Результат интеллектуальной деятельности: Нанодисперсная пластическая биоинженерная композиция на основе диоксида церия для восполнения объема костной ткани

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано в костно-пластической хирургии дефектов костной ткани челюстей при дентальной имплантации, а также в реконструктивной хирургии пародонта и направленной костной регенерации для восполнения объема костной ткани.

Дефекты костной ткани могут возникать после стоматологических оперативных вмешательств и их осложнений, а также в результате хронических деструктивных процессов.

Актуальным является поиск методов восполнения недостающего объема костной ткани, сопряженного с минимальной инвазией, а также возможностью заполнения дефектов непосредственно после удаления зуба или при проведении направленной костной регенерации. Кроме этого, необходимо чтобы биоконструкция обладала направленным стимулирующим действием на процессы регенерации.

Использование PRF-сгустков плазмы крови, насыщенных факторами роста для остео- и ангиогенеза позволяет частично решать данную задачу. Вместе с тем, такие PRF-сгустки не обладают достаточной устойчивостью, быстро распадаются и диффундируют в мягкие ткани. Как правило, такие сгустки используют в качестве мембран для закрытия дефектов, заполненных остеопластическим материалом, с целью насыщения его и краев дефекта факторами роста и ускорения регенерации.

В последнее время в лечении заболеваний пародонта используется PRP-плазма, обогащенная тромбоцитами аутоплазма в жидкой фазе. Тромбоциты содержат специфические белковые соединения - факторы роста, которые являются биологически активными полипептидными молекулами, активирующими рецепторы на поверхности клеток, что, в свою очередь, запускает процесс регенерации тканей. Тромбоцитарная аутологичная плазма (ТАП), является высокоактивным биологическим стимулятором процессов регенерации за счет содержащихся в альфа гранулах тромбоцитов различных факторов роста, действующих на все структурные единицы окружающих тканей и стимулирующих процессы регенерации. Причиной применения аутологичной плазмы с богатым содержанием тромбоцитов стало открытие того факта, что тромбоциты содержат белковые факторы (PRP-factors), инициализирующие клеточный регенеративный процесс.

Жидкую фазу самой плазмы можно вводить в ткани только инъекционным способом. В конечном итоге данная методика применима только для мягких тканей, и лишь опосредованно для костной ткани.

Для получения устойчивой конструкции с целью заполнения костных дефектов и, при этом, насыщенной тромбоцитарными факторами роста, а также другими неспецифическими стимуляторами остео- и ангиогенеза, необходимо использование их на носителе. Таким наполнителем может быть гранулированный остеопластический материал различного происхождения - ксеногенный, синтетический.

Дополнительным стимулирующим фактором может служить введение в конструкцию нанодисперсного диоксида церия. Специфическая способность нанодисперсного диоксида церия к регенерации - крайне важное свойство данного материала. Нанодисперсный СеОг способен имитировать свойства ряда ферментов. Его регенеративное поведение также обеспечивает ферментоподобную активность. Способность нанодисперсного диоксида церия выполнять функции энзимов представляет несомненную перспективу при купировании всевозможных патологических процессов, связанных прежде всего с окислительным стрессом. Так, наночастицы диоксида церия ускоряют заживление ран за счет снижения окислительного повреждения мембран и белков, повышают пролиферацию и миграцию фибробластов, кератиноцитов и эндотелиальных клеток сосудов.

В результате проведенного информационно-патентного поиска отобраны для последующего анализа следующие патенты.

Известен материал для имплантации и пластики пародонта, который содержит богатую тромбоцитами аутоплазму пациента, порошок никелида титана с размерами частиц до 100 нм, коллоидное 2,5% наноструктурированное серебро с размерами частиц до 20 нм. Предложен способ получения материала, который заключается в том, что кровь пациента центрифугируют, отделяют плазму от сгустка крови, выделенный сгусток гомогенизируют, добавляют к нему коллоидное наноструктурированное серебро, порошок никелида и полученную после центрифугирования плазму, затем компоненты смешивают с помощью ультразвука и получают однородную композицию зеленого цвета с перламутровым переливом, которую используют в течение 1-2 часов (РФ№2399387).

