СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО НЕТКАНОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ Российский патент 2025 года по МПК A61L27/58 A61L27/46 A61L27/18 A61L27/12 C08J5/00 C08G63/08 C08K3/32 C08L101/16 

Изобретение относится к медицине, а именно к высокомолекулярным полимерным волокнистым материалам на основе поли(L-лактида) с добавлением микрочастиц гидроксиапатита, которые могут быть использованы для лечения, восстановления и регенерации дефектов костной ткани в челюстно-лицевой хирургии, ортопедической хирургии и травматологии.

Известен способ получения материала для заполнения костных дефектов [US 20110245922 A1, МПК (2006.01) A61F 2/28, D01D 5/00, опубл. 06.10.2011], включающий смешивание полилактида молекулярной массой (20 - 30) × 10⁷ Дальтон и микрочастиц кальций карбоната с добавлением силоксана при 180°C в течение 10 минут. В полученную смесь добавляют хлороформ, получая раствор для электроспиннинга. Полученный раствор помещают в камеру установки и ведут электроспининг при следующих технологических режимах: скорость расхода раствора - 0,2 мл/мин, напряжение между иглой и коллектором - 20 кВ, расстояние между иглой и коллектором - 200 мм. В процессе электроспиннинга между коллектором и иглой ведут продувку воздухом со скоростью 1 м/с.

В результате электроспиннинга получают волокнистый материал на основе полилактида и кальций карбоната с добавлением силоксана со средним диаметром волокон от 10 до 21 мкм.

Недостатком способа является необходимость использования воздуходува при электроспиннинге, что усложняет процесс создания материала. Кроме того, используемые силоксан и карбонат кальция отличаются по химической структуре от состава кости человека.

Известен способ получения композиционного скэффолда для восстановления дефектов костной ткани [RU 2624854 C1, МПК (2006.01) A61L 27/44, A61L 27/12, A61L 27/14, A61P 19/00, опубл. 07.07.2017], согласно которому, вначале синтезируют полимерный раствор с концентрацией 9 мас. % путем растворения гранулированного порошка поликапролактона в хлороформе. К полученному полимерному раствору добавляют порошок кремнийсодержащего гидроксиапатита Ca₁₀(PO₄)_6-x(SiO₄)_x(OH)_2-x при замещении х = 0,5 с концентрацией 5-15 мас. % в растворе. Смесь гомогенизируют не менее 2 ч. Затем формируют скэффолд методом электроформования при напряжении не менее 7 кВ и расстоянии не менее 50 мм между электродом-фильерой в виде иглы с внутренним диаметром 0,55 мм и осаждающим электродом в виде крутящегося вала диаметром 60 мм.

В результате получают композиционный скэффолд для замещения дефектов костных тканей с диаметром волокон от 2,8 до 1,6 мкм.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание способа изготовления композиционного нетканого полимерного материала для регенерации костной ткани.

Предложенный способ изготовления композиционного нетканого полимерного материала для регенерации костной ткани, также как в прототипе, включает растворение алифатического полиэфира в трихлорметане, добавление фосфорсодержащей биосовместимой добавки, гомогенизацию смеси в ультразвуковой ванне до однородного состояния и её использование для электроспининга электродом-фильерой в виде иглы и осаждающим электродом в виде крутящегося вала.

Согласно изобретению, синтезируют полимерный раствор с концентрацией 3 мас. % путём растворения гранул поли(L-лактида), используемого в качестве алифатического полиэфира, в трихлорметане. Выдерживают полученный раствор в течение 48 часов при нормальных условиях. Затем добавляют 30 об. % ацетона от объема полученного раствора и 10 - 30 мас. % порошка гидроксиапатита от массы поли(L-лактида). После гомогенизации смесь используют для электроспиннинга при расстоянии между иглой и осаждающим электродом 180 мм, скорости расхода смеси 6 мл/ч, напряжении 20 кВ, внутреннем диаметре иглы 0,413 мм и скорости вращения крутящегося вала диаметром 100 мм в 50 об/мин.

Используют порошок гидроксиапатита с размером частиц от 8 до 90 мкм.

Смесь гомогенизируют в ультразвуковой ванне в течение 30 минут при мощности генератора 105 Вт.

