Результат интеллектуальной деятельности: ОСТЕОИНДУЦИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ "ИНДОСТ" (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к медицине, в частности к средствам для возмещения дефектов костей (костных кист, очагов остеонекроза, остеомиелитических секвестров) посредством имплантации в дефект материала, возбуждающего новообразование костной ткани.

Известно в настоящее время множество остеопластических материалов, содержащих коллаген и кальцийфосфатные вещества по отдельности или в сочетании: «Гидроксиапол», «Колапол», «Гапкол» (ЗАО НПО «Полистом», РФ); «КоллапАн» (Фирма «Интермедапатит», РФ); «Алломатрикс-имплант» (ООО «Коннект биофарм», РФ); «Остеопласт» (ООО НПК «Витафарм-Р», РФ); «Bio-Oss», «Bio-Oss Collagen» («Geistlich, Biomaterials» Швейцария); «Biobon», «Endobon» («Biomet Merck», Германия); «Osteoplant flex» («Bioteck», Италия).

Известно также, что остеоиндуцирующими свойствами обладает композиция неколлагеновых белков костной ткани (НБК), полученная путем экстрагирования раствором мочевины, освобождения от водорастворимых белков путем диализа против воды (Патент РФ №2050158, кл. А61К 35/32. // (А61К 35/32, 38:00. опубл. 20.12.1995).

Наиболее близким аналогом для заявляемого решения по составу, физико-химическим и биологическим свойствам является материал для возмещения костных дефектов, включающий коллаген и/или кальций-фосфатные вещества (патент РФ №2034572, кл. A61L 15/32, опубл. 10.05.1995).

Недостатком указанных препаратов является тот факт, что коллаген и кальций-фосфатные вещества самостоятельно не обладают остеоиндуцирующими свойствами и приобретают их после связывания пептидных факторов роста, циркулирующих в крови [Tissue Engineering: Applications in Maxillofacial Surgery and Perriodontics / Eds. S.E.Linch, R.G.Genco, R.E.Marcs. - Chicago: Quintesstnce Publishing Co, Inc. - 1999. - 300 р.].

Техническим результатом, достигаемым заявляемым решением, является получение препарата с высокой остеопластической способностью, обусловленной наличием непосредственно в нем веществ белковой природы, выделенных из костной ткани, обладающих остеоиндуцирующими свойствами.

Указанный результат достигается остеоиндуцирующим материалом, включающим гидроксиапатит с трикальцийфосфатом и/или коллаген, причем материал дополнительно содержит композицию неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующую остеогенез, при следующем соотношении компонентов на 100 г материала, г:

А также за счет того, что композиция гидроксиапатита с трикальцийфосфатом дополнительно содержит фторгидроксиапатит и/или карбонатапатит и/или кальцийфторид.

А также за счет того, что материал выполнен в виде гранул или порошка.

Указанный результат достигается остеоиндуцирующим материалом, включающим гидроксиапатиты и/или коллаген, причем материал дополнительно содержит композицию неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующую остеогенез, при следующем соотношении компонентов на 100 г материала, г:

А также за счет того, что композиция гидроксиапатита с трикальцийфосфатом дополнительно содержит фторгидроксиапатит, и/или карбонатапатит, и/или кальцийфторид.

А также за счет того, что материал выполнен в виде губки или керамики.

Указанный результат достигается остеоиндуцирующим материалом, включающим гидроксиапатит с трикальцийфосфатом и/или коллаген, причем материал дополнительно содержит композицию неколлагеновых белков костной ткани, стимулирующую остеогенез, и бидистиллированную воду при следующем соотношении компонентов на 100 г материала, г:

А также за счет того, что композиция гидроксиапатита с трикальцийфосфатом дополнительно содержит фторгидроксиапатит, и/или карбонатапатит, и/или кальцийфторид.

