Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления костнопластического материала

Изобретение относится к области медицины, а именно к области травматологии, к способу изготовления костнопластического материала и может быть использован при проведении реконструктивно-восстановительных операций в практике травматологов-ортопедов, нейрохирургов-вертебрологов, челюстно-лицевых хирургов.

Известен способ изготовления аллогенного костнозамещающего материала, включающий очистку фрагментов костной ткани от органических компонентов костного мозга и клеточных элементов до минерально-коллагенового матрикса, промывают в антибактериальном растворе, оставляют в холодильнике при температуре +4°С, промывают в водяной шейкерной бане в предварительно разогретой дистиллированной воде, затем костные блоки неоднократно промывают в 10% водном растворе гидрокарбоната натрия и обрабатывают ультразвуком при температуре 59°С, при этом циклы повторяют до момента определения факта отсутствия белка в промывной жидкости, выполняют промывание костных блоков предварительно нагретым 3% раствором перекиси водорода, затем подвергают лиофилизации, герметично пакуют в двойной стерильный пакет, стерилизуют потоком быстрых электронов, (см. патент РФ №2715238, МПК A61K 35/32, 26.02.2020).

Однако известный способ при своем использовании обладает следующими недостатками:

- не обеспечивает в достаточной степени проведение глубокой и безопасной очистки костного матрикса при изготовлении костнопластического материала,

- в недостаточной степени обеспечивает сохранение структуры костного матрикса и остеокондуктивности изготовленного костнопластического материала,

- недостаточно обеспечивает сохранение структуры нативных морфогенетических белков и остеоиндуктивности изготовленного костнопластического материала,

- в недостаточной степени обеспечивает снижение антигенности изготовленного костнопластического материала,

- недостаточно обеспечивает повышение биосовместимости изготовленного костнопластического материала.

Задачей изобретения является создание способа изготовления костнопластического материала.

Техническим результатом является обеспечение в необходимой и достаточной степени проведения глубокой и безопасной очистки костного матрикса при изготовлении костнопластического материала, надежное обеспечение сохранения структуры костного матрикса и остеокондуктивности изготовленного костнопластического материала, надежное обеспечение сохранения структуры нативных морфогенетических белков и остеоиндуктивности изготовленного костнопластического материала, достижение высокой степени снижения антигенности изготовленного костнопластического материала, а также обеспечение высокой биосовместимости изготовленного костнопластического материала.

Технический результат достигается тем, что предложен способ изготовления костнопластического материала, характеризующийся тем, что партию полученных из губчатой ткани человека или животных костных фрагментов очищают от органических компонентов костного мозга и клеточных элементов до минерально-коллагенового матрикса, промывают в течение 20-480 минут в 0,05-0,5% антибактериальном водном растворе цефалоспорина, затем партию губчатых костных фрагментов промывают сначала в орбитальном шейкере в стерильной дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 1,5-8 часов, осуществляя смену стерильной дистиллированной воды через каждые 15-45 минут, затем партию губчатых костных фрагментов промывают в орбитальном шейкере в течение 40-480 минут в 0,1-10% водном растворе хлорида натрия при частоте колебаний 20-380 в минуту, выдерживают в течение 4-16 часов в холодильнике при температуре +4°С-+6°С в герметичной таре, промывают проточной водой при температуре 40-60°С под давлением 0,2-1,5 атм. в течение 2-6 часов и партию губчатых костных фрагментов подвергают циклической обработке в следующей последовательности каждого цикла: размещают в ванне с 5-10% водный раствором гидрокарбоната натрия с температурой 40-60°С и в течение 30-120 минут обрабатывают ультразвуковой кавитацией при частоте 20-45 кГц; затем партию губчатых костных фрагментов размещают в ванне с 1-3% раствором перекиси водорода с температурой 40-60°С и в течение 30-120 минут обрабатывают ультразвуковой кавитацией при частоте 20-45 кГц; затем партию губчатых костных фрагментов размещают в орбитальном термошейкере со стерильной дистиллированной водой с температурой 40-60°С и промывают в течение 60-120 минут при частоте колебаний 40-200 в минуту со сменой дистиллированной стерильной воды через каждые 30-60 минут, при этом выполняют от 2 до 7 циклов до момента отсутствия белка по результатам контрольного исследования в последней промывной стерильной дистиллированной воде, далее партию губчатых костных фрагментов подвергают глубокой очистке и делипидизации методом сверхкритической глубокой флюидной экстракции при температуре 20-80°С и давлении 6,5-98 МПа в течение 120-1440 минут, выполняют лиофилизацию в течение 4-60 часов, герметично упаковывают в двойную стерильную тару, затем герметично упакованную в двойную стерильную тару партию губчатых костных фрагментов подвергают финишной стерилизации потоком быстрых электронов дозой 15-25 кГр. импульсами в диапазоне их энергии от 4 до 10 МэВ при полном токе ускоренных электронов в импульсе от 100 мА до 1 А с длительностью импульса 5-15 мксек, при этом расстояние от выходного окна ускорителя до поверхности стерилизуемых пакетов выбрано от 4 до 15 см. При этом в качестве антибактериального водного раствора цефалоспорина используют водный раствор цефотаксима или цефепима.

