СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ВОСПОЛНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ Российский патент 2024 года по МПК A61L27/12 A61L27/36 

Изобретение относится к медицине, а именно к созданию твердых тканей на основе гидроксилапатита кальция, которые могут быть использованы как при лечении, так и при протезировании дефектов костной ткани как врождённых, так и приобретенных при заболеваниях.

Известен способ формирования костной ткани (патент RU №2053733, А61L27/00, 29.04.1992), в соответствии с которым в коллагеновый матрикс, помещенный в жидкую среду между разноименными электродами, вводят ионы кальция (Ca²⁺) с одной стороны, а с другой стороны фосфат-иона (PO₄)^3- и гидроксида (OH^-), полученное вещество потом осаждается на коллагеновой основе.

К недостаткам данного способа следует отнести то, что при пропускании электрического тока одновременно происходит электролиз раствора соли кальция, в результате которого образуется кислота, что связано с появлением в растворе ионов водорода (H⁺). Это приводит к изменению pH (со стороны ионов кальция до pH = 1,5 - 2,0 и со стороны фосфат-ионов до pH = 5,5 - 6,0). Вместе с ионами кальция (Ca²⁺) ионы водорода (H⁺) диффундируют в коллаген и частично растворяют образующийся гидроксиапатит. Происходит реакция, обратная образованию соли:

Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆ + 2H⁺ = 10Ca²⁺ + 6PO₄^3- + 2H₂O.

Поэтому равномерного образования солевого компонента во всем объеме имплантата не происходит. Кроме того, образуются побочные продукты, снижающие биологическую эффективность получаемого материала.

Известен способ формирования костной ткани на основе фосфата кальция (гидроксилапатита) (патент RU №2174848, A61L27/00, 20.10.2001), согласно которому коллагеновый матрикс помещают в жидкую среду между разноименными электродами. Электроды с одной стороны омываются раствором, содержащим ионы кальция (Ca²⁺), а с другой стороны - раствором, содержащим ионы фосфата (PO₄^3-) и гидроксида (OH^-). При этом происходит реакция:

10Ca²⁺ + 6PO₄^3- + 2OH^- = Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆ .

Образующийся гидроксилапатит кальция осаждается на коллагеновой основе. Для нейтрализации ионов водорода (H+), которые также образуются в результате электролиза, в раствор соли кальция вводят гидроксид кальция

(Ca(OH)₂) в избытке относительно основного компонента при постоянном перемешивании.

В качестве недостатков можно отнести то, что коллагеновая основа берётся из отходов мясо-молочного производства: шкуры и кости крупного рогатого скота, который подвержен энцефалопатии (коровье бешенство), что с одной стороны контролируется, и больных животных не используют в производственном процессе, а с другой стороны возможность попадания возбудителя остается.

Задача изобретения – создание эффективного материала для восполнения дефектов биологических тканей, например, костных, тканей паренхиматозных органов, периферического нервного волокна.

Технический результат заявляемого изобретения – получение имплантационного материала на основе альгината кальция, который не увеличивается в объеме после его имплантации в область дефекта ткани, доступность исходного сырьевого компонента - ламинарии для получения гидроксилапатита кальция, простота процесса формирования гидроксилапатита кальция на волокнах ламинарии или её помоле.

Указанный технический результат в способе получения материала для восполнения дефектов биологических тканей достигается тем, что на листах или помоле ламинарии в результате диффузии ионов осаждается гидроксилапатит кальция, для этого в одну камеру для диффузии ионов помещают хлорид кальция, а в другую камеру помещают дигидрофосфат аммония, при этом между камерами размещают листы или помол ламинарии. Образование гидроксилапатита происходит за счет встречной диффузии ионов: 10Ca²⁺ + 6PO₄^3- +2OH^- = Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆. После сушки, помола и стерилизации ламинарии с осажденным на ней гидроксилапатитом кальция, получают имплантационный материал.

Новизна способа заключается в том, что вместо коллагеновых волокон, требующих специальной подготовки и извлечения из биологических тканей животных, используется ламинария. Ламинария, в которой альгинат содержится до 40%, сразу создаёт основу для осаждения кристаллов гидроксилапатита кальция.

Как показывают исследования, использование материала на основе гидроксилапатита кальция, произведенного на базе ламинарии, не происходит увеличения его объёма за счёт гидратации после его имплантации в твёрдые биологические ткани, что также является несомненными преимуществом против коллаген-апатитового материала.

