×
25.08.2017
217.015.9fe0

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ТРЕХМЕРНОГО КАРКАСА ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ КОСТНО-ХРЯЩЕВЫХ ДЕФЕКТОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к медицине и представляет собой способ получения композиционного трехмерного каркаса для замещения костно-хрящевых дефектов, включающий приготовление текучего гидрогеля, содержащего альгинат натрия и кальцийфосфатный наполнитель, нанесение гидрогеля на платформу, формирование трехмерного каркаса с последующей фиксацией структуры. Трехмерный каркас формируют методом 3D инъекционной печати послойным нанесением гидрогеля с фиксацией структуры на платформе, ступенчато охлаждаемой от -5±1°C до -30±1°C в зависимости от количества наносимых слоев, при этом температура в слое печати составляет -5±1°C. Текучий гидрогель содержит, мас.% в расчете на сухой вес гидрогеля: альгинат натрия - 40-90; наполнители - 10-60. Технический результат - получение трехмерного каркаса методом 3D инъекционной печати. Трехмерный каркас имеет высокую пластичность полимера, а в сочетании с заданной архитектурой и пористостью позволяет заполнять костно-хрящевые дефекты различной формы и размера. 2 з.п. ф-лы, 6 пр., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к медицине, а именно для пластической реконструкции поврежденных костно-хрящевых тканей.

В последние годы были разработаны методы прототипирования, которые могут быть применены для изготовления трехмерных (3D) конструкций заданной конфигурации простым, экономичным и воспроизводимым способом. Работы в этом направлении начаты сравнительно недавно, в основном зарубежными исследователями [Butscher A., Bohner М., Hofmann S., Gauckler L., R. Structural and material approaches to bone tissue engineering in powder-based three-dimensional printing. Acta Biomater. 2011, V. 7(3), P. 907-920]. К ним относятся методы стереолитографии, лазерного спекания и 3D печати. Последний метод особенно перспективен, но для его реализации необходимы материалы со свойствами, адаптированными к печати: например, биосовместимый полимер требуемой текучести, необходимой вязкости и т.д. При условии подбора полимера с требуемыми (для печати) характеристиками, возможно формирование с его участием пористых композиционных структур с соединениями кальция для замещения или регенерации костно-хрящевой ткани. В этом аспекте особый интерес представляют материалы на основе различных биополимеров природного происхождения, таких как коллаген, альгинат и хитозан. Однако традиционно используемый коллаген является чужеродным белком (чаще всего его получают из кожи свиней), поэтому он способен вызывать аллергические реакции, хроническое воспаление и являться переносчиком ряда инфекционных агентов, то есть его биосовместимость как ксеногенного белка весьма сомнительна. Этих недостатков лишен биологически активный рассасывающийся в организме пациента природный полимер - полисахарид - альгинат, характеризующийся биосовместимостью и обладающий широким спектром полезных медико-биологических свойств. Данный материал находит применение в медицинских изделиях и фармацевтических целях, в том числе в разных имплаптационных системах, при обработке ран различной этиологии, при регенерации мягких и твердых тканей, как гемостатический агент с антитромбогенными свойствами и как стимулятор иммунной системы против вирусной и бактериальной инфекции [Mogos G.D., Grumezescu A.M. Natural and synthetic polymers for wounds and burns dressing. Int. J. of Pharmaceutics 2014, V. 463, P. 127-136; Pawar S.N., Edgar K.J. Alginate derivatization: a review of chemistry, properties and applications. Biomaterials 2012, V.33, P. 3279-3305]. В свою очередь материалы на основе фосфатов кальция (ФК) могут быть использованы в качестве армирующей составляющей и быть контейнерами, содержащими биологически активные молекулы (факторы роста) или лекарственные средства. ФК - как аналоги минеральной составляющей костной ткани, широко используют для изготовления остеопластических материалов и керамических матриксов для клеток в биотехнологиях восстановления поврежденных костных тканей [Dorozhkin S.V. Calcium orthophosphate - based bioceramics. Materials 2013, V. 6, P. 3840-2942]. Сочетание свойств минерал-полимерных систем на основе подхода 3D прототипирования будет являться основой создания технологий материалов с уникальными свойствами.