Известна композиция для стимуляции регенерации костной ткани челюстей, содержащая гидроксид кальция, сульфат бария и нанокристаллический диоксид церия в изотоническом растворе. Соотношение компонентов в композиции составляет 40-42 мас. % гидроксида кальция; не менее 8 мас. % сульфата бария; 0,3-2 мас. % нанокристаллического диоксида церия; остальное до 100 мас. % - изотонический раствор(РФ№2653480).

Известен способ дентальной имплантации, заключающийся в следующих этапах. Проводят разрез слизистой оболочки и надкостницы. Обнажают альвеолярный отросток челюсти. Формируют костное ложе. Образовавшийся костный канал заполняют аутоплазмой в виде геля, обогащенной тромбоцитами, после чего устанавливают имплантат методом инструментального ввинчивания. Перед наложением швов на альвеолярный отросток укладывают мембрану из аутоплазмы, обогащенной тромбоцитами. Недостатком данного способа является недостаточная первичная стабильность внутрикостной части, узкие показания к применению, недостаточный остеоиндуктивный потенциал, замедленная интеграция с костной тканью, высокая травматичность. (РФ №2416376).

Известен способ повышения надежности дентальной имплантации при низкой плотности кости, заключающийся в том, что проводят разрез слизистой оболочки и надкостницы, обнажают альвеолярный отросток челюсти, формируют костное ложе, образовавшийся костный канал заполняют аутоплазмой в виде геля, обогащенной тромбоцитами, после чего устанавливают имплантат методом инструментального ввинчивания, перед наложением швов на альвеолярный отросток укладывают мембрану из аутоплазмы, обогащенной тромбоцитами (РФ №2435547). Данный метод не предусматривает возможность увеличения объема кости и, следовательно, применим только при клинических ситуациях, не требующих восстановления атрофии челюстной кости.

Известен способ регенерации костного дефекта, включающий отслоение слизисто-надкостничного лоскута, подготовку внутренних поверхностей костного ложа с помощью костезамещающего материала до полного прилегания, заполнение дефекта аутоплазмой, обогащенной тромбоцитами и факторами роста, укрытие резорбируемой коллагеновой мембраной, сведение краев ран и ушивание. В качестве костезамещающего материала используют измельченную резорбируемую коллагеновую мембрану Bio-Gide, предварительно соединенную с раствором тромбина 50 Ед/мл до загустевания в количестве 1-5 мас. %, после чего внутреннюю поверхность костного дефекта закрывают полученной смесью путем уплотнения, подготовленную внутреннюю область дефекта заполняют обогащенной тромбоцитами аутоплазмой пациента, содержащей нанодисперсный диоксид церия и Ренопластин, затем внутрь дефекта укладывают обрезанную по форме и размеру резорбируемую коллагеновую мембрану Bio-Gide, обеспечивая ее полное прилегание к аутоплазме, после чего на края костного дефекта укладывают резорбируемую коллагеновую мембрану Bio-Gide пористой поверхностью внутрь, перекрывающую края дефекта на 3-4 мм под слизистую оболочку и сверху дополнительно укладывают вторую резорбируемую коллагеновую мембрану Bio-Gide пористой поверхностью наружу крестообразно для плотной фиксации костного дефекта (РФ №2709723).

Известен биокомплекс для стимуляции восстановления микроархитектоники костной ткани челюстно-лицевой области содержий, обогащенную тромбоцитами аутоплазму пациента, наноструктурированный биостимулятор, наполнитель и активатор Ренампластин, причем в качестве наноструктурированного биостимулятора используют нанокристаллический диоксид церия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: обогащенная тромбоцитами аутоплазма - 5-50; нанокристаллический диоксид церия - 1-5; активатор - 1-10; изотонический раствор - остальное до 100%. Примененяется биокомплекс в виде геля. Нанокристаллический диоксид церия растворяется в изотоническом растворе. Изобретение обеспечивает сокращение сроков восстановления целостности костных структур за счет оптимизации репаративного остеогенеза, а также повышение удобства применения биокомплекса за счет создания композиции в виде геля, удобного для применения (РФ №2726821).