На практике способ получения материала для восполнения дефектов биологических тканей осуществляют следующим образом. Листы ламинарии или их помол помещают в среду между двух камер для диффузии ионов Ca²⁺ - с одной стороны и ионов PO₄^3- + OH^- - с другой стороны. Для подавления гидролиза хлорида кальция в камеру добавляют эквивалентное количество оксида магния (МgO). В случае встречной диффузии ионов Ca²⁺ с одной стороны и ионов PO₄^3- + OH^- - с другой стороны, могут образовываться такие вещества, как Са(ОН)₂ , СаНР0₄, Са_З(Р0₄)₂, это могло бы вызвать некроз биологических тканей. Но все они, в конечном итоге, превращаются в Са₁₀(ОН)₂(Р0₄)₆, т.е. нерастворимый гидроксилапатит кальция, поэтому некроз тканей не происходит. Именно гидроксилапатит кальция является основой для получения материала для восполнения дефектов биологических тканей, поэтому он является обязательным элементом (компонентом) имплантационного материала.

За счёт самопроизвольной диффузии ионов Ca²⁺ (или электрофореза) на листах или помоле ламинарии и ионов PO₄^3- + OH^-, раствора из другой камеры, происходит образование кристаллов гидроксилапатита кальция нанометрических размеров (43-45 нм) во всём объёме окна между камерами. В растворе с ионом кальция доводят до рН=11, в растворе с фосфат–ионом и добавлением раствора 25% аммиака доводят до рН = 10 – 11. Стабилизация рН обеспечивает максимальное приближение свойств получаемого материала к свойствам нативной кости за счёт нейтрализации образующихся при гидролизе (или электролизе) Н⁺, что способствует равномерному распределению солевого компонента во всём пространстве ламинарии. Алгоритм работы с камерами: 1) в камерах обеспечивают требуемое значение рН; 2) прохождение процесса до 10 или до 20 часов (в зависимости от контакта ионов: диффузии или электрофореза); 3) сушка полученного продукта при температуре 30 – 35 ⁰С.

Полученный таким образом имплантационный материал для восполнения дефектов биологических тканей в виде гидроксилаппатита кальция и ламинарии, стерилизуют гамма-излучением при нагрузке 25 кГрей и получают материал готовый к имплантации.

Данные по растворимости соединений, которые могут образоваться из участвующих ионов (в диффузии между камерами: Ca²⁺ + PO₄^3- + OH^-), приводятся в виде произведения растворимости:

ПРСа(ОН)₂ = 2,5⋅10^-2 ,

ПРСаНРО₄ = 2,3⋅10^-7,

ПРСа_З(РО₄)₂ = 2,0⋅10^-29 ,

ПРСа₁₀(ОН)₂(Р₄)₆ = 2,2⋅10^-118 гидроксилапатит

Исходя из произведений растворимости, видно, что самым нерастворимым является гидроксилапатит кальция, поэтому именно он и образуется в конечном счёте, что может быть подтверждено данными рентгено-фазового анализа.

На Фиг. 1 представлен график данных рентгено-фазового анализа отдельных компонентов и образца материала для восполнения дефектов биологических тканей, где 1 – это линия ламинарии (некристаллического биополимера), 2 – линия гидроксилапатита кальция, 3 – линия ламинарии и гидроксилапатита - материала для восполнения дефектов биологических тканей.

Преимуществом способа является то, что полученный материал для восполнения дефектов биологических тканей не увеличивается в объеме при имплантации, что очень важно в хирургии; процесс получения материала прост в исполнении; сокращение количества операций для его получения ускоряет формирование материала. В значительной степени осуществляется безопасность материала для введения его в биологическую систему, т.к. исходные вещества (ламинария) не подвержены ни гепатиту С, ни вич-инфекции, ни другим инфекционным болезнетворным организмам (например, ковиду).

Пример реализации способа 1.

Пример реализации способа 2.

Изобретение относится к медицине. Раскрыт способ получения материала для восполнения дефектов биологических тканей путем взаимодействия ионов и получения гидроксилапатита кальция, в котором в одну из камер для взаимодействия ионов помещают хлорид кальция, в другую – дигидрофосфат аммония, а между камерами размещают листы или помол ламинарии, на которых в результате диффузии ионов или электрофореза осаждается гидроксилапатит кальция Са₁₀(ОН)₂(РО₄)₆, а после сушки, помола и стерилизации получают имплантационный материал. Изобретение обеспечивает получение имплантационного материала на основе альгината кальция, который не увеличивается в объеме после его имплантации в область дефекта ткани, доступность исходного сырьевого компонента – ламинарии, простоту процесса формирования гидроксилапатита кальция на волокнах ламинарии или её помоле. 1 ил., 2 табл., 2 пр.

Способ получения материала для восполнения дефектов биологических тканей путем взаимодействия ионов и получения гидроксилапатита кальция, отличающийся тем, что в одну из камер для взаимодействия ионов помещают хлорид кальция, в другую – дигидрофосфат аммония, а между камерами размещают листы или помол ламинарии, на которых в результате диффузии ионов или электрофореза осаждается гидроксилапатит кальция Са₁₀(ОН)₂(РО₄)₆, а после сушки, помола и стерилизации получают имплантационный материал.