НАНОБИОКОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ КОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ И СТИМУЛЯЦИИ РЕГЕНЕРАЦИИ Российский патент 2024 года по МПК A61K33/06 A61K31/717 A61K31/734 A61K31/198 A61K6/822 A61L27/12 A61L27/20 

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано в хирургии при заполнении дефектов костной ткани челюстей при проведении реконструктивной хирургии в полости рта.

Дефекты костной ткани могут возникать после стоматологических оперативных вмешательств и их осложнений, а также в результате хронических деструктивных процессов.

Актуальной проблемой современной медицины является регенерация костной ткани при ее патологической деструкции. Решение такой задачи связано с созданием оптимальных условий для повышения восстановительного потенциала очага поражения.

Остеопластические материалы широко используются при заполнении дефектов в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии. При этом важная роль принадлежит свойствам неорганического наполнителя, которые зависят от его химического состава, источника получения и способа синтеза. Получение гидроксиапатита из природного материала имеет ряд преимуществ перед синтетическим материалом, поскольку сохраняется ценный микроэлементный и фазовый составы, максимально приближенные к составу кости человека.

Многолетний клинический опыт применения костнозамещающих материалов определил основные предъявляемые к ним требования:

- имплантационные материалы должны быть биосовместимыми с организмом реципиента;

- по химическому составу, структуре и свойствам должны быть близки к составу костных тканей;

- материал не должен изменять химический состав в зоне контакта с организмом;

- материал должен обладать способностью замещения дефектов в жидком или вязкотекущем состоянии сложной анатомической формы, неоднородных по строению и структуре.

По результатам проведенного информационного поиска были отобраны для последующего анализа следующие патенты.

Известен материал для заполнения костных челюстно-лицевых и стоматологических дефектов (RU 2292867). Материал выполнен на основе реакционно-твердеющей смеси порошков, содержащей гидроксиапатит и дикальций фосфат, трикальций фосфат, а в качестве затворяющей жидкости используют раствор фосфата магния и фосфата калия в фосфорной кислоте при определенном количественном содержании их в затворяющей жидкости, при этом количество затворяющей жидкости к количеству реакционно-твердеющей смеси составляет (г): 0,25-0,65. Недорогие исходные компоненты и высокая прочность позволяют широко использовать данный материал для корреляции фрагментов альвеолярного отростка, закрытия полостей в костных тканях и лечения различных трещин травматического генеза.

Получают известный материал следующим образом: порошки гидроксиапатита, дикальций фосфата и трикальций фосфата смешивают в вибромельнице корундовыми шарами в течение 20 мин. Полученную реакционно-твердеющую смесь смешивают с затворяющей жидкостью (40 мас. % фосфата магния и 40 мас. % фосфата калия, фосфорной кислоты 12 мас. %, 8 мас. % воды). Смешение проводят в течение 1-2 мин металлическим шпателем на стекле до сметаноподобного состояния, после чего смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 0,8 см. По истечении нескольких минут отформованный образец вынимают и помещают в термостат при температуре 37°С и относительной влажности 100%. Через 24 ч отвержденный образец имеет прочность на сжатие 110 МПа.

Однако данный материал не обладает необходимым комплексом таких свойств, как биосовместимость,биоактивность, остеоиндуктивными и остеокондуктивными свойствами.

Известен остеопластический материал состоящий хитозан-альгинатного комплекса, содержащего 2% аскорбат хитозана молекулярной массы 100-700 кДа и степени дезацетилирования 95-98%, включающий в расчете на 1 г сухого аскорбата хитозана 5-100 мг хондроитинсерной кислоты, 10-100 мг гиалуроновой кислоты, 2,5-5 мг гепарина, 11-220 мкг сывороточного фактора роста крупного рогатого скота, 4% альгинат натрия в соотношении хитозан: альгинат натрия 1:1 (RU 2311181). Недостатком комплекса является недостаточная адгезия материала к стенам костного дефекта.

Известен биосовместимый костнозамещающий материал (RU 2494721), имеющий сквозные поры 0,7-100 мкм и общую пористость 50-85%, на основе реакционно-твердеющей смеси порошков биологического гидроксиапатита с размерами частиц не более 40 мкм и фосфата магния с размером частиц не более 40 мкм, содержащей 2-амино-5-гуанидиновалериановую кислоту, и затворяющей жидкости, содержащей раствор хитозана в янтарной кислоте и водный раствор альгината натрия, и отверждаемый непосредственно перед применением с помощью отвердителя хлорида кальция.