Предложенный способ позволяет получить механически стойкий и прочный композиционный нетканый полимерный материал толщиной от 130 до 330 мкм, состоящий из волокон толщинами от 0,6 до 43,7 мкм, с пределом прочности от 3,4 до 23,0 МПа, максимальным удлинением на разрыв от 28 до 70 %, и краевым углом смачивания от 98 до 135°.

На фиг. 1 приведены изображения, полученные методом сканирующей электронной микроскопии, поверхностей нетканых материалов на основе поли(L-лактида), изготовленных при добавлении гидроксиапатита в 10 мас. % от массы полимера: a) изображение верхней стороны при увеличении ×1000, б) изображение нижней стороны при увеличении ×1000.

На фиг. 2 приведены изображения, полученные методом сканирующей электронной микроскопии, поверхностей нетканых материалов на основе поли(L-лактида), изготовленных при добавлении гидроксиапатита в 20 мас. % от массы полимера: a) изображение верхней стороны при увеличении ×1000, б) изображение нижней стороны при увеличении ×1000.

На фиг. 3 приведены изображения, полученные методом сканирующей электронной микроскопии, поверхностей нетканых материалов на основе поли(L-лактида), изготовленных при добавлении гидроксиапатита в 30 мас. % от массы полимера: a) изображение верхней стороны при увеличении ×1000, б) изображение нижней стороны при увеличении ×1000.

Пример 1.

В пробирку поместили 60200 мг трихлорметана и 1820 мг гранул поли(L-лактида), получив раствор с содержанием полимера 3 мас. % от общей массы растворителя и полимера, и выдержали в течение 48 часов при нормальных условиях для гомогенизации. Затем в полученный раствор добавили ацетон 30 об. % от объёма полученного раствора и 196 мг порошка гидроксиапатита с размером частиц от 8 до 90 мкм. В результате концентрация гидроксиапатита от массы полимера в растворе составила 10 мас. %.

Далее полученную смесь поместили в ультразвуковую ванную на 30 минут при мощности генератора в 105 Вт и при комнатной температуре.

Полученную смесь использовали в установке электроспиннинга NANON-01A (MECC CO, Фукуока, Япония) при следующих технологических режимах: расстояние между иглой и коллектором - 180 мм; скорость расхода смеси - 6 мл/ч; напряжение - 20 кВ; внутренний диаметр иглы - 0,413 мм; скорость вращения цилиндрического коллектора в виде цилиндрического вала диаметром 100 мм составляла 50 об/мин.

В результате был получен образец шириной 50 мм и длиной 300 мм толщиной от 130 до 250 мкм (по бокам образца толщина ниже, чем в центре в связи с особенностью процесса электроспиннинга).

Изображение поверхности полученного образца получили с помощью сканирующей электронной микроскопии на микроскопе Quanta 200 3D (FEI Company, Хилсборо, Оригон, США). Микрофотографии были получены при увеличении ×1000 и при ускоряющем напряжении 20 кВ.

Диаметр волокон был рассчитан на основе микрофотографий, полученных при увеличении ×1000 с использованием программы ImageJ 1.48 (Национальный институт здоровья, Вашингтон, США).

В полученном образце диаметр волокон составил от 0,6 мкм до 6,4 мкм на верхней стороне и от 1,8 мкм до 43,7 мкм на нижней стороне (фиг. 1 а, б).

Значения краевых углов смачивания водой изготовленного образца определили с помощью анализатора формы капель (EasyDrop DSA-20, Гамбург, Германия) методом сидячей капли. На нижнюю и верхнюю поверхности образца наносили по три капли деионизированной воды объёмом 2 мкл. Значения краевых углов смачивания водой были сделаны через минуту после их нанесения на поверхность образца.

Краевой угол смачивания водой образца составил от 128 до 135° на верхней стороне от 98 до 102° на нижней стороне.

Для измерения механических характеристик применяли разрывную машину (Instron 3343, Illinois Tool Works, Гленвью, Иллинойс, США). Эта машина для испытаний на растяжение была оснащена датчиком статической нагрузки 50 Н (Instron 2519-102, Illinois Tool Works, Гленвью, Иллинойс, США). Размер образца между траверсами составлял 10×10 мм², скорость движения траверсы составляла 20 мм/мин. Эксперимент был проведён в трех повторах.

Измеренный предел прочности образца составил от 20,9 до 23,0 МПа. Максимальное удлинение при разрыве составило от 34 до 70 %.

Пример 2.

