Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ

Изобретение относится к области регенеративной медицины и тканевой инженерии.

Известны костные трансплантаты, содержащие фосфат кальция и хитозан [пат. US №9040093, опубл. 26.05.2015] получаемые добавлением хитозана к раствору уксусной кислоты для приготовления суспензии с образованием соответствующей концентрации хитозана, последующим перемешиванием суспензии в течение не менее 4 часов при комнатной температуре и, после смешивания, добавлением 0,5 г фосфата кальция в 20 мл суспензии и перемешиванием в течение 60 минут при комнатной температуре, последующим замораживанием и лиофилизацией смеси до формирования костного трансплантата. Недостатками указанного изобретения являются необходимость предварительного получения фосфата кальция для последующего добавления к суспензии, а также использование относительно сложного метода лиофилизации.

Известны пористые композиционные материалы на основе хитозана для заполнения костных дефектов [пат. РФ №2376019, опубл. 20.12.2009, бюл. №35] получаемые путем растворения порошка высокомолекулярного хитозана в растворе этановой кислоты при рН от 6 до 6,5 и, после полного растворения хитозана, последующего добавления в раствор при перемешивании кальций-фосфатных наполнителей в количестве до 90 мас. % и порошка добавки карбоната аммония до 60 мас. %, промывания полученной губки этанолом и сушки на воздухе до удаления этанола. Недостатком указанного изобретения является использование в процессе получения губки предварительно синтезированных кальций-фосфатных наполнителей размером 1 - 1000 мкм, не являющихся наноразмерными, что необходимо для достижения лучших показателей структурной биосовместимости и остеокондуктивности биоматериала.

Также известен пористый композиционный материал на основе хитозана и желатина для заполнения костных дефектов [пат. РФ №2412711, опубл. 27.02.2011, бюл. №6] получаемый путем растворения высокомолекулярного хитозана при рН от 6 до 6,5 в растворе уксусной кислоты, добавления водного раствора желатина после полного растворения хитозана, последующего добавления при перемешивании наполнителя октакальцийфосфата в количестве до 75 мас. % и порошка добавки карбоната аммония от 5 до 60 мас. %, смешивания компонентов пропеллерной мешалкой со скоростью оборотов 800-1000 об/мин, промывания полученной губки этанолом и сушкой на воздухе до удаления этанола. Недостатками указанного изобретения являются использование карбоната аммония и уксусной кислоты, образующих ацетат аммония в качестве побочного продукта и его последующее удаление, а также необходимость отдельного предварительного получения кальций-фосфатного наполнителя для добавления к раствору в процессе получения пористого композиционного материала.

Техническим результатом является получение биосовместимого пористого нанокомпозита для регенерации костной ткани на основе пористого хитозанового скаффолда и наноразмерных частиц фосфата кальция. Хитозан, используемый для получения пористого скаффолда является биосовместимым, биодеградируемым и обладает низкой токсичностью, что способствует его широкому использованию в области медицины. Желатин, также использующийся в процессе получения скаффолда обладает низкой токсичностью. Размеры пор нанокомпозита варьируются от 73 мкм до 439 мкм и обладают взаимосвязанным и взаимопроникающим характером, образующим губчатую структуру.

Пористость нанокомпозита составляет 70%. Высокая степень пористости и характер распределения пор в нанокомпозите достигается благодаря вспениванию смеси в результате химического взаимодействия добавки карбоната кальция, используемого в качестве вспенивающего агента и уксусной кислоты, находящейся в смеси, причем образующийся в результате побочный продукт - ацетат кальция непосредственно используется для получения наноразмерных частиц фосфата кальция, что позволяет уменьшить время получения нанокомпозита, а также исключает необходимость этапа удаления побочного продукта из смеси. При этом используемый для вспенивания карбонат кальция обладает низкой токсичностью. В объеме и порах нанокомпозита присутствуют наноразмерные частицы фосфата кальция. Подобный результат достигается формированием наноразмерных частиц фосфата кальция in situ в смеси при перемешивании в результате химического взаимодействия побочного продукта вспенивания - ацетата кальция и добавляемого в смесь раствора ортофосфата калия семиводного (K₃PO₄⋅7Н₂О). Это позволяет отказаться от дополнительных этапов отдельного получения частиц фосфата кальция для их последующего использования при получении композиционного материала. Вспенивание смеси и формирование наноразмерных частиц фосфата кальция осуществляется при кратковременном и интенсивном перемешивании смеси пропеллерной мешалкой, что способствует образованию пор малых размеров и высокой степени пористости, а также распределению наноразмерных частиц фосфата кальция в объеме смеси.

Технический результат достигается тем, что получение нанокомпозита включает растворение порошка кислоторастворимого хитозана молекулярной массой 100-300 кДа и степенью дезацетилирования 80-85% в количестве 3-7 мас. % в 10-20% уксусной кислоте, добавление к раствору хитозана водного раствора желатина в количестве 4-8 мас. % в пересчете на чистое вещество и перемешивание полученной смеси до полного растворения желатина, добавление в качестве вспенивающего агента навески карбоната кальция в количестве 3-7 мас. % к смеси и ее вспенивание при кратковременном и интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд, добавление водного раствора ортофосфата калия семиводного (K₃PO₄⋅7Н₂О) в количестве 10-14 мас. % в пересчете на чистое вещество к смеси при ее кратковременном и интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд для формирования наноразмерных частиц фосфата кальция in situ в смеси, сушки полученной смеси при температуре 65°С до полного высыхания. Краткое описание чертежей.

Фигура 1. Микрофотография пористой поверхности нанокомпозита для регенерации костной ткани.

Фигура 2. Микрофотография наноразмерных частиц фосфата кальция (светлые частицы), включенных в структуру нанокомпозита для регенерации костной ткани.

Описанный способ поясняется на примере его осуществления.

Кислоторастворимый хитозан молекулярной массой 200 кДа и степенью дезацетилирования 84% в количестве 5,35 мас. % растворяют в 20 мл 15% уксусной кислоты. К желатину, количеством 6,43 мас. % добавляют 20 мл дистиллированной воды и оставляют набухать желатин в течение 40-60 минут, после чего перемешивают раствор на магнитной мешалке при нагревании до температуры 50°С со скоростью 200-300 об/мин в течение 10 минут до полного растворения желатина. Добавляют водный раствор желатина к раствору хитозана и перемешивают полученную смесь пропеллерной мешалкой со скоростью 300 об/мин до полного растворения желатина. Добавляют навеску карбоната кальция в количестве 5,35 мас. % к смеси и интенсивно перемешивают ее пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд. Растворяют K₃PO₄⋅7Н₂О в количестве 12,02 мас. % в 5 мл дистиллированной воды и добавляют полученный раствор к смеси при ее интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 1100-1300 об/мин в течение 45-60 секунд. Полученную смесь помещают в форму и высушивают при температуре 65°С до полного высыхания.