А также за счет того, что материал выполнен в виде геля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен регенерат в дырчатом дефекте бедренной кости крысы через 75 суток имплантации материала ИНДОСТ-гранулы (гематоксилин и эозин, об.10, ок.10); на фиг.2 - регенерат в дырчатом дефекте бедренной кости крысы через 75 суток имплантации материала ГИДРОКСИАПОЛ ГАП-99 г. (Пикрофуксин, об.10, ок.10), на фиг.3 - регенерат в диафизарном дефекте большеберцовой кости крысы через 60 суток после имплантации кальцийфосфат-коллагеновой губки (контроль), (эозин и гематоксилин, об.20, ок.10), на фиг.4 - регенерат в диафизарном дефекте большеберцовой кости крысы через 60 суток после имплантации ИНДОСТ-губки (опыт), (икросириус, об.20, ок.10), на фиг.5 - костный регенерат в зоне дефекта нижней челюсти крысы через 90 суток имплантации геля ГИДРОКИАПОЛ-коллаген (эозин и гематоксилин, об.40, ок.10), на фиг.6 - костный регенерат в зоне дефекта нижней челюсти крысы через 90 суток имплантации ИНДОСТ-гель (эозин и гематоксилин, об.40, ок.10).

Получение и применение заявляемого материала иллюстрируется неисчерпывающими примерами.

Пример выполнения 1

Готовят остеоиндуцирующий материал (ИНДОСТ-гранулы) состава,г:

ГИДРОКСИАПОЛ ГАП-99 г. (производства НПО «ПОЛИСТОМ») представляет собой композицию гидроксиапатита с трикальцийфосфатом.

Биотестирование остеоиндуцирующих материалов проводят на крысах, которым при соблюдении правил асептики и обезболивания малооборостистой дрелью с зубоврачебным бором создают дырчатый дефект диаметром 2,5 мм в области дистального эпифиза бедренной кости. Дефект заполняют материалом ИНДОСТ-гранулы, смоченным 0,15М раствором NaCl (опыт) или гранулы ГИДРОКСИАПОЛ ГАП-99 г. без композиции НБК (контроль). Животных выводят из эксперимента в сроки 14, 30 и 75 сут после операции. Препарируют оперированный фрагмент конечности и срезы депарафинируют в ксилоле и окрашивают гематоксилином и эозином, пикросириусом, по Ван Гизону и реактивом Шиффа. Достоверность различий активности регенераторного процесса в разных группах оценивали непараметрически, используя пакет программ SP.SS 8-02.

На основании проведенного морфофункционального анализа совокупности препаратов, полученных от 30 экспериментальных животных, делают заключение об остеоиндуктивной активности материала типа возбуждаемого им процесса костеобразования, влияния на скорость биодеградации частиц имплантата.

Во всех случаях имплантации в дырчатый дефект кости опытных и контрольных материалов развивается типичная гистологическая картина: Заполнение дефекта происходило за счет фиброзного (опыт) или фиброзно-хондроидного (контроль) пролиферата, по периферии которого постепенно формировались молодые костные балки, количество которых на 15-е сутки после операции при морфометрическом анализе достоверно выше в опыте.

Внутри как фиброзного, так и фиброзно-хондроидного регенерата визуализировали базофильно-окрашенные частицы имплантата, а также кистозные полости, образовавшиеся вследствие его биодеградации вследствие остеокластической резорбции частиц имплантированного материала. В динамике эксперимента на базе первичного регенерата продолжала формироваться молодая кость и к концу срока наблюдения (75 суток) костная рана в опыте была выполнена морфологически зрелой губчатой костной тканью, межтрабекулярные пространства содержали красный костный мозг (фиг.1). В контроле регенерат представлен менее зрелой костной тканью, находившейся в фазе репаративного ремоделирования - молодые костные балки в нем, дифференцирующиеся путем энхондрального остеогенеза, отличает вариабельность тинкториальных свойств - свидетельство адаптивного ремоделирования структуры костного регенерата (фиг.2).