Можно выделить близкую по техническому решению заявку на патент США №20150039097 US, в которой приведен способ формирования биологически совместимых материалов для регенерации тканей. Способ включает послойное нанесение полимерных слоев, из которых образуется изделие. В качестве полимеров используется полиуретан, полилактид, полигликолид, полилактид, поли(ε-капролактон), полидиоксанон, полиангидрид, триметиленкарбонат, поли (β-гидроксибутират), поли (g-этил глутамат), полицианоакрилат, полифосфазен, или их смеси. Раствор полимера наполняют частицами гидроксиапатита (ГА), трикальцийфосфата (ТКФ), композиционными фосфатами кальция и карбоната кальция, костными частицами из ксенографтов, костными частицами из аллотрансплантатов, костными частицами из аутотрансплантатов или их смеси. Способ получения биологически совместимых материалов включает формирование заданного количества слоев.

Однако известный способ не подразумевает использование альгината натрия в качестве каркаса, а армирующая составляющая включает в себя костные частицы, наночастицы гидроксиапатита или полимерные нановолокна.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является композиционный текучий биомедицинский имплантат для внесения в дефект костной ткани [патент США №8697107 US, п. 1, п. 12]. Текучий биомедицинский имплантат включает матрицу-носитель, в том числе из биоразлагаемого полисахарида, содержащего альгинат натрия, и керамический материал, расположенный внутри носителя-матрицы. Имплантат имеет сшитую мембрану, образованную на поверхности матрицы-носителя с помощью сшивающего агента. Запатентованный текучий биомедицинский имплантат также содержит керамический материал: β-ТКФ, двухфазный ФК, фосфат магния, ГА или их смеси.

Однако способ-прототип имеет ряд недостатков, в том числе материал представляет собой 2-мерную мембрану и, таким образом, не может быть использован в качестве имплантата для замещения 3-мерных объемных дефектов. Материал содержит только керамический порошок: β-ТКФ, двухфазный ФК, фосфат магния, ГА или их смеси. Более того, способ изготовления материала исключает персонализацию, т.е. изготовления имплантата по индивидуальным трехмерным моделям ткани реального пациента, полученных, например, на рентгеновском томографе, и затем оперативно изготовлена ее точная копия или копия, пригодная для имплантации без дополнительной подгонки.

Технический результат предлагаемого изобретения - получение композиционного трехмерного каркаса на основе альгината натрия и фосфатов кальция методом 3D инъекционной печати.

Согласно изобретению, для достижения технического результата используется 3D инъекционная печать композиционных материалов на основе альгината натрия и фосфатов кальция с требуемыми геометрическими и структурными характеристиками.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что также как в известном изобретении США 8697107 US, каркас приготавливают из текучего гидрогеля, содержащего альгинат натрия и кальцийфосфатный наполнитель, нанесение гидрогеля на платформу и формирование трехмерного каркаса с последующей фиксацией.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что трехмерный каркас формируют методом 3D инъекционной печати послойным нанесением гидрогеля с фиксацией структуры на платформе, ступенчато охлаждаемой от -5±1°C до -30±1°C в зависимости от количества наносимых слоев, при этом температура в слое печати составляет -5±1°C, при этом текучий гидрогель содержит, масс. % в расчете на сухой вес гидрогеля: альгинат натрия - 40-90; наполнители - 10-60. В качестве наполнителя в текучий гидрогель вводят порошки или гранулы: трикальцийфосфата, брушита, монетита, октакальцийфосфата, тетракальцийфосфата, гидроксиапатита, карбонатгидроксиапатита, фторгидроксиапатита или их другие модификации, при этом размеры частиц порошка или гранул изменяются от 20 до 500 мкм, а указанные наполнители могут быть смешаны в любом сочетании и в любом количестве между собой. Для получения трехмерного каркаса с пористостью от 40 до 95% - по завершении печати каркас помещают в морозильную камеру и выдерживают в течение 1 часа при температуре -50°C, затем подвергают сублимационной сушке в рабочей камере при вакууме 6-10-5 атм, при температуре конденсирующей поверхности -50°C в течение 10-12 часов, высушенный каркас сшивают 10% раствором хлорида кальция в шейкере-инкубаторе на протяжение 2 часов, далее полученный трехмерный каркас отмывают от остатка солей, и вновь подвергают сублимационной сушке для сохранения структуры.

