспензии на 1% растворе крахмала. Данную суспензию наносили на гигроскопичную марлевую подушечку.

Подбор животных в группы проводили методом «пар-аналогов», используя в качестве критерия массу тела. Индивидуальные значения массы тела морских свинок не отклонялись от среднего значения в группе более чем на 20%. Животных взвешивали на весах РА2102С (OHAUS).

Опытная группа морских свинок массой 350-400 г состояла из 10 животных, контрольная - массой 350-400 г, из 5 животных.

Изучение аллергизирующих свойств биокомпозита проводили методом закрытых накожных аппликаций для выявления гиперчувствительности замедленного типа в соответствии с «ГОСТ Р ИСО 10993-10-2009 Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 10. Исследования раздражающего и сенсибилизирующего действия» (таблица 3). Исследование проводили на 5 морских свинках массой 350-400 г для каждого препарата. За 2 дня до начала эксперимента шерсть в области левой верхней части спины тщательно выстригали. Пропитывали 50% суспензией биокомпозита на 1% растворе крахмала марлевую подушечку соответствующих размеров, прикладывали ее к выстриженному участку и фиксировали акклюзионной повязкой на 6 ч. Повторяли эту процедуру ежедневно три дня, четыре дня - перерыв. Данную процедуру проводили в течение трех недель.

Контрольным животным проводили все процедуры в том же режиме, используя при этом в качестве контрольного раствора инертный 1% раствор крахмала.

Через 14 дней после последней индукционной аппликации на выстриженный интактный участок кожи каждого животного опытной группы, фиксировали пропитанную 50% суспензией биокомпозиционного покрытия на 1% растворе крахмала, гигроскопичную марлевую подушечку. Удаляли фиксирующие приспособления и повязку через 6 ч.

Аллергизирующее действие оценивали через 24 ч после провокационной пробы. Предварительно проводили удаление шерсти у всех животных на отобранных участках и окружающей их коже.

Полностью обмывали теплой водой лишенную волос область и высушивали кожу полотенцем перед возвращением животных в клетки. Не менее, чем через 2 ч после описанной выше процедуры удаления шерсти, оценивали состояние исследуемых участков в соответствии с таблицей 2. Осмотр повторяли через 48 ч после провокационного воздействия.

О наличии сенсибилизации говорят в том случае, если у контрольных животных этот показатель менее 1 балла. Если оценка в баллах у контрольных животных равна 1 баллу или выше, то реакция кожи подопытных животных, которая превышает самую сильную реакцию, наблюдаемую в контроле, является результатом сенсибилизации.

Основным составляющим компонентом настоящих исследований была характеристика сенсибилизирующего действия биокомпозиционного покрытия имплантов, произведенная методом закрытых накожных аппликаций у морских свинок и представлена в таблице 4.

В результате проведенного эксперимента через 24 часа после провокационной пробы только у 2-х животных опытной группы было выявлено незначительное покраснение кожи в области аппликации. По истечении 48 часов данные изменения исчезали. У животных контрольной группы покраснение кожи через 24 часа после провокации отмечалось только у одной особи. Реакция кожи в опытной группе животных, как и в контрольной, была меньше 1.

Таким образом, согласно межгосударственному стандарту ГОСТ ISO 10993-10-2011 биокомпозиционное покрытие имплантов (биокомпозит) не обладает аллергизирующими свойствами.

Пример 4. Скорость консолидации экспериментального перелома до клинической консолидации при разном соотношении расчетных количеств компонентов веществ, входящих в состав покрытия.

В эксперименте использовали 20 беспородных собак обоего пола в возрасте до 1 года с массой тела 10±3,5 кг. Эксперименты на животных проводились в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР Материалом от 12.08.1977 г. № 755). В течении 30 суток до опытов прошли карантинные мероприятия, противопаразитарная обработка (Инспектор) и двукратная вакцинация с интервалом в 21 день (Эурикан DHPPi2L; DHPPi2RL). Рацион животных состоял из готового корма «Chappi». За сутки до хирургического вмешательства животных переводили на голодную диету, оставляя только воду.