Способ осуществляется следующим образом. Партию полученных из губчатой ткани человека или животных костных фрагментов очищают от органических компонентов костного мозга и клеточных элементов до минерально-коллагенового матрикса и промывают в течение 20-480 минут в 0,05-0,5% антибактериальном водном растворе цефалоспорина. При этом в качестве антибактериального водного раствора цефалоспорина используют водный раствор цефотаксима или цефепима.

Партию губчатых костных фрагментов промывают сначала в орбитальном шейкере в стерильной дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 1,5-8 часов, осуществляя смену стерильной дистиллированной воды через каждые 15-45 минут. Затем партию губчатых костных фрагментов промывают в орбитальном шейкере в течение 40-480 минут в 0,1-10% водном растворе хлорида натрия при частоте колебаний 20-380 в минуту и выдерживают в течение 4-16 часов в холодильнике при температуре +4°С-+6°С в герметичной таре.

Партию губчатых костных фрагментов промывают проточной водой при температуре 40-60°С под давлением 0,2-1,5 атм. в течение 2-6 часов и подвергают циклической обработке в следующей последовательности каждого цикла:

- размещают в ванне с 5-10% водный раствором гидрокарбоната натрия с температурой 40-60°С и в течение 30-120 минут обрабатывают ультразвуковой кавитацией при частоте 20-45 кГц;

- размещают в ванне с 1-3% раствором перекиси водорода с температурой 40-60°С и в течение 30-120 минут обрабатывают ультразвуковой кавитацией при частоте 20-45 кГц;

- размещают в орбитальном термошейкере с стерильной дистиллированной водой с температурой 40-60°С и промывают в течение 60-120 минут при частоте колебаний 40-200 в минуту со сменой дистиллированной стерильной воды через каждые 30-60 минут.

При этом выполняют от 2 до 7 циклов до момента отсутствия белка по результатам контрольного исследования на приборе Qubit 3.0 фирмы Thermo Fisher Scientific в последней промывной стерильной дистиллированной воде.

Партию губчатых костных фрагментов подвергают глубокой очистке и делипидизации методом сверхкритической глубокой флюидной экстракции при температуре 20-80°С и давлении 6,5-98 МПа в течение 120-1440 минут. Выполняют лиофилизацию в течение 4-60 часов.

