Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ КОСТНОЙ ПЛАСТИКИ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к хирургической стоматологии, травматологии и ортопедии, и может быть использовано в качестве композиционного костно-пластического материала при оперативном замещении костных дефектов (любого рода деструкция костной ткани, при удалении из костной ткани кист и опухолей и т.д.), а также в пластической хирургии при восстановлении объема органа или ткани и в качестве носителя биологически активных веществ, стимулирующих остеогенез, лекарственных средств и клеток.

Известны остеопластические материалы в виде геля, содержащие биополимер и гидроксиапатит, для индукции роста костной ткани за счет введения в композицию неколлагеновых белков (RU 2317088, дата публикации 20.02.2008; RU 2360663, дата публикации 10.07.2009).

Недостатком указанных материалов является то, что они содержат быстро разрушающиеся биополимеры - водорастворимый коллаген и полиэтиленгликоль, в результате чего входящие в состав этих композиций неколлагеновые белки, также быстро выходят в ткань и подвергаются деструкции, не оказывая предполагаемого индуцирующего эффекта.

Используя при производстве геля в качестве растворителя бидистиллированную или дистиллированную воду в тканях, окружающих место введения такого раствора, возникает их гипотония, что приводит к их отеку и гибели части клеток.

Известны костно-пластические материалы в виде крошки на основе костного не деминерализованного коллагена, насыщенного сульфатированными гликозаминогликанами (RU 2278679, дата публикации 27.06.2006), к недостаткам которого следует отнести то, что в нем отсутствуют вязкие компоненты и вещества, активно связывающие факторы роста и костные морфогенетические белки.

Наиболее близкой по решению технической задачи является композиция для костной пластики, содержащая смесь водорастворимых биополимеров, остеокондуктивный материал - гидроксиапатит и воду (RU 2155049, дата публикации 27.08.2000), особенностью которой является то, что смесь водорастворимых биополимеров - раствора коллагена и производных целлюлозы используют в качестве вязкого связующего и протективного вещества, а в качестве остеокондуктивного материала искусственный химически синтезированный гидроксиапатит.

Недостатком указанной композиции является то, что при помещении ее в костный дефект водорастворимый коллаген быстро разрушается в результате деструкции под действием коллагенолитических ферментов. При этом часть композиции, водорастворимые производные целлюлозы, не подвергается биодеструкции, поскольку в организме отсутствуют метаболические пути утилизации целлюлозы, которая остается в дефекте в неизменном виде, что приводит к формированию полостей и пустот. Твердой части композиции, гидроксиапатита, оказывается недостаточно для того, чтобы эффективно заполнять костный дефект. Большая часть материала в результате такой деструкции быстро вымывается из дефекта, что еще больше снижает его остеокондуктивные свойства. Применение в качестве растворителя воды создает в дефекте состояние гипотонии клеток, что приводит к их разрушению. К недостаткам указанной композиции следует также отнести то, что она не обладает индуктивными свойствами, так как в ней отсутствуют вещества, индуцирующие остеогенез.

Задачей изобретения является создание композиции для костной пластики, обладающей протективными вязкоэластическими свойствами, пролонгирующими остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства компонентов композиции, способных заполнять и удерживать объем костного дефекта за счет того, что они являются естественными опорно-механическими компонентами костной ткани.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является получение композиции для костной пластики, обладающей протективными вязкоэластическими свойствами, пролонгирующими остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства компонентов композиции, способных заполнять и удерживать объем костного дефекта за счет того, что они являются естественными опорно-механическими компонентами костной ткани.

Технический результат, согласно первому варианту патентуемого изобретения, достигается за счет использования композиции, которая содержит смесь водорастворимых полимеров, в качестве которых используют смесь гиалуроновой кислоты, хондроитин сульфата и гепарина в растворе хлорида натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В качестве коллагена может быть использован не деминерализованный или деминерализованный костный коллаген.