Актиоксидантная активность нанодисперсного CeO₂ (НДЦ) обеспечивает его способность оказывать защитное действие живых систем от активных форм кислорода (АФК). Необходимый уровень АФК в организме регулируют ферменты; в случае дисбаланса между продукцией АФК и концентрацией ферментов возникает окислительный стресс.

Нанодисперсный диоксид церия способен выступать не только в роли редокс-активных ферментов, но и в роли фермента фосфатазы. В частности, диоксид церия катализирует расщепление эфирной связи в органических эфирах фосфорной кислоты. Начальная скорость реакции зависит от рН среды и увеличивается с его уменьшением.

Способность нанодисперсного СеО₂ выполнять функции энзимов представляет несомненную перспективу при купировании всевозможных патологических процессов, связанных прежде всего с окислительным стрессом. Так, наночастицы диоксида церия ускоряют заживление ран за счет снижения окислительного повреждения мембран и белков, повышают пролиферацию и миграцию фибробластов, кератиноцитов и эндотелиальных клеток сосудов.

Технической задачей заявленного изобретения является значительная стимуляция регенеративных процессов в костной ткани челюстей после проведения хирургических вмешательств, связанных с потерей объема костной ткани.

Техническим результатом заявленного изобретения является получение остеопластичного материала. После заполнения им дефектов костной ткани в процессе отверждения образует материал, являющийся аналогом неорганической составляющей костной ткани, обладающего биосовместимостью, биоактивностью, остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами, благодаря чему он перерабатывается организмом в натуральную костную ткань, эффективно восстанавливая имеющиеся дефекты.

Технический результат достигается при использовании биосовместимой костнозамещающей пластической конструкции, для восполнения костных дефектов с повторением формы, состоящая из наполнителя в виде смеси наноструктурированного гидроксиапатита и нанодисперсного диоксида церия при массовом соотношении 0,65:0,15 с добавлением инициатора в виде водной суспензии 0,5М L-альфа,бета-диаминовалериановой кислоты, массовой долей 0,2 с последующим высушиванием в вакуумной печи при температуре 50°С в течение 1 часа, добавлением к полученной сухой смеси, затворяющей жидкости в виде суспензии целлюлозы (СЦ) в концентрации 0,1% в 5% растворе щавелевой кислоты и 3% раствора альгината калия (АК) в массовом соотношении 0,4:1, массовая доля затворяющей жидкости в конструкции при этом составляет 0,2:1, с последующим добавлением отвердителя в виде 10% раствора хлорида натрия с массовой долей 0,1.

Перечень фигур

Фиг. 1 - Гистотопограмма поперечного сечения челюсти кролика на 45 сутки эксперимента со стороны сравнения: выраженные линии границ остеонов, окруженных большим числом остеобластов (стрелки)

Фиг. 2 - Гистотопограмма поперечного сечения челюсти кролика на 45 сутки со стороны эксперимента: формирование костных балок, окруженных большим числом остеобластов (черные стрелки) и остеокластов (желтые стрелки).

Пример 1. Получение биокомпозиции (см. табл. 1)

Для получения биоконструкции использовали наноструктурированный гидроксиапатит (нГА) с размером частиц 1-50 нм, нанодисперсный диоксид церия (нДиоксид церия) с размером частиц 2-5 нм при массовом соотношении 0,65:0,15. К полученной смеси добавляли инициатор - водную суспензию 0,5М L-альфа,бета-диаминовалериановой кислоты (орнитин) массовой долей 0,2 с перемешиванием в центрифуге на низких оборотах 100 об/мин в течение 30 мин. Затем полученную смесь высушивали в вакуумной печи при температуре 50°С в течение 1 часа. Предварительно готовили затворяющую жидкость (ЗЖ) на основе целлюлозы в концентрации 0,1% в 5% растворе щавелевой кислоты и 3% раствора альгината калия при массовом соотношении 0,4:1.

Затворяющую жидкость добавляли в порошок, полученный после высушивания смеси наногидроскиагшатита и надисперсного диоксида церия в орнитине, при массовом соотношении 0,2 (ЗЖ): 1 (наполнитель) непосредственно перед применением, интенсивно перемешивая с помощью лабораторной мешалки в течение 1,5 мин до получения пластической массы, из которой можно сформировать конгломерат для заполнения костного дефекта с учетом размера и формы дефекта. После этого, непосредственно перед внесением в полость дефекта в полученную пластичную массу для окончательного отверждения в толщу конструкции добавляется 10% раствор хлорида натрия с помощью шприца непосредственно при массовом соотношении 1:0,2. Внесение 10% раствора хлорида натрия обеспечивает постепенную кристаллизацию конструкции непосредственно в полости дефекта в течение 10 мин.