Готовую партию губчатых костных фрагментов герметично упаковывают в двойную стерильную тару и подвергают финишной стерилизации потоком быстрых электронов дозой 15-25 кГр. импульсами в диапазоне их энергии от 4 до 10 МэВ при полном токе ускоренных электронов в импульсе от 100 мА до 1 А с длительностью импульса 5-15 мксек. При этом расстояние от выходного окна ускорителя до поверхности стерилизуемых пакетов выбрано от 4 до 15 см.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенный способ изготовления костнопластического материала, отличительными являются:

- промывание партии губчатых костных фрагментов в течение 20-480 минут в 0,05-0,5% антибактериальном водном растворе цефалоспорина,

- промывание партии губчатых костных фрагментов сначала в орбитальном шейкере в стерильной дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 1,5-8 часов, осуществляя смену стерильной дистиллированной воды через каждые 15-45 минут, затем в орбитальном шейкере в течение 40-480 минут в 0,1-10% водном растворе хлорида натрия при частоте колебаний 20-380 в минуту,

- выдерживание партии губчатых костных фрагментов в течение 4-16 часов в холодильнике при температуре +4°С-+6°С в герметичной таре,

- промывание проточной водой при температуре 40-60°С под давлением 0,2-1,5 атм. в течение 2-6 часов,

- партию губчатых костных фрагментов подвергают циклической обработке в следующей последовательности каждого цикла: размещение в ванне с 5-10% водный раствором гидрокарбоната натрия с температурой 40-60°С и в течение 30-120 минут обрабатывание ультразвуковой кавитацией при частоте 20-45 кГц;

- размещение партии губчатых костных фрагментов в ванне с 1-3% раствором перекиси водорода с температурой 40-60°С и обрабатывание в течение 30-120 минут ультразвуковой кавитацией при частоте 20-45 кГц;

- размещение партии губчатых костных фрагментов в орбитальном термошейкере со стерильной дистиллированной водой с температурой 40-60°С и промывание в течение 60-120 минут при частоте колебаний 40-200 в минуту со сменой дистиллированной стерильной воды через каждые 30-60 минут,

- выполнение от 2 до 7 циклов до момента отсутствия белка по результатам контрольного исследования в последней промывной стерильной дистиллированной воде,

- выполнение глубокой очистки и делипидизации партии губчатых костных фрагментов методом сверхкритической глубокой флюидной экстракции при температуре 20-80°С и давлении 6,5-98 МПа в течение 120 - 1440 минут,

- выполнение лиофилизации в течение 4-60 часов,

- выполнение герметичной упаковки партии губчатых костных фрагментов в двойную стерильную тару,

- выполнение финишной стерилизации герметично упакованной в двойную стерильную тару партии губчатых костных фрагментов потоком быстрых электронов дозой 15-25 кГр. импульсами в диапазоне их энергии от 4 до 10 МэВ при полном токе ускоренных электронов в импульсе от 100 мА до 1 А с длительностью импульса 5-15 мксек,

- выбор расстояния от выходного окна ускорителя электронов до поверхности стерилизуемых пакетов от 4 до 15 см,

- использование в качестве антибактериального водного раствора цефалоспорина водного раствора цефотаксима или цефепима.

Экспериментальные и клинические исследования предложенного способа изготовления костнопластического материала показали его высокую эффективность. Предложенный способ изготовления костнопластического материала при своем использовании обеспечил в необходимой и достаточной степени проведение глубокой и безопасной очистки костного матрикса при изготовлении костнопластического материала, надежно обеспечил сохранение структуры костного матрикса и остеокондуктивности изготовленного костнопластического материала, надежно обеспечил сохранение структуры нативных морфогенетических белков и остеоиндуктивности изготовленного костнопластического материала. При этом достигнута высокая степень снижения антигенности изготовленного костнопластического материала, а также обеспечена высокая биосовместимость изготовленного костнопластического материала.

Реализация предложенного способа изготовления костнопластического материала иллюстрируется следующими практическими примерами.

Пример 1. Партию губчатых костных фрагментов в виде головок бедренной кости, резецированных при выполнении первичной тотальной артро-пластики тазобедренного сустава, хранящихся при температуре минус 80°С и оттаянных до комнатной температуры, очистили от органических компонентов костного мозга и клеточных элементов до минерально-коллагенового матрикса и промыли в течение 240 минут в 0,25% антибактериальном водном растворе цефалоспорина, в качестве которого использовали водный раствор цефотаксима.