Технический результат, согласно второму варианту патентуемого изобретения, достигается за счет использования композиции, которая содержит смесь водорастворимых полимеров, гидроксиапатит и воду, отличающейся тем, что в качестве смеси водорастворимых полимеров используют смесь гиалуроновой кислоты, хондроитин сульфата и гепарина в растворе хлорида натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

В качестве гидроксиапатита используют костный минеральный компонент костной ткани.

В частности, композиция для костной пластики может быть выполнена в виде геля и крошки.

Согласно изобретению, в состав композиции входит гиалуроновая кислота, придающая ей вязкоэластические свойства, которая взята в высокомолекулярной форме с М.в. 550000-800000 Da., с биохимической позиции гиалуроновая кислота является важнейшим не сульфатированным гликозаминогликаном соединительной ткани и костной ткани, в частности.

К основным свойствам гиалуроновой кислоты следует отнести ее биоинертность и биосовместимость, она входит в состав зрелой и развивающейся соединительной ткани, где играет роль межуточного вещества, способного заполнять и поддерживать эффективный объем за счет связывания большого количества воды.

При растворении гиалуроновая кислота образует вязкий раствор, способный эффективно обволакивать нерастворимые компоненты композиции (например, недеминерализованный костный коллаген), которые необходимо защищать от агрессивного воздействия протеолитических ферментов, особенно в первые 7-14 суток после травматического воздействия на ткани или на зону костного дефекта. В сочетании с хондроитин сульфатом гиалуроновая кислота образует соединение, способное эффективно защищать ткани, окружающие частицы не деминерализованного коллагена или деминерализованного коллагена или минерального компонента кости от действия протеолитических ферментов на ранних стадиях развития воспаления в дефекте или связывать избыточную активность фиброзоформирующих факторов.

В сочетании гиалуроновой кислоты с хондроитином и гепарином она, как комплексное соединение, эффективно связывает костные морфогенетические белки или факторы роста, которые появляются в костных дефектах на ранних сроках повреждения.

В состав композиции гиалуроновая кислота входит в концентрации от 1,0 до 4,0 г на 100,0 г композиции.

Снижение концентрации гиалуроновой кислоты ниже 1,0 г на 100 г композиции оказывается недостаточным для создания условий для удержания ее на твердых компонентах, таких как не деминерализованный костный коллаген, деминерализованный костный коллаген или минеральный компонент кости, вследствие ее раскручивания на отдельные цепи, что будет делать композицию неустойчивой в случае изготовления геля или крошки.

Повышение концентрации гиалуроновой кислоты выше 4,0 г на 100 г раствора приводит к значительному увеличению вязкости, делает раствор слишком вязким и, таким образом, затрудняет его равномерное перемешивание с костным не деминерализованным коллагеном, деминерализованным костным коллагеном или костным минеральным компонентом при практическом использование композиции. Для получения композиции использовали коммерческую гиалуроновую кислоту фирмы Biobiberica (Испания), что не исключает использование гиалуроновой кислоты от других производителей при условии сохранения технических параметров, удовлетворяющих условия производства геля или крошки.

Согласно изобретению, в состав композиции для костной пластики входит хондроитин сульфат.

Хондроитин сульфат является сложным полисахаридом и входит в состав протеогликанов костной ткани человека и животных.

Введение в состав композиции хондроитин сульфата обусловлено его свойством стабилизировать вязкие растворы полимеров, изменяя их реологические и вязкостные характеристики за счет формирования связей с молекулами гиалуроновой кислоты и гепарина. Другим действием хондроитин сульфата является его свойство стимулировать процессы репарации костной ткани, а также тормозить процесс фиброзообразования и развития фиброза вокруг тканей, окружающих твердые частицы композиции.

Композиция для костной пластики, согласно изобретению, содержит хондроитин сульфат от 1,0 до 4,0 г на 100 г композиции, что является оптимальным для стабилизации композиции для костной пластики и проявления противовоспалительного, репарационного и противоотечного эффекта.

Концентрация хондроитин сульфата менее 1,0 г не оказывает стабилизирующего действия на композицию, а концентрация более 4,0 г делает раствор излишне вязким, что затрудняет его практическое использование, а также может вызывать аллергическую реакцию.

