Биоактивное покрытие на основе гидроксиапатита для восстановления костной ткани Российский патент 2024 года по МПК A61L27/54 A61L27/32 

Изобретение относится к области композиционных биологически активных медицинских материалов, предназначенных для нанесения в виде покрытий на имплантаты любой природы, используемые в хирургии при восстановлении и лечении костной ткани.

Известен гранулированный материал на основе гидроксиапатита Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂, содержащий 3-4.5 масс. % желатина, полученный обработкой порошка кристаллического гидроксиапатита состава Са10(PO₄)6(ОН)2 водным раствором желатина с последующей сушкой, при этом слой порошка гидроксиапатита, равномерно распределенный по поверхности чаши вибрационной установки, орошают 13-17%-ным водным раствором желатина при массовом соотношении порошка гидроксиапатита и 13-17%-ного водного раствора желатина, равном 3-5:1, и осуществляют обработку полученной смеси в условиях вибрации с частотой 200-300 с^-1 в течение 10-15 мин (патент RU 2753529; МПК C01B 25/32, A61K 6/838, A61L 27/12; 2021 год).

Однако орошение поверхности кристаллического порошка гидроксиапатита водным раствором желатина с последующей вибрационной обработкой в процессе получения материала ведет к неравномерному распределению желатина по поверхности и объему получаемых гранул, что в дальнейшем ухудшает адгезию.

Известно биоактивное покрытие на основе гидроксиапатита, полученное сушкой в вакууме мелкодисперсной суспензии гидроксиапатита, приготовленной путем механической гомогенизации и измельчения гидроксилапатита в жидкой дисперсионной среде, включающей воду, этиловый спирт, диметилсульфид или глицерин, в погружной бисерной мельнице шарами из циркониевой керамики, при массовом отношении обрабатываемой смеси/шары от 1/2 до 1, в течение 1-1,5 часов при частоте вращения ротора бисерной мельницы 500 об/мин (патент RU 2780217; МПК C01B 25/32; B02C 17/10; 2022 год).

Недостатком известного биоактивного покрытия на основе гидроксиапатита, полученного с использованием измельчения гидроксиапатита в жидкой среде, является строгий контроль за соблюдением параметров процесса, поскольку при отклонении их значений наблюдаются негативные последствия при проведении процесса. Кроме того, использование мелющих шаров может привести к загрязнению конечного продукта цирконием.

Известен пористый гранулированный материал на основе гидроксиапатита, волластонита и желатина, взятых в пропорции 1:1.25-2, полученный обработкой исходной суспензии в емкости с растительным маслом с температурой около 0°С при перемешивании со скоростью 800-900 об/мин с последующей фильтрацией сформировавшихся гранул и отмывкой их от масла этиловым спиртом. Сферические гранулы характеризуются размерами от 200 мкм до 5 мм, открытой пористостью порядка 50%, микротвердостью не менее 17 HV и содержанием не более 20 масс. % желатина. (патент RU 2785143; МПК A61K 9/16; A61L 27/10; A61L 27/12; A61L 27/40; A61L 27/46; C04B 35/16; 2022 год).

Недостатками известного материала является низкая микротвердость и низкая адгезия, поскольку он содержит желатин только в виде пленки на поверхности гранул, что обусловлено способом его получения.

Известно биоактивное покрытие для восстановления костных тканей, содержащее гидроксиапатит или фторапатит с размером частиц не более 10 мкм и 5-10 масс. % водный раствор желатина, взятые в определенных соотношениях. (патент RU 2717676; МПК 61L27/12, A61L27/44, A61L27/50, A61L31/00; 2020 год) (прототип).

Недостатком известного материала являются невысокие значения микротвердости (12-22 МПа) и адгезии при его нанесении на поверхность имплантата (~ 46 МПа).

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав композиционного биоактивного покрытия, характеризующегося высокими значениями адгезионной способности и микротвердости.