Пример 2. Использование предлагаемой биокомпозиции (см. табл. 2)

Данную биокомпозицию использовали для замещения костных дефектов челюстей, смоделированных у лабораторных животных, с помощью бора. Под анестезией лабораторным животным проводили препарирование костной ткани челюсти, создавая полость размером 5×5 мм, с последующим заполнением новой биокомпозицией на основе нанодисперсного диоксида церия с одной стороны (эксперимента) и с заполнением остеопластическим материалом с другой стороны (сравнения), с последующим наблюдением в течение 45 суток. Животных выводили из эксперимента на 15, 25, 35, 45 сутки с последующим проведением морфологического и морфометрического анализа. Количественный анализ проводили по количеству остеобластови остеокластов с помощью программного обеспечения AXIOVISION REL 4.6 -автоматически программой измерений (Carl Zeiss).

На 45 сутки эксперимента со стороны дефекта, заполненного гранулированным остеопластическим материалом морфологически в толще губчатой кости отмечалось очаговое формирование костных балок, образующих участок компактной костной ткани, с выраженными линиями границ остеонов, окруженных большим числом остеобластов с единичными остеокластами, а также встречающиеся гранулемо-подобные структуры (Фиг. 1). Со стороны с внесением в полость дефекта новой биоконструкции на основе нанодисперсного диоксида церия, главным гистологическим отличием являлось очаговое формирование костных балок, окруженных большим числом остеобластов и остеокластов, отсутствие гранулемо-подобных структур (Фиг. 2). На всех этапах эксперимента морфометрический анализ показал существенное увеличение количества остеобластов и остеокластов в группе эксперимента (табл. 2), что говорит о значительной стимуляции регенеративных процессов в костной ткани, процессов ремоделирования костной ткани, отсутствии воспаления, что свидетельствует о биоинертности новой биоконструкции и наличие противовоспалительных эффектов за счет нанодисперсного диоксида церия.

Необходимо отметить, что к 45 суткам на месте дефекта сформировалась костная ткань идентичная по своим морфологическим характеристикам костной ткани челюсти кролика с наличием полноценного губчатого слоя и компактной пластинки.

Изобретение относится к области регенеративной медицины, а именно к биосовместимой костнозамещающей пластической конструкции. Биосовместимая костнозамещающая пластическая конструкция для восполнения костных дефектов с повторением формы состоит из наполнителя в виде смеси наноструктурированного гидроксиапатита и нанодисперсного диоксида церия при массовом соотношении 0,65:0,15 с добавлением инициатора в виде водной суспензии 0,5М L-альфа,бета-диаминовалериановой кислоты массовой долей 0,2 с последующим высушиванием в вакуумной печи при температуре 50°C в течение 1 часа, добавлением к полученной сухой смеси затворяющей жидкости с получением пластичной массы, при этом затворяющая жидкость представляет собой суспензию целлюлозы в концентрации 0,1% в 5% растворе щавелевой кислоты и 3% раствора альгината калия в массовом соотношении 0,4:1, массовая доля затворяющей жидкости к сухой смеси составляет 0,2:1, с последующим добавлением отвердителя в виде 10% раствора хлорида натрия к пластической массе при массовом соотношении 0,2:1. Вышеописанное изобретение позволяет получить остеопластичный материал, который эффективно восстанавливает костные дефекты. 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Биосовместимая костнозамещающая пластическая конструкция для восполнения костных дефектов с повторением формы, состоящая из наполнителя в виде смеси наноструктурированного гидроксиапатита и нанодисперсного диоксида церия при массовом соотношении 0,65:0,15 с добавлением инициатора в виде водной суспензии 0,5М L-альфа,бета-диаминовалериановой кислоты массовой долей 0,2 с последующим высушиванием в вакуумной печи при температуре 50°C в течение 1 часа, добавлением к полученной сухой смеси затворяющей жидкости с получением пластичной массы, при этом затворяющая жидкость представляет собой суспензию целлюлозы в концентрации 0,1% в 5% растворе щавелевой кислоты и 3% раствора альгината калия в массовом соотношении 0,4:1, массовая доля затворяющей жидкости к сухой смеси составляет 0,2:1, с последующим добавлением отвердителя в виде 10% раствора хлорида натрия к пластической массе при массовом соотношении 0,2:1.