В работе использовали коммерческий хондроитин сульфат Biobiberica (Испания), что не исключает использование хондроитин сульфата от других производителей.

Согласно изобретению, в состав раствора входит гепарин, который широко применяется в медицинских изделиях благодаря своим антикоагулянтным свойствам, например, для "гепаринизации" катетеров и стентов с целью предотвращения тромбообразования.

Известна способность гепарина аффинно связывать различные биомолекулы, например такие, как коллаген типа 1 (костный коллаген), гидроксиапатиты (как синтетические, так и природные), костный морфогенетический протеин и различные факторы роста, что придает композиции остеоиндуктивные свойства (Capila I, Linhardt RJ. Heparin - Protein interactions. Angew Chem-Int Edit. 2002:41:39 1-412; Ono K. Structural features in heparin that interact with VEGF165 and modulate its biological activity. Glycobiology vol.9 no.7 pp.705-711, 1999).

При фиксации гепарина на поверхности биоматериала достигается синергическое с хондроитин сульфатом воздействие этих веществ на адгезию всех компонентов композиции.

Основным свойством гепарина, в случае применения его в данной композиции для костной пластики, является его способность эффективно и активно связывать биологически активные молекулы на поверхности твердых компонентов композиции.

При медленной резорбции компонентов композиции гепарин служит экзогенным фактором для активации и связывания факторов роста, костных морфогенетических белков, агрегации тромбоцитов, остеобластов и остеокластов вблизи барьера ткань-материал, что способствует ремоделированию костной ткани и стимуляции репарации мягких тканей и костного дефекта.

В изобретении использовали коммерческий гепарин (Сигма США) с активностью не менее 150 ЕД, что не исключает использования гепарина от других производителей с той же активностью.

Согласно патентуемому изобретению, в качестве растворителя компонентов смеси гиалуроновой кислоты, хондроитин сульфата и гепарина используют солевой раствор натрия хлорида, что необходимо для поддержания изотоничности и осмолярности при добавлении других веществ.

В работе использовали стандартный коммерческий раствор натрия хлорида - 0,85% физиологический раствор.

В композицию введен нерастворимый в воде костный не деминерализованный коллаген или деминерализованный коллаген в виде крошки, полученный из костной ткани животных (RU 2278679), - неантигенный, биосовместимый материал, который обладает выраженной способностью удерживать объем заполняемого дефекта и одновременно является носителем активных веществ прямо влияющих на индуктивность костной ткани.

Согласно патентуемому изобретению, как не деминерализованный, так и деминерализованный костный коллаген взяты в концентрации от 25,0 до 94,0 мас.%.

При концентрации не деминерализованного или деминерализованного коллагена ниже 25,0 мас.% их количества не хватает для полного закрытия дефекта в случае, если композиция применяется в виде крошки или в случае ее применения в виде геля.

При концентрации не деминерализованного или деминерализованного коллагена выше 94,0 мас.%, применение композиции в виде геля становится затруднительным в связи с излишней плотностью композиции, что может приводить к оставлению в дефекте пустот или полостей.

Также в композицию вместо синтетического гидроксиапатита введен костный минеральный компонент в концентрации от 25 до 94 мас.%.

При концентрации костного минерального компонента менее 25,0 мас.% остеокондуктивный эффект отсутствует.

При концентрации костного минерального компонента выше 94,0 мас.% применение композиции в виде геля становится затруднительным в связи с излишней плотностью композиции, что может приводить к оставлению в дефекте пустот или полостей.

В работе использовали костный минеральный компонент, полученный по способу, раскрытому в описании к патенту РФ №2189823.

Технология приготовления композиции для костной пластики следующая.

Приготовление геля для костной пластики.

К 100,0 г воды дистиллированной добавляют 8,5-0,9 г хлорида натрия, размешивают и добавляют к нему 1,0 г гиалуроновой кислоты, 1,0 г хондроитин сульфата и 0,1 г гепарина, раствор тщательно перемешивают не менее 20-25 минут до полного растворения и оставляют раствор на 5-10 часов.