Партию губчатых костных фрагментов промыли сначала в орбитальном шейкере в стерильной дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 4,5 часов, при этом осуществляли смену стерильной дистиллированной воды через каждые 30 минут. Затем партию губчатых костных фрагментов промыли в орбитальном шейкере в течение 240 минут в 0,5% водном растворе хлорида натрия при частоте колебаний 200 в минуту и выдержали в течение 10 часов в холодильнике при температуре +5°С в герметичной таре.

Партию губчатых костных фрагментов промыли проточной водой при температуре 50°С под давлением 0,8 атм. в течение 4 часов и подвергли циклической обработке в следующей последовательности каждого цикла:

- разместили в ванне с 7% водный раствором гидрокарбоната натрия с температурой 50°С и в течение 80 минут обработали ультразвуковой кавитацией при частоте 30 кГц;

- разместили в ванне с 2% раствором перекиси водорода с температурой 50°С и в течение 80 минут обработали ультразвуковой кавитацией при частоте 35 кГц;

- разместили в орбитальном термошейкере с стерильной дистиллированной водой с температурой 50°С и промыли в течение 90 минут при частоте колебаний 120 в минуту со сменой дистиллированной стерильной воды через каждые 45 минут.

При этом выполнили 5 циклов до момента отсутствия белка по результатам контрольного исследования на приборе Qubit 3.0 фирмы Thermo Fisher Scientific в последней промывной стерильной дистиллированной воде.

Партию губчатых костных фрагментов подвергли глубокой очистке и делипидизации методом сверхкритической глубокой флюидной экстракции при температуре 50°С и давлении 55 МПа в течение 840 минут. Выполнили лиофилизацию в течение 36 часов.

Готовую партию губчатых костных фрагментов герметично упаковали в двойную стерильную тару и подвергли финишной стерилизации потоком быстрых электронов дозой 20 кГр. импульсами их энергии от 7 МэВ при полном токе ускоренных электронов в импульсе 700 мА с длительностью импульса 10 мксек. При этом расстояние от выходного окна ускорителя до поверхности стерилизуемых пакетов выбрали 10 см.

Пример 2. Партию губчатых костных фрагментов в виде части кости быка возрастом до 6 месяцев, хранящихся при температуре минус 80°С и оттаянных до комнатной температуры, очистили от органических компонентов костного мозга и клеточных элементов до минерально-коллагенового матрикса и промыли в течение 20 минут в 0,5% антибактериальном водном растворе цефалоспорина, в качестве которого использовали водный раствор цефепима.

Партию губчатых костных фрагментов промыли сначала в орбитальном шейкере в стерильной дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 1,5 часа, при этом осуществляли смену стерильной дистиллированной воды через каждые 15 минут. Затем партию губчатых костных фрагментов промыли в орбитальном шейкере в течение 40 минут в 10% водном растворе хлорида натрия при частоте колебаний 380 в минуту и выдержали в течение 16 часов в холодильнике при температуре +6°С в герметичной таре.

Партию губчатых костных фрагментов промыли проточной водой при температуре 40°С под давлением 1,5 атм. в течение 2 часов и подвергли циклической обработке в следующей последовательности каждого цикла:

- разместили в ванне с 5% водный раствором гидрокарбоната натрия с температурой 60°С и в течение 30 минут обработали ультразвуковой кавитацией при частоте 45 кГц;

- разместили в ванне с 1% раствором перекиси водорода с температурой 60°С и в течение 120 минут обработали ультразвуковой кавитацией при частоте 20 кГц;

- разместили в орбитальном термошейкере со стерильной дистиллированной водой с температурой 60°С и промыли в течение 120 минут при частоте колебаний 40 в минуту со сменой стерильной дистиллированной воды через каждые 60 минут.

