Кальцийфосфатный цемент для заполнения костных дефектов

Изобретение относится к медицине, а именно использованию для закрытия полостей в костных тканях и лечения различных трещин травматического генеза. Кальцийфосфатные цементы (КФЦ) получают на основе реакционно-твердеющей порошковой смеси (РПС) и цементной жидкости. РПС представляет собой смесь кислых и основных фосфатов кальция или однокомпонентный порошок. При добавлении в РПС жидкости происходит взаимодействие между жидкостью и РПС с образованием новых кальцийфосфатных фаз с уровнем рН близким к нейтральному. В процессе взаимодействия происходит образование цементного раствора с последующим схватыванием и твердением с формированием цементного камня. КФЦ можно условно разделить на несколько классов, в том числе плотных и пористых. Применение плотных наиболее актуально для фиксации эндопротезов, создания прочных костных конструкций, а пористые используются в основном для регенерации новой костной ткани. Наиболее близким по техническому решению является цементный материал (патент РФ 2292865), в котором качестве РПС применяют смесь порошков гидроксиапатита (ГА) и трикальцийфосфата (ТКФ), в качестве жидкости используют раствор фосфатов магния и калия в фосфорной кислоте. В результате получают цементный камень на основе ГА. К недостаткам материала относится низкая пористость получаемого цементного камня. Это приводит к снижению скорости биорезорбции и, как следствие, к замедлению формирования новой костной ткани.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение пористости КФЦ материала. Для достижения технического результата предлагается использовать в качестве РПС смесь порошков ГА и трикальций фосфата (ТКФ), в качестве жидкости -раствор фосфатов магния и фосфорной кислоты, и добавку - карбонат калия. Добавка -карбонат калия при взаимодействии с жидкостью приводит к выделению углекислого газа, способствующему формированию пор в цементном камне. В результате получают цементный камень (основные фазы - гидроксиапатит, брушит и аморфный фосфат кальция) с пористостью до 60-80%. Цемент, состоящий из смеси ГА и ТКФ и жидкости на основе фосфатов магния и добавки карбоната натрия, - не известен. Отношение количества вводимой жидкости Ж (мл) к количеству РПС (г) должно быть в пределах 0.33-0,5 (Ж (мл)/ РПС (г)=0.33-0,5. После добавления жидкости в РПС, жидкость вступает в реакцию с РПС, при этом происходит частичное растворение РПС с последующим осаждением в виде аморфной фазы. В процессе схватывания формируется структура, состоящая из кристаллов фосфатов кальция, которые покрыты прослойками цементирующей аморфной фазы, обеспечивающей прочное сцепление кристаллов между собой. Введение ГА в количествах более 80% масс, приводит к быстрому схватыванию твердеющей смеси, что затрудняет применение данного материала в медицине. В случае использования жидкости в количестве, меньшем нижнего предела

(Ж (мл) / твердое (г) < 0.25) или использования высококонцентрированных растворов Ж с содержанием фосфата магния более 45% масс, и карбоната калия более 20%, получаемая смесь имеет высокую вязкость, что приводит к образованию многочисленных трещин и снижению времени схватывания до 1-2 минут, что недопустимо для цементов медицинского применения. При применении Ж в количестве выше верхнего предела (Ж (мл) / РПС (г) > 0.6) и разбавленных растворов с содержанием фосфата магния менее 10% масс, наоборот, смесь получается слишком жидкой, что не позволяет формовать изделия ввиду растекания цементного раствора, также при этом происходит значительное увеличение времени схватывания. При добавлении карбоната калия менее 5% пористость в цементах менее 30%, что ниже заявленных значений. При использовании жидкостей с уровнем рН более 4, жидкость быстро кристаллизуется, что не позволяет ее использовать. При использовании жидкости с уровнем рН менее 0,5 цементы получаются кислыми (рН менее 5) с большим содержанием кислых фосфатов кальция, что снижает их остеокондуктивные свойства.

Пример получения образца №1. Порошки 80 г ГА и 20 г ТКФ смешивают в вибромельнице корундовыми шарами в течение 20 минут. Полученную РПС в количестве 0,5 г (50%) смешивают с 0,5 мл жидкости (50%) масс. % (содержание фосфата магния MgHPO₄ - 40%, уровень рН жидкости 1,5, который достигается добавлением фосфорной кислоты). Смешение проводят в течение 1-2 минут металлическим шпателем на стекле до сметаноподобного состояния, после чего смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 0,8 см. Время схватывания 12 минут. По истечении 30 минут образец вынимают и помещают в термостат с температурой 37°С и относительной влажностью 100%. Через 24 часа отвержденный образец имеет пористость 80%. Материал состоял из фосфатов кальция - аморфный фосфат кальция, брушит, гидроксиапатит, трикальций фосфат.

Аналогично были изготовлены образцы, имеющие составы в пределах заявленных, и определены их свойства в сравнении с прототипом. Полученные результаты сведены в таблицу.