В приготовленный таким образом раствор (85 мл) добавляют 25,0 г крошки не деминерализованного или деминерализованного коллагена или костного минерального компонента при постоянном медленном помешивании в течение 4 часов, отстаивают, дегазуют, отстаивают при пониженных температурах в течение 10 часов и разливают в шприцы, стерилизуют.

Приготовление крошки для костной пластики.

К 100,0 г воды дистиллированной добавляют 8,5-0,9 г хлорида натрия, размешивают и добавляют к нему 1,0 г гиалуроновой кислоты, 1,0 г хондроитин сульфата и 0,1 г гепарина, раствор тщательно перемешивают не менее 20-25 минут до полного растворения и оставляют раствор на 5-10 часов.

В приготовленный таким образом раствор (50,0 мл) добавляют 50,0 г крошки не деминерализованного или деминерализованного коллагена или костного минерального компонента при постоянном медленном помешивании в течение 4 часов, отстаивают при пониженых температурах в течение 10 часов, высушивают, фасуют и стерилизуют потоком быстрых электронов.

Качественный и количественный контроль полученных материалов осуществляют по Нормативным Документам, утвержденным Росздравнадзором РФ.

Безопасность и эффективность композиции для костной пластики оценивали экспериментально методом имплантации под кожу, в мышечную ткань экспериментальных животных, по правилам ISO 10993 к устойчивости к биологическим тканям и жидкостям в растворе кровезаменителя в непрерывном режиме.

Оценку влияния композиции на заживление костных дефектов делали на модели критического костного дефекта (Schmitz J.P., Hollinger J.O., The critical size defect as an experimental model for craniomandibulofacial nonunions. // Clin Orthop Relat Res. 1986 Apr; (205): 299-308).

Для чего экспериментальным животным - кроликам породы Шиншилла (всего 10 животных) под местной инфильтрационной анестезией в подвздошной кости фиссурным бором с использованием прямого наконечника и физиодиспенсера формировали костные дефекты длиной до 2,0 см, глубиной на 2/3 толщины кости и вводили в полученный дефект композицию в виде геля, другой группе экспериментальных животных имплантировали композицию по предлагаемой прописи в виде крошки из не деминерализованного или деминерализованного костного коллагена, части животных в виде геля и крошки из костного минерального компонента.

Через 1,5-2 мес. всех животных выводили из эксперимента (по правилам и требованиям МЗ РФ) и делали гистологические срезы, которые изучали на микроскопе «Motic» Испания.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при введении композиции для костной пластики в виде геля или крошки в костные дефекты экспериментальных животных на препаратах опытных образцов вокруг частиц коллагена или костного материала формируется новая костная ткань (Рис. 1-3).

Для лучшего понимания сущности изобретение поясняется примерами конкретного исполнения.

Пример 1.

Кроликам породы Шиншилла фиссурным бором делали костные дефекты на подвздошной кости 1,5×2,0 под внутривенным наркозом (раствор каллипсола) и вводили в дефект композицию для костной пластики в виде геля следующего состава:

Послеоперационный период у всех животных протекал гладко без осложнений. Через 2 месяца животных выводили из эксперимента, вырезали фрагмент костной ткани с зоной имплантации и делали рутинные гистологические срезы. Результаты исследований опытных образцов показали, что в зоне дефекта идет активная перестройка костной ткани и замещение ее вновь образованной костной тканью (рис.1, на котором изображена гистоморфология участка костного дефекта подвздошной кости кролика через 1 мес. после введения композиции в виде геля с костным не деминерализованным коллагеном. Видна вновь сформированная костная ткань. Ув 240).

Композиция применяется в качестве остеопластического материала в виде геля для заполнения костных дефектов в хирургической стоматологиии, челюстно-лицевой хирургии, в травматологии и ортопедии с целью стимуляции и оптимизации процессов заживления костной ткани, а также для повышения биосовместимости и эффективности.

Пример 2.