Пример выполнения 2

Готовят материал ИНДОСТ-губку состава, г:

Биотестирование остеоиндуцирующих материалов проводят на крысах, которым при соблюдении правил асептики и обезболивания циркулярной пилой создают диафизарный дефект высотой 2 мм в средней части костей голени. Осуществляют ретроградный интрамедуллярный остеосинтез спицей диаметром 0,5 мм, на которую нанизывают фрагмент ИНДОСТ-губки, возмещающей дефект (опыт) или материал аналогичного состава, но не содержащий композиции НБК (контроль). Животных выводят из эксперимента в сроки 7, 14 и 60 сут после операции. Препарируют оперированный фрагмент конечности и готовят гистологические препараты, как принято. На основании проведенного морфофункционального анализа совокупности препаратов, полученных от 30 экспериментальных животных, делают заключение об остеоиндуктивной активности материала типа возбуждаемого им процесса костеобразования.

По данным сравнительного морфологического исследования возмещения дефекта трубчатой кости в условиях описанной модели воспроизведена типичная динамика репаративного остеогенеза в месте имплантации материала, обладающего остеоиндуцирующими свойствами. Однако морфофункциональные признаки его имели характерные особенности в группе «контроль» и «опыт».

В контроле к окончанию первой недели после операции в зоне вмешательства отмечается наличие элементов смешанного тромба, просвет костно-мозгового канала заполнен рыхлой соединительной тканью. Среди волокон соединительной ткани наблюдается значительное количество тонкостенных сосудов с большим просветом. В клеточных популяциях появляются макрофагальные и лимфоидные клетки. В диастазе между отломками отмечена организация гематомы, пролиферация грануляционной ткани, клеточная инфильтрация лимфоцитами и плазматическими клетками костного мозга. Концы отломков подвержены выраженным реактивным преобразованиям - в их составе преобладают юные изоформы коллагена, тинкториальные свойства неоднородны, наличествует большое количество резорбционных лакун.

В опыте уже к концу 7-х сут в рыхлой соединительной ткани, заполняющей межотломковое пространство, появляется сеть слабоминерализованных костных балок. Среди фибробластических элементов обнаружены макрофаги и лимфоидные клетки.

К концу 2-й недели в контрольной группе диастаз между отломками заполнен грубоволокнистой соединительной тканью, в которой отмечены очаги хондроидного пролиферата, дающие выраженную ШИК-реакцию, а их края подвергаются активной перестройке. В этот период на концах отломков отмечено наличие сети незрелых костных балок, плотной грубоволокнистой соединительной ткани со значительными участками хрящевой. Обнаружена также объемная периостальная мозоль, имеющая фиброзно-хондроидную структуру.

В опытной группе в этот срок выявлены незрелые, декомпозиционные костные балки, начинающие формировать интермедиарную мозоль. В зоне регенерации между образующимися костными балками выявляются остеобласты, а также остеокласты. Отмечено увеличение числа расширенных сосудов, что свидетельствует об адаптивном ремоделировании микроархитектоники костного вещества. Диастаз перекрывается выраженной периостальной мозолью с развитой сетью костных трабекул с очагами хондроида, тогда как регенерат в межотломковой щели состоит из более зрелых костных структур.

На 60-й день после создания дефекта кости в контрольной группе установлено, что на основе хрящевой и грубоволокнистой соединительной ткани, заполняющей дефект кости, выявлены процессы интенсивного остеогенеза - появление сети довольно зрелых костных балок, расположенных на концах отломков по периостальной и эндостальной поверхностям кортикальной пластинки. Диастаз полностью выполнен костными балками различной степени морфологической зрелости, среди которых присутствуют участки волокнистой и хрящевой ткани. Консолидация отломков происходит на основе объемной костно-фиброзно-хрящевой превентивной мозоли (фиг.3).