Собакам первой (контрольной, n=5) и всем последующим группам с целью изучения оптимального соотношения расчетных компонентов биокомпозиционного покрытия для ускорения консолидации переломов животных под действием нейролептаналгезией 0,1% медитином (0,8 мл / 10 кг) и телазолом (20 мг/кг), с помощью хирургического долота и молотка, производилась кортикотомия лучевой кости в области средней трети диафиза, далее во всех группах вводилась интрамедуллярно спица (1,8 мм), но в опытных группах - с разработанным покрытием.

Спицы вводили с медиальной стороны, согласно стандартному анатомическому доступу к диафизу лучевой кости до уровня проксимального и дистального метафиза, а затем скусывали под основание, при этом мягкие окружающие ткани закрывали согласно стандартной методике ушития тканей. Импланты, введенные во внутрикостный канал, не извлекали на протяжении всего опыта.

Собакам второй (опытной, n=5) группы также производился экспериментальный перелом с последующим проведением остеосинтеза, но интрамедуллярная спица с разработанным остеопластическим биокомпозиционным покрытием при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидроксиапатит 10, метилурацил 10, амоксициллин 20, полилактид 20, остальное - хлороформ.

Собакам третьей (опытной, n=5) группы, с учетом аналогичного моделирования и последующего остеосинтеза, вводилась интрамедуллярная спица с разработанным остеопластическим биокомпозиционным покрытием при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидроксиапатит 25, метилурацил 20, амоксициллин 30, полилактид 20, остальное - хлороформ.

Собакам четвертой (опытной, n=5) группы, с учетом аналогичного моделирования и последующего остеосинтеза, вводилась интрамедуллярная спица с разработанным остеопластическим биокомпозиционным покрытием при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидроксиапатит 25, метилурацил 20, амоксициллин 30, полилактид 30, остальное - хлороформ.

При удалении интрамедуллярных спиц исследовали рентгенографию с проведением клинической пробы на сращение, при которой не определялось какой-либо патологической подвижности и болевого синдрома между фрагментами спустя 7-9 недель у 3 и 4 опытных группах, и 10-11 недель у контрольной и 2 опытной группах после оперативного вмешательства, так как к этому времени произошла консолидация. Удаление имплантов, у 3 и 4 опытной групп, производились спустя 60 дней, а в контрольной и 2 опытной группах спустя 75 - 80 дней после оперативного вмешательства (таблица 5).

Стоит отметить, что существенной разницы между 3 и 4 опытными группами не обнаружено, однако, в сравнении с контролем и 2 опытной группой, было зарегистрировано сокращение времени на сращение смоделированного перелома на 20-25%. Опытным путем определено оптимальное соотношении компонентов покрытия.

Таким образом, предпочтительно использовать покрытие при следующем соотношении компонентов, мас. %: гидроксиапатит 25, метилурацил 20, амоксициллин 30, полилактид 20, остальное - хлороформ, так как расходуется меньше материалов при достаточно высоком достижении конечного результата, то есть выбор этого материала оптимален.

Заявляемое изобретение является новым и промышленно применимым, так как может быть реализовано с использованием известных компонентов, обеспечивает высокое качество получаемого покрытия.

Изобретение относится к области фармацевтики и ветеринарной медицины, а именно к остеокондуктивному и остеоиндуктивному биокомпозиционному покрытию имплантов для ускорения консолидации переломов животных. Остеокондуктивное и остеоиндуктивное биокомпозиционное покрытие имплантов для ускорения консолидации переломов животных, содержащее в качестве действующих веществ гидроксиапатит, метилурацил, амоксициллин, полилактид и хлороформ в качестве растворителя, при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидроксиапатит – 10-25, метилурацил – 10-20, амоксициллин – 20, полилактид – 20-30, хлороформ – остальное. Указанное изобретение представляет собой состав покрытия для имплантов, позволяющий ускорять костную репарацию. 3 ил., 5 табл., 4 пр.

Остеокондуктивное и остеоиндуктивное биокомпозиционное покрытие имплантов для ускорения консолидации переломов животных, содержащее в качестве действующих веществ гидроксиапатит, метилурацил, амоксициллин, полилактид и хлороформ в качестве растворителя, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гидроксиапатит 10-25 Метилурацил 10-20 Амоксициллин 20 Полилактид 20-30 Хлороформ Остальное