Кроликам породы Шиншилла фиссурным бором делали костные дефекты на подвздошной кости 1,5×2,0 под внутривенным наркозом (раствор каллипсола) и вводили в дефект композицию для костной пластики в виде крошки следующего состава:

Послеоперационный период у всех животных протекал гладко без осложнений. Через 2 месяца животных выводили из эксперимента, вырезали фрагмент костной ткани с зоной имплантации и делали рутинные гистологические срезы. Результаты исследований опытных образцов показали, что в зоне дефекта идет активная перестройка костной ткани и замещение ее вновь образованной костной тканью (рис.2 изображена гистоморфология участка костного дефекта подвздошной кости кролика через 2 мес. после введения композиции в виде крошки с костным не деминерализованным коллагеном. Видна вновь сформированная костная ткань. Ув 240).

Композиция применяется в качестве остеопластического материала в виде крошки для заполнения костных дефектов в хирургической стоматологиии, челюстно-лицевой хирургии, в травматологии и ортопедии с целью стимуляции и оптимизации процессов заживления костной ткани, а также для повышения биосовместимости и эффективности.

Пример 3.

Кроликам породы Шиншилла фиссурным бором делали костные дефекты на подвздошной кости 1,5×2,0 под внутривенным наркозом (раствор каллипсола) и вводили в дефект композицию для костной пластики в виде геля следующего состава:

Послеоперационный период у всех животных протекал гладко без осложнений. Через 2 месяца животных выводили из эксперимента, вырезали фрагмент костной ткани с зоной имплантации и делали рутинные гистологические срезы. Результаты исследований опытных образцов показали, что в зоне дефекта идет активное формирование новой костной ткани.

Композиция применяется в качестве остеопластического материала в виде геля для заполнения костных дефектов в хирургической стоматологиии, челюстно-лицевой хирургии, в травматологии и ортопедии с целью стимуляции и оптимизации процессов заживления костной ткани, а также для повышения биосовместимости и эффективности.

Пример 4.

Кроликам породы Шиншилла фиссурным бором делали костные дефекты на подвздошной кости 1,5×2,0 под внутривенным наркозом (раствор каллипсола) и вводили в дефект композицию для костной пластики в виде крошки следующего состава:

Послеоперационный период у всех животных протекал гладко без осложнений. Через 2 месяца животных выводили из эксперимента, вырезали фрагмент костной ткани с зоной имплантации и делали рутинные гистологические срезы. Результаты исследований опытных образцов показали, что в зоне дефекта идет активная перестройка костной ткани и замещение ее вновь образованной костной тканью (рис.3 показана гистоморфология участка костного дефекта подвздошной кости кролика через 2 мес. после введения композиции в виде крошки с костным деминерализованным коллагеном. Видна вновь сформированная костная ткань и фрагменты костной крошки. Ув 240).

Композиция применяется в качестве остеопластического материала в виде крошки для заполнения костных дефектов в хирургической стоматологиии, челюстно-лицевой хирургии, в травматологии и ортопедии с целью стимуляции и оптимизации процессов заживления костной ткани, а также для повышения биосовместимости и эффективности.

Пример 5.

Кроликам породы Шиншилла фиссурным бором делали костные дефекты на подвздошной кости 1,5×2,0 под внутривенным наркозом (раствор каллипсола) и вводили в дефект композицию для костной пластики с костным минеральным компонентом в виде геля следующего состава:

Послеоперационный период у всех животных протекал гладко без осложнений. Через 2 месяца животных выводили из эксперимента, вырезали фрагмент костной ткани с зоной имплантации и делали рутинные гистологические срезы. Результаты гистоморфологических исследований показали, что в зоне имплантации композиционного материала идет формирование новой костной ткани.

Композиция применяется в качестве остеопластического материала в виде крошки для заполнения костных дефектов в хирургической стоматологиии, челюстно-лицевой хирургии, в травматологии и ортопедии с целью стимуляции и оптимизации процессов заживления костной ткани, а также для повышения биосовместимости и эффективности.