Поставленная задача решена в составе композиционного биоактивного покрытия для восстановления костной ткани на основе гидроксиапатита, содержащего желатин, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит синтетический цеолит при следующем соотношении компонентов (мас. %):

гидроксиапатит 73 ÷ 74 синтетический цеолит 14 ÷ 18 желатин 9 ÷ 12

В настоящее время из патентной и научно технической литературы не известен биоматериал на основе гидроксиапатита с добавлением цеолита, наносимый на имплантаты в виде суспензии в водном растворе желатина, содержащий компоненты в предлагаемых пределах.

В ходе исследований, проведенных авторами, с целью разработки состава биоактивного покрытия для восстановления костных тканей, обеспечивающего повышение значений микротвердости и адгезионной способности покрытия, было установлено, что добавление синтетического цеолита в состав покрытия наряду с содержанием в его составе гидроксиапатита и желатина обеспечивает повышение микротвердости в среднем до 30 МПа (прототип - не более 22 МПа) и адгезии в среднем до 60 МПа (прототип - около 46 МПа). Кроме того, поскольку цеолит - это гидратированный микропористый алюмосиликат, основными компонентами которого являются оксиды алюминия и кремния, наличие этих оксидов обусловливает дополнительный положительный эффект использования цеолита в составе покрытия. Так, благодаря твердости и биоинертности оксида алюминия он оказывает влияние на уровень микротвердости покрытия, повышая ее значения. Оксид кремния, в свою очередь, способствует устранению дисбаланса биологически активных веществ в организме, коррекции обменных процессов и иммунного статуса, улучшению липидного обмена, таких как уровень холестерина, триглицеридов и общих липидов. При этом существенным являются пределы содержания компонентов покрытия. Так, при содержании гидроксиапатита более 74 масс. %, а цеолита - менее 14 масс. % наблюдается снижение твердости композита. При содержании гидроксиапатита менее 73 масс. %, а цеолита - более 18 масс. % также наблюдается снижение твердости. Существенное влияние на свойства покрытия оказывает и содержание желатина: при содержании более 12 масс. % наблюдается ухудшение равномерности покрытия, при содержании менее 9 масс. % наблюдается снижение адгезии и равномерность покрытия также ухудшается.

Предлагаемое покрытие может быть получено следующим образом: исходные компоненты - гидроксиапатит состава Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ и синтетический цеолит состава Na₂A_l2Si₃O₁₀⋅2H₂O⋅Ca₃A_l2(SiO₄)₂ (патент RU 2787819) (мас. % в пересчете на конечный продукт): гидроксиапатит - 73÷74; цеолит - 14÷18, совместно помещают в мельницу, измельчают до размера частиц менее 128 мкм, полученный биологически-активный реминерализирующий материал заливают 10-15% водным раствором желатина (9-12 масс. % в пересчете на конечный продукт) до соотношения Т:Ж=1:1 при температуре 60-80°С, а затем наносят методом погружения имплантата в полученную суспензию. Далее покрытие сушат на воздухе в течение 24 часов при комнатной температуре. Срез покрытия (внешний вид) представлен на фиг.1. Состав покрытия аттестован рентгенофазовым анализом. Микротвердость покрытия определялась микротвердомером ПМТ-3М (нагрузка 0,98 Н (10 г), время нагружения - 10 с), пористость измерялась методом БЭТ, прочность сцепления биоактивного реминерализирующего покрытия с имплантатом определяли методом центробежного отрыва (центрифуга CM-6M, ELMI; центростремительное ускорение 500 м/c²). По полученным методом центробежного отрыва данным рассчитывалась адгезионная прочность покрытий на пористых титановых матрицах в соответствии с формулой:

P_a=F_центр./S = m ω²⋅r/S, где

P_a - адгезионная прочность, H/м²;

m - масса покрытия, кг;

ω - угловая скорость вращения в момент разрыва, с^-2;

r - расстояние от центра масс до оси вращения центрифуги, м;

S - площадь контакта покрытия и подложки, м².