Общими недостатками известных композиций и способов является: - отсутствие какого-либо носителя, например, в виде гранул, остеопластических материалов, мембраны и т.д. не позволяет в полной мере придать объем (форму) наполнителю, что в последствии будет приводить к его растеканию и диффузии в окружающие ткани, вследствие чего ожидаемый положительный результат наращивания кости не достигается в полной мере;

- высокий риск развития осложнений в донорской зоне;

- длительный срок лечения и наступления полезного результата.

Технической задачей изобретения является создание биоинженерной композиции для восполнения костного дефекта в пластической форме на основе L-PRF и PRP-плазмы, обогащенной тромбоцитами и факторами роста, с использованием нанодисперсного диоксида церия и гранулированного наполнителя.

Техническим результатом использования предлагаемой биоинженерной композиции является создание пластической биорезорбируемой композиции, обладающей направленным стимулирующим эффектом, влияющим на пролиферацию остеобластов, снижение атрофических процессов, сохранение структуры слизистой оболочки, сведение к минимуму осложнений воспалительного характера в послеоперационном периоде, достижение более надежной изоляции костной раны от негативного воздействия содержимого полости рта, включая патогенную инфекцию.

Технический результат достигается за счет использования пластической биоинженерной композиции для восполнения объема костной ткани челюстно-лицевой области, включающей смесь гранулированного ксеногенного или синтетического наполнителя с фибриновым сгустком L-PRF с размерами частиц 0.25-1.00 мм и суспензию PRP плазмой пациента с нанодисперсным диоксидом церия в физиологическом растворе в концентрации 10^-5 М при соотношении 2:1 при соотношении компонентов композиции наполнитель (г) : L-PRF (г) : PRP с нанодисперсным диоксидом церия (мл), равном 1:4:2.

Наличие в композиции нанодисперсного диоксида церия, растворенного в обогащенной PRP плазме пациента, обеспечивают улучшенную пролиферацию клеток, антибактериальный и противовирусный эффект, значительное улучшение терапевтического эффекта. Нанодисперсный диоксид церия является уникальным неорганическим материалом, проявляющим высокую степень кислородной нестехиометрии в нанокристаллическом состоянии.

Специфическая способность нанодисперсного диоксида церия к регенерации важное свойство данного материала. Традиционные антиоксиданты (аскорбиновая кислота, токоферол, метионин и пр.) способны участвовать только в одном редокс-цикле, после чего инактивируются. Нанодисперсный диоксид церия имеет преимущество перед существующими антиоксидантами, в ряде случаев и превосходит их по своей активности.

Сущность изобретения поясняется приведенными ниже примерами реализации заявляемых способов.

ПРИМЕР 1. Способ получения пластической биоинженерной композиции. См. таблицу 1

У пациентов из локтевой вены проводился забор венозной крови по стандартной методике в три пробирки в объеме 9 мл в каждую - две из них без активатора для получения PRF-сгустков и одна с активатором цитрат натрия для получения PRP-плазмы. Непосредственно после забора крови пробирки помещались в центрифугу. Для получения фибриновых (L-PRJ) сгустков пробирки без активатора центрифугировали в заданном режиме: 2700 об/мин в течение 12 минут. После этого в пробирках формировались три слоя - плазма крови, тромбоциты и лейкоциты в структуре фибринового сгустка, и эритроциты, осажденные на дне пробирки. Затем из пробирок с использованием прямого пинцета отбирали богатый лейкоцитами и тромбоцитами фибриновый сгусток, помещали в стерильную чашку. Полученные сгустки плазмы отжимали в боксе для удаления излишков сыворотки. Фибриновый сгусток (L-PRF) измельчали и смешивали с гранулированным наполнителем (размер гранул 0.25-1,00 мм), в качестве которого использовали остеопластический материал ксеногенный или синтетический. Использовали материалы для замещения дефектов кости:

- ксеногенные - полученные из очищенной костной муки коров и свиней;

- синтетические - искусственный гидроксиапатит.