Иными словами, изделие изготовлено таким образом, чтобы после имплантации в область реципиентного ложа диастаз между введенным материалом и костными стенками не превышал 1 мм на всем протяжении. Достижение персонализированных параметров обеспечивается применением технологии 3D печати. Исходным компонентом изделия служат чернила на основе альгината натрия и фосфатов кальция для 3D принтера. Для получения чернил готовят композиционный гидрогель, в котором дисперсная фаза (фосфаты кальция) не седиментируется в жидкой дисперсионной среде (раствор альгината натрия).

Изобретение поясняется подробным описанием способа, таблицей и примерами изготовления.

Способ осуществляют следующим образом.

В сухой чистый стакан заливается дистиллированная вода, которая перемешивается стеклянной верхнеприводной мешалкой на высоких оборотах (от 2500 до 3000 об/мин) и нагревается до температуры 40°C, после чего в жидкую среду помещается порошок альгината натрия. После полного растворения альгината натрия при перемешивании добавляют кальциевый фосфатный наполнитель в количестве до 50 масс. %. В качестве наполнителя вводят порошки или гранулы трикальцийфосфата, брушита, монетита, октакальцийфосфата, тетракальцийфосфата, гидроксиапатита, карбонатгидроксиапатита, фторгидроксиапатита или их другие модификации, при этом размеры частиц порошка или гранул изменяются от 20 до 500 мкм, а указанные наполнители могут быть смешаны в любом сочетании и в любом количестве между собой.

Методом 3D инъекционной печати из композиционных материалов получают трехмерный каркас, точно соответствующий по форме и размерам костно-хрящевому дефекту. С целью получения этих данных о дефекте могут использоваться методы лучевой диагностики, такие как компьютерная томография, рентгенография и др. Полученную компьютерную модель дефекта преобразуют в файлы STL формата, разбивающие ее на слои определенной толщины, соответствующие характеристикам используемых исходных материалов. Программа, содержащая необходимый набор STL файлов, вводится в компьютер, управляющий 3D-принтером. Приготовленный гидрогель загружают в картридж 3D-принтера, и по заданной программе (модели) осуществляется послойное нанесение геля на платформу для печати, ступенчато охлаждаемую для фиксации трехмерного каркаса от -5±1°C до -30±1°C в зависимости от количества наносимых слоев. После завершения процесса печати полученный трехмерный каркас извлекают из установки и помещают в морозильную камеру с температурой -50°C, время выдержки - 1 час. Далее трехмерный каркас подвергают сублимационной сушке в рабочей камере при вакууме 6-10-5 атм, при температуре конденсирующей поверхности -50°C в течение 10-12 часов. Высушенный трехмерный каркас сшивают 10% раствором хлорида кальция в шейкере-инкубаторе на протяжении 2 часов (трехмерный каркас/раствор = 100 г/ 80 мл). Полученный трехмерный каркас отмывают от остатка солей и вновь подвергают сублимационной сушке для сохранения структуры. В результате получают композиционный трехмерный каркас с пористостью от 40 до 95% в зависимости от состава.

При содержании ФК наполнителя больше 60 масс. % реализация 3D печати невозможна. Снижение наполнителя менее 5 масс. % не позволяет получать трехмерный каркас с равномерным распределением компонентов по объему. При температуре заморозки менее -5±1°C фиксации заданной структуры не происходит, а при температуре менее -30°C материал замерзает в сопле принтера, что не дает возможности реализовать процесс печати.

Пример 1.

Гидрогель альгината натрия с гранулами трикальцийфосфата 300-500 мкм (соотношение 70/30) помещали в картридж для печати 3D принтера. После чего данным гидрогелем происходит печать трехмерного каркаса по заданной траектории на платформу для печати, которая охлаждается элементами Пельтье с градиентным изменением температуры послойно -5±1°C до -30±1°C, в зоне (слое) печати температура -5±1°C. За счет охлаждения платформы происходит кристаллизация воды, которая находится в гидрогеле, таким образом происходит фиксация структуры напечатанного образца трехмерной конструкции. Полученный трехмерный каркас извлекают из установки и помещают в морозильную камеру с температурой -50°C, время выдержки - 1 час. Полученный образец подвергается сублимационной сушке при -50°C в течение 10-12 часов. Пористость полученного материала достигает 90%, прочность - 5,5 МПа.