На фиг. 1 изображен внешний вид (срез) биоактивного покрытия предлагаемого состава (пример 1), полученный с помощью СЭМ.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Берут 74 грамм порошка гидроксиапатита состава Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, 14 грамм порошка синтетического цеолита состава Na₂A_l2Si₃O₁₀∙2H₂O⋅Ca₃A_l2(SiO₄)₂, помещают в мельницу и ведут размол до размера частиц менее 128 мкм, крупные частицы, отделенные просеиванием через соответствующее сито, повторно измельчают, до достижения однородности реминерализующей смеси. Полученный композиционный порошок заливают теплым, с температурой 60°С, свежеприготовленным 10% -ным водным раствором желатина (12 грамм), и перемешивают до полной однородности суспензии при соотношении Т:Ж=1:1. В полученную суспензию погружают имплантат в виде заготовки из пористого титана, пропитывают в течение 1-2 минут и высушивают при комнатной температуре 24 часа. По данным исследований покрытие состава, масс. %: гидроксиапатит - 74; синтетический цеолит - 14; желатин - 12; имеет микротвердость 29 МПа, удельную поверхность 10.1 м²/г, объем пор 0.000008 см³/г, прочность сцепления (адгезия) 57.5 МПа.

Пример 2. Берут 73 грамм порошка гидроксиапатита состава Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, 18 грамм порошка синтетического цеолита состава Na₂A_l2Si₃O₁₀∙2H₂O⋅Ca₃A_l2(SiO₄)₂, помещают в мельницу и ведут размол до размера частиц менее 128 мкм, крупные частицы, отделенные просеиванием через соответствующее сито, повторно измельчают, до достижения однородности реминерализующей смеси. Полученный композиционный порошок заливают теплым, с температурой 60°С свежеприготовленным 10%-ным водным раствором желатина (9 грамм) и перемешивают до полной однородности суспензии Т:Ж=1:1. В полученную суспензию погружают имплантат в виде заготовки из пористого титана, пропитывают в течение 1-2 минут и высушивают при комнатной температуре 24 часа. По данным исследований покрытие состава, масс. %: гидроксиапатит - 73; синтетический цеолит - 18; желатин -9; имеет микротвердость 35 МПа, удельную поверхность 10.13 м²/г, объем пор 0.000008 см³/г, прочность сцепления (адгезия) 60.2 МПа.

Пример 3. Берут 74 грамм порошка гидроксиапатита Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, 16 грамм порошка синтетического цеолита Na₂A_l2Si₃O₁₀⋅2H₂O·Ca₃A_l2(SiO₄)₂, помещают в мельницу и ведут размол до размера частиц менее 128 мкм, крупные частицы, отделенные просеиванием через соответствующее сито, повторно измельчают, до достижения однородности реминерализующей смеси. Полученный композиционный порошок заливают теплым, с температурой 60°С свежеприготовленным 15% ным водным раствором желатина (10 грамм), и перемешивают до полной однородности суспензии Т:Ж=1:1. В полученную суспензию погружается имплантат в виде заготовки из пористого титана, пропитывается в течение 1-2 минут и высушивается при комнатной температуре 24 часа. По данным исследований покрытие имело микротвердость 32 МПа, удельную поверхность 10.14 м²/г, объем пор 0.000008 см³/г, прочность сцепления (адгезия) 55.8 МПа.

Таким образом, авторами предлагается биологически-активный реминерализующей композиционный материал покрытия, обладающего повышенной адгезией на поверхности имплантатов, малой пористостью и высокой твердостью, обеспечивающий высокую биосовместимость с костной тканью и дополнительно содержащий полезные минеральные добавки.

Изобретение относится к биоактивному покрытию на основе гидроксиапатита для восстановления костной ткани. Указанное покрытие содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: гидроксиапатит 73-74, синтетический цеолит 14-18, желатин 9-12. Обеспечивается повышенные микротвердость и адгезия указанного покрытия с поверхностью имплантатов. 1 ил., 3 пр.

Биоактивное покрытие на основе гидроксиапатита для восстановления костной ткани, содержащее желатин, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит синтетический цеолит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

гидроксиапатит 73-74 синтетический цеолит 14-18 желатин 9-12