При этом выполнили 7 циклов до момента отсутствия белка по результатам контрольного исследования на приборе Qubit 3.0 фирмы Thermo Fisher Scientific в последней промывной стерильной дистиллированной воде.

Партию губчатых костных фрагментов подвергли глубокой очистке и делипидизации методом сверхкритической глубокой флюидной экстракции при температуре 20°С и давлении 6,5 МПа в течение 1440 минут. Выполнили лиофилизацию в течение 60 часов.

Готовую партию губчатых костных фрагментов герметично упаковали в двойную стерильную тару и подвергли финишной стерилизации потоком быстрых электронов дозой 25 кГр. импульсами их энергии от 10 МэВ при полном токе ускоренных электронов в импульсе 100 мА с длительностью импульса 15 мксек. При этом расстояние от выходного окна ускорителя до поверхности стерилизуемых пакетов выбрали 4 см.

Пример 3. Партию губчатых костных фрагментов в виде головок бедренной кости, резецированных при выполнении первичной тотальной артро-пластики тазобедренного сустава, хранящихся при температуре минус 80°С и оттаянных до комнатной температуры, очистили от органических компонентов костного мозга и клеточных элементов до минерально-коллагенового матрикса и промыли в течение 480 минут в 0,05% антибактериальном водном растворе цефалоспорина, в качестве которого использовали водный раствор цефотаксима.

Партию губчатых костных фрагментов промыли сначала в орбитальном шейкере в стерильной дистиллированной воде при комнатной температуре в течение 8 часа, при этом осуществляли смену стерильной дистиллированной воды через каждые 45 минут. Затем партию губчатых костных фрагментов промыли в орбитальном шейкере в течение 480 минут в 0,1% водном растворе хлорида натрия при частоте колебаний 20 в минуту и выдержали в течение 4 часов в холодильнике при температуре +4°С в герметичной таре.

Партию губчатых костных фрагментов промыли проточной водой при температуре 60°С под давлением 0,2 атм. в течение 6 часов и подвергли циклической обработке в следующей последовательности каждого цикла:

- разместили в ванне с 10% водный раствором гидрокарбоната натрия с температурой 40°С и в течение 120 минут обработали ультразвуковой кавитацией при частоте 20 кГц;

- разместили в ванне с 3% раствором перекиси водорода с температурой 40°С и в течение 30 минут обработали ультразвуковой кавитацией при частоте 45 кГц;

- разместили в орбитальном термошейкере со стерильной дистиллированной водой с температурой 40°С и промыли в течение 60 минут при частоте колебаний 200 в минуту со сменой стерильной дистиллированной воды через каждые 30 минут.

При этом выполнили 2 цикла до момента отсутствия белка по результатам контрольного исследования на приборе Qubit 3.0 фирмы Thermo Fisher Scientific в последней промывной стерильной дистиллированной воде.

Партию губчатых костных фрагментов подвергли глубокой очистке и делипидизации методом сверхкритической глубокой флюидной экстракции при температуре 80°С и давлении 98 МПа в течение 120 минут. Выполнили лиофилизацию в течение 4 часов.

Готовую партию губчатых костных фрагментов герметично упаковали в двойную стерильную тару и подвергли финишной стерилизации потоком быстрых электронов дозой 15 кГр. импульсами их энергии 4 МэВ при полном токе ускоренных электронов в импульсе 1 А с длительностью импульса 5 мксек. При этом расстояние от выходного окна ускорителя до поверхности стерилизуемых пакетов выбрали 15 см.

В результате использования предложенного способа изготовления костнопластического материала получены партии костнозамещающих материалов, характеризующихся высокой степенью очистки от белка по данным сканирующей электронной микроскопии, отсутствием цитотоксического действия и остеогенных свойств in vivo и in vitro, стерильностью При этом получен новым костнопластический материал с содержанием антибактериальных веществ цефотаксима или цефепима от 110 до 125 мкг, обладающий остео-индуктивными свойствами и способен трансформировать мезенхимальные клетки в остеобласты.