В отличие от примера 1 в пробирку добавили 52500 мг трихлорметана и 1660 мг поли(L-лактида) для получения раствора с 3 мас. % содержанием полимера от общей массы растворителя и полимера. После гомогенизации в раствор добавили ацетон и 340 мг порошка гидроксиапатита. Концентрация гидроксиапатита от массы полимера в растворе составила 20 мас. %.

В результате был получен образец шириной 50 мм, длиной 300 мм толщиной от 150 до 290 мкм с волокнами размерами от 2,2 мкм до 17,8 мкм на верхней стороне и от 0,6 мкм до 13,5 мкм на нижней стороне (фиг. 2 а, б). Краевым углом смачивания водой от 120 до 128° на верхней стороне и от 110 до 114° на нижней стороне, пределом прочности от 4,8 до 8,3 МПа и максимальным удлинением при разрыве от 40 до 64 %.

Пример 3.

В отличие от примера 1 в пробирку добавили 57800 мг трихлорметана и 1780 мг поли(L-лактида) для получения раствора с 3 мас. % содержанием полимера от общей массы растворителя и полимера. После гомогенизации в раствор добавили ацетон и 530 мг порошка гидроксиапатита. Концентрация гидроксиапатита от массы полимера в растворе составила 30 мас. %.

В результате был получен образец шириной 50 мм, длиной 300 мм и толщиной от 250 до 330 мкм с волокнами размерами от 1,9 мкм до 24,4 мкм на верхней стороне и от 1,0 мкм до 16,1 мкм на нижней стороне (фиг. 3 а, б). Краевым углом смачивания водой от 117 до 123° на верхней стороне и от 98 до 104° на нижней стороне, пределом прочности от 3,4 до 5,2 МПа и максимальным удлинением при разрыве от 28 до 69 %.

Изобретение относится к химии, более конкретно, к области полимерных материалов медицинского назначения. Предложен способ изготовления композиционного нетканого полимерного материала для регенерации костной ткани, согласно которому гранулы поли(L-лактида) растворяют в трихлорметане с получением полимерного раствора с концентрацией 3 мас.%, после чего полученный полимерный раствор выдерживают в течение 48 ч при нормальных условиях, затем в полимерный раствор добавляют 30 об.% ацетона от объема указанного раствора и 10-30 мас.% порошка гидроксиапатита от массы поли(L-лактида), полученную смесь гомогенизируют в ультразвуковой ванне до однородного состояния и далее используют для электроспиннинга электродом-фильерой в виде иглы и осаждающим электродом в виде крутящегося вала при расстоянии между иглой и осаждающим электродом 180 мм, скорости расхода смеси 6 мл/ч, напряжении 20 кВ, внутреннем диаметре иглы 0,413 мм и скорости вращения крутящегося вала диаметром 100 мм 50 об/мин. Изобретение обеспечивает получение механически стойкого и прочного материала, состоящего из волокон с толщинами от 0,6 до 43,7 мкм и характеризующегося толщиной 130-330 мкм, пределом прочности 3,4-23,0 МПа, максимальным удлинением на разрыв 28-70% и краевым углом смачивания 98-135°. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

1. Способ изготовления композиционного нетканого полимерного материала для регенерации костной ткани, включающий растворение алифатического полиэфира в трихлорметане, добавление фосфорсодержащей биосовместимой добавки, гомогенизацию смеси в ультразвуковой ванне до однородного состояния, и её использование для электроспининга электродом-фильерой в виде иглы и осаждающим электродом в виде крутящегося вала, отличающийся тем, что синтезируют полимерный раствор с концентрацией 3 мас. % путём растворения гранул поли(L-лактида), используемого в качестве алифатического полиэфира, в трихлорметане, выдерживают полученный раствор в течение 48 ч при нормальных условиях, затем добавляют 30 об. % ацетона от объема полученного раствора и 10-30 мас. % порошка гидроксиапатита от массы поли(L-лактида), и после гомогенизации смесь используют для электроспиннинга при расстоянии между иглой и осаждающим электродом 180 мм, скорости расхода смеси 6 мл/ч, напряжении 20 кВ, внутреннем диаметре иглы 0,413 мм и скорости вращения крутящегося вала диаметром 100 мм в 50 об/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют порошок гидроксиапатита с размером частиц от 8 до 90 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь гомогенизируют в ультразвуковой ванне в течение 30 мин при мощности генератора 105 Вт.