В тот же срок после вмешательства в опыте отломки прочно фиксированы зрелой костной тканью, периостальная мозоль практически отсутствует. Регенерат содержит коллаген, гетерогенный по степени морфологической зрелости и ориентационной упорядоченности, что свидетельствует о завершении процессов репаративного остеогенеза (фиг.4).

Пример выполнения 3

Готовят материал ИНДОСТ-гель состава, г:

24 крысы линии Вистар массой 180-220 г разделены на 2 группы: контрольную и опытную. Животным обеих групп в области ветви нижней челюсти под гексеналовым наркозом создавали сквозной дефект твердосплавным бором №3 на малых оборотах. В дефект челюсти крыс 1-й группы вводили гель из ГИДРОКСИАПОЛ ГАП-99 г. и коллагена I без НБК (контроль). Во 2-й группе (опыт) в костный дефект вводили ИНДОСТ-гель. Во время операции гель из шприца через толстую иглу вводили в дефект ветви челюсти и для предотвращения его вытекания закрывали с обеих сторон коллагеновыми мембранами, которые применяются для изготовления остеопластического материала «Пародонкол» (НПО «ПОЛИСТОМ»). Животных выводили из опыта в сроки 15, 30, 60 и 90 суток введением избыточной дозы гексенала. Челюсти выделяли, фиксировали в 10% нейтральном формалине и после общепринятой гистологической обработки заливали в парафин. Срезы толщиной 7-8 мкм окрашивали гематоксилином и эозином и анализировали с помощью световой микроскопии.

По данным сравнительного морфологического исследования возмещения дефекта плоских костей лицевого черепа в условиях описанной модели воспроизведена типичная динамика репаративного остеогенеза в месте имплантации материала, обладающего остеоиндуцирующими свойствами. Однако морфофункциональные признаки его показывают, что в группе «контроль» продолжается происходящая к концу периода наблюдения перестройка новообразованной кости. К 90 суткам происходит нарастание числа анастомозов балочек новообразованной костной ткани и формирование общего костного регенерата, заполняющего всю зону дефекта (фиг.5).

В тот же срок в опыте на долю волокнистой соединительной ткани приходились лишь узкие промежутки между костными балочками, вновь образованные костные балочки были спаяны с сохранившейся здесь пластинчатой костной тканью. Сами новообразованные балочки как по окраске, так и строению не отличались от сохранившейся костной ткани Граница между ними становилась практически неразличимой. Между костными балочками встречалась жировая ткань. В некоторых балочках встречались отдельные остеокласты (фиг.6).

Таким образом, предлагаемые материалы обладают существенно более выраженными свойствами возбуждать костеобразование, чем средства, от которых оно отличается содержанием композиций белков, способных индуцировать остеогенез. Эта способность обусловлена совокупностью ряда биологических факторов:

1. Стимулировать привлечение недифференцированных полипотентных клеток в место имплантации остеопластического материала.

2. Увеличивать число этих клеток в месте имплантации посредством их пролиферации.

3. По достижении определенной плотности этих клеток способствовать их дифференцировке в остеогенные и стимулировать экспрессию костного внеклеточного матрикса.

Масса белка, связывающегося с коллагеном 1 и (или) фосфатами кальция, определяется степенью сродства (аффинности) последних к указанным белкам. Содержание этих белков в модифицированном материале достаточно для получения остеоиндуцирующего эффекта, но не достигает величин, при которых проявляются их антигенные свойства, возможен иммунный ответ. Поэтому для получения композиций НБК и белков плазмы крови можно использовать алло- и ксеноматериалы.

Формы, в которых эти материалы могут быть приготовлены, удобны для заполнения как дефектов в виде полостей (костные кисты, остеомиелитические секвестры) - гранулы, порошки, так и для имплантации в диастаз между отломками кости (например, посттравматические или пострезекционные диафизарные дефекты) - керамика, губка с фиксацией их погружными или внекостными устройствами. Применение предлагаемого средства в медицине не требует разработки новых оперативных методик в сравнении с используемыми в настоящее время материалами.