Пример 2.

Гидрогель альгината натрия с гранулами трикальцийфосфата 300-500 мкм (соотношение 60/40) помещали в картридж для печати 3D принтера. После чего данным гелем происходит печать образца по заданной траектории на подложку, которая охлаждается элементами Пельтье с температурой -5±1°C до -30±1°C, в зоне (слое) печати температура -5±1°C. За счет охлаждения подложки происходит кристаллизация воды, которая находится в гидрогеле, таким образом происходит фиксация структуры напечатанного образца. Полученные заготовки подвергаются сублимационной сушке -50°C в течение 10-12 часов. Пористость полученных материалов достигает 88% и прочность 3,7 МПа.

Пример 3.

Гидрогель альгината натрия с гранулами трикальцийфосфата 300-500 мкм (соотношение 90/10) помещали в картридж для печати 3D принтера. После чего данным гелем происходит печать образца по заданной траектории на подложку, которая охлаждается элементами Пельтье с температурой -5±1°C до -30±1°C, в зоне (слое) печати температура -5±1°C. За счет охлаждения подложки, происходит кристаллизация воды, которая находится в гидрогеле, таким образом происходит фиксация структуры напечатанного образца. Полученные заготовки подвергаются сублимационной сушке -50°C в течение 10-12 часов. Пористость полученных материалов достигает 95% и прочность 2,4 МПа.

Пример 4.

Гидрогель альгината натрия с гранулами трикальцийфосфата 300-500 мкм (соотношение 70/30) помещали в картридж для печати 3D принтера. После чего данным гелем происходит печать образца по заданной траектории на подложку, которая охлаждается элементами Пельтье с температурой -3±1°C до -30±1°C, в зоне (слое) печати температура -3±1°C. При охлаждении не происходит кристаллизация воды, таким обозом не происходит фиксация структуры напечатанного образца. Полученные заготовки являются бесформенными. Провести механические испытания таких образцов не представляется возможным.

Пример 5.

Гидрогель альгината натрия с гранулами трикальцийфосфата 300-500 мкм (соотношение 70/30) помещали в картридж для печати 3D принтера. После чего данным гелем происходит печать образца по заданной траектории на подложку, которая охлаждается элементами Пельтье с температурой -8±1°C до -30±1°C, в зоне (слое) печати температура -8±1°C. При охлаждении происходит кристаллизация воды в сопле головки принтера, таким обозом не происходит формирование слоев. Реализация процесса печати не возможна.

Пример 6.

Гидрогель альгината натрия с гранулами гидроксиапатита 50-500 мкм (соотношение 85/15) помещали в форму и фиксировали водным раствором хлорида кальция при комнатной температуре. Пористость полученных материалов достигает 50%.

В соответствии с примерами также были изготовлены образцы материалов, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу (см. ниже).

Полученный трехмерный каркас предложенным способом имеет высокую пластичность полимера, а в сочетании с заданной архитектурой и пористостью позволяет заполнять костно-хрящевые дефекты различной формы и размера.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 71-72 из 72.
01.11.2018
№218.016.9917

Способ комбинированного лекарственного лечения пациенток с первично нерезектабельным местно-распространенным плоскоклеточным раком шейки матки ib2-iiib

Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии, и может быть использовано для лечения рака шейки матки (РШМ). В предоперационном периоде проводят два курса регионарной химиотерапии с интервалом в 3 недели по следующей схеме: а) в первый день перед и после внутриартериального введения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671403
Дата охранного документа: 31.10.2018
11.01.2019
№219.016.ae72

Способ комбинированного лечения распространенных гемангиом носо-, рото- и гортаноглотки

Изобретение относится к медицине, а именно к сосудистой хирургии, и может быть использовано для комбинированного лечения распространенных гемангиом носо-, рото- и гортаноглотки. Удаляют новообразования в режиме коагуляции путем подведения излучения Nd:YAG-лазера с длиной волны 1,064 нм по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676646
Дата охранного документа: 09.01.2019
Показаны записи 81-90 из 106.
10.07.2019
№219.017.b122