Пробирку с активатором цитратом натрия центрифугировали на скорости 10000 об/мин в течение 10 мин для получения PRP-плазмы, которую затем отбирали с помощью шприца в отдельную пробирку в объеме около 5 мл. К этой PRP-плазме добавляли суспензию нанодисперсного диоксида церия в физиологическом растворе с диаметром частиц 5-10 нм в концентрации 10^-5 М в объеме 2,5 мл, в соотношении 2:1.

В титановом блюдце прямоугольной формы размером 12×17×8 мм помещали наполнитель, измельченные фибриновые сгустки (L-PRF). Затем добавляли 2 мл пластичного материала нанодисперсного диоксида церия в жидкой дисперсной среде плазмы крови PRP-плазмы, полученной из пробирки с активатором.

В титановом блюдце получали композицию из остеопластического материала в качестве наполнителя, измельченных фибриновых сгустков (L-PRF) и полученной плазмы с нанодисперсным диоксидом церия. Затем добавляли 2 мл суспензии нанодисперсного диоксида церия в жидкой дисперсной среде плазмы крови PRP-плазмы, полученной из пробирки с активатором. Соотношение компонентов (наполнитель : PRF : PRP с нанодисперсным диоксидом церия) равно 1:4:2.

Композицию перемешивали 5-10 сек с помощью титанового шпателя до получения гомогенизированной смеси. В течение 10 мин наполнитель насыщался раствором, впитывая его в себя. Полученную композицию доставали из формы, клали на мелкую решетку. Остатки жидкости выходят и получается мягкая пластичная биоинженерная композиция, которую можно использовать для заполнения дефектов костной ткани различной конфигурации. Композиция полностью заполняет дефект, что позволит поддерживать объем костной ткани до формирования новой кости, а факторы роста и нанодисперсный диоксид церия, способствующий стимуляции регенерации костной с формированием правильной морфогенетической кости.

Во всех случаях испытаний наблюдалось снижение атрофических процессов, сохранение структуры костной ткани. Осложнений воспалительного характера в послеоперационном периоде не отмечено.

Данная биокомпозиция для заполнения дефектов костной ткани в челюстно-лицевой области обладает направленным стимулирующим эффектом, влияющим на пролиферацию остеобластов, а также выраженным биостимулирующим действием.

Результаты использования биокомпозиции см. таблицу 1. Пример 2. Биологические испытания (см. рис. 1 и рис. 2).

Эксперименты проводили на кроликах породы шиншилла. На правой стороне челюсти кролика в диастеме между резцами и молярами в отпрепарированное отверстие вводили новую биокомпозию, для восполнения объема костной ткани челюстей и стимуляции регенерации на основе костного ксеногенного наполнителя, L-PRF и PRP с нанодисперсным диоксидом церия, с левой стороны вводили костные гранулы материала «Bio-Oss».

Для получения достоверных данных проводили комплексный морфологический анализ на этапах регенерации костной ткани, выводя животных из эксперимента на 15, 25, 35, 45, 55 сутки. Морфологический анализ показал, что после импалантации гранулярного материала «Bio-Oss» к 35 суткам формируется очаг соединительной ткани более крупного размера с базофильными массами и мелкими фрагментами некротизированных костных балок, а к 55 суткам образуется новообразованная костная ткань близкая по строению к компактной кости кортикальной пластинки (рис. 1).

В месте имплантации новой предложенной биоконструкции к 35 суткам объем новообразованной соединительной ткани значительно меньше, костные секвестры и базофильный материал не встречаются. Процессы остеосинтеза и ремоделирования костной ткани не завершаются к 55 суткам, образуются участки кости по строению близкие как к компактной, так и губчатой костной ткани (рис. 2).

Поставленная задача решена за счет комплексного подхода к созданию постоянной остеоиндуктивности в области костного дефекта с применением остеопластических материалов, содержащих факторы роста и регенерации костной ткани, которые непосредственно контактируют с наращиваемой костной тканью. Применение новой композиции на основе наполнителя различного происхождения с аутоплазмой крови, обогащенной тромбоцитами, позволяет создать в участке ее введения в ткани высокую концентрацию факторов роста, управляющих местными процессами регенерации и иммунокоррекции.