Способ получения наноразмерного порошка для биоматериалов

Изобретение относится к медицине, в частности к кальцийфосфатным керамическим материалам, предназначенным для изготовления костных имплантатов и/или замещения дефектов при различных костных патологиях. Для снижения степени агрегированности и повышения площади удельной поверхности осажденные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002440149
Дата охранного документа: 20.01.2012
25.07.2019
№219.017.b8b9

Способ получения керамических гранул для регенерации костной ткани

Изобретение относится к способу получения керамического материала, а именно к способу получения керамических гранул. Способ получения керамических гранул для регенерации костной ткани, имеющих следующий фазовый состав в определенных соотношениях: октакальциевый фосфат, гидроксиапатит, карбонат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695342
Дата охранного документа: 23.07.2019
16.08.2019
№219.017.c0ae

Способ получения биоцемента для заполнения костных дефектов на основе дикальцийфосфата дигидрата и сульфата кальция двуводного

Изобретение относится к медицине и касается получения биоцемента для заполнения костных дефектов. Для этого цементный раствор получают в результате смешения порошка трикальцийфосфата и сульфата кальция полуводного с водным раствором дигидроортофосфата магния 4-водного - раствор 50-66% соли...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697396
Дата охранного документа: 14.08.2019
02.10.2019
№219.017.cfef

Способ изготовления матриксов на основе низкотемпературных модификаций фосфатов кальция для костной инженерии

Изобретение относится к области медицины и касается композиционных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Предлагаемый способ изготовления матриксов на основе низкотемпературных модификаций фосфатов кальция (ФК) для костной инженерии включает 3 этапа. На первом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700770
Дата охранного документа: 20.09.2019
04.11.2019
№219.017.de5f

Способ получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция

Изобретение может быть использовано в реконструктивно-пластической хирургии для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Для получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция, для заполнения костных дефектов проводят синтез in...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705084
Дата охранного документа: 01.11.2019
27.12.2019
№219.017.f28e

Керамический материал с низкой температурой спекания на основе системы диоксида циркония - оксида алюминия - оксида кремния

Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе ZrO-AlO-SiO. Разработанные материалы могут быть использованы для получения огнеупорных изделий, высокотемпературных деталей машин и печного оборудования. Керамический материал имеет следующий химический состав, мас.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710341
Дата охранного документа: 25.12.2019
06.02.2020
№220.018.0016

Способ распознавания варианта наведения подвижного объекта на один из летательных аппаратов группы

Изобретение относится к области цифровой обработки радиолокационных сигналов и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для формирования достоверных оценок радиальных функционально связанных координат (ФСК) взаимного перемещения летательных аппаратов (ЛА) группы и подвижного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713212
Дата охранного документа: 04.02.2020
08.02.2020
№220.018.001a

Биорезорбируемая барьерная мембрана на основе полисахарида для направленной регенерации костной ткани

Группа изобретений относится к биорезорбируемой барьерной мембраны на основе альгината бария для направленной регенерации костной ткани, в которой пористость составляет до 95-98%, размер пор от 100 до 500 мкм, рН 6,8-7,4, прочность при растяжении 3-5 МПа, фазовый состав - 100 масс. % альгинат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713657
Дата охранного документа: 06.02.2020
08.02.2020
№220.018.008a

Способ сопровождения в радиолокационной станции воздушной цели из класса "самолёт с турбореактивным двигателем" при воздействии уводящих по дальности и скорости помех

Изобретение относится к области вторичной цифровой обработки радиолокационных сигналов и может быть использовано в радиолокационной станции (РЛС) для формирования при сопровождении воздушной цели (ВЦ) из класса «самолет с турбореактивным двигателем» достоверной идентификации совместного или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713635
Дата охранного документа: 05.02.2020
15.02.2020
№220.018.02b4

Способ получения окрашенного однофазного пирофосфата кальция

Изобретение может быть использовано в производстве материалов для восстановления дефектов костной ткани, зубных пломб. Способ получения окрашенного однофазного пирофосфата кальция включает смешение лактата кальция с двузамещенным фосфатом аммония при их мольном соотношении, равном 1. Смешение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714188
Дата охранного документа: 12.02.2020
